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Molekulare Universalpinzette

(4.9.15) Fasern aus Peptiden im Sperma sind Anziehungspunkte für HI-Viren. Ein Team um den Ulmer Virologen Jan Münch greift die Struktur dieser Fibrillen mit einer molekularen Pinzette an; das Sperma wird dadurch weniger infektiös.
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Sperma enthält nicht nur die männlichen Gameten, sondern auch einen Cocktail diverser Makromoleküle; unter anderem Peptide, die sich zu Amyloidfibrillen zusammenlagern. Deren positive Ladung bindet HI-Viren und erhöht lokal die Konzentration dieser Erreger. Experimente in Zellkulturen legen nahe, dass die Infektionswahrscheinlichkeit durch diese Interaktion deutlich erhöht ist. Forscher um Jan Münch hatten besagte Fibrillen entdeckt und 2007 erstmals beschrieben (Cell 131: 1059-71). Sie bestehen aus Fragmenten der Prostataspezifischen sauren Phosphatase (PAP) sowie Semonogelin-1 und 2 (SEM1 und SEM2). Könnte man die Struktur dieser Proteinkomplexe stören, ließe sich damit womöglich die infektionsverstärkende Wirkung von Sperma abschwächen.

Münch leitet eine Arbeitsgruppe im Institut für Molekulare Virologie der Uniklinik Ulm. Seine Wege sollten sich mit Thomas Schrader, Chemiker an der Uni Duisburg-Essen, kreuzen. Der war vor zehn Jahren an der Entwicklung eines Moleküls beteiligt, das an Lysin und Arginin bindet (J Am Chem Soc 127:14415-21). Die synthetische Substanz bekam den Namen CLR01 und wurde von den Forschern als molekulare Pinzette oder „Tweezer“ bezeichnet. CLR01 hatte Münchs Interesse geweckt, da es als Wirkstoffkandidat gegen Alzheimer in Mausmodellen getestet wird. Denn auch im Zusammenhang mit Alzheimer verklumpen Proteine zu Amyloidfibrillen. Und genau diese Plaques werden von CLR01 aufgelöst.

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Amyloid-Hemmer

Tatsächlich umgreift CLR01 Lysin oder Arginin wie eine Pinzette. Ein strukturell ähnliches Molekül ohne diese Pinzettenärmchen, CLR03, ist nicht in der Lage, an die positiv geladenen Aminosäuren zu binden; daher eignet sich CLR03 als Kontrollsubstanz. Münch wollte nun wissen, ob der Tweezer auch Amyloide im Sperma erkennt und de-assembliert. „Diese Fibrillen ähneln denen, die wir aus Alzheimer kennen“, so Münch, „auch wenn sie aus anderen Peptiden aufgebaut sind“. Die Ergebnisse hierzu wurden jetzt in eLife veröffentlicht (Vol 4: e05397).

e05397).

Münch und Kollegen schauten sich zunächst in vitro an, wie PAP oder entsprechende Fragmente der SEM-Proteine assemblieren. Hierzu verwendeten sie Thioflavin, einen Marker, der Amyloidfibrillen durch eine verstärkte Fluoreszenz anzeigt. In der reinen Pufferlösung erhöht sich die Fluoreszenz bei Zugabe der Peptide; ebenso wenn in der Lösung CLR03 – das Kontrollmolekül ohne Pinzettenspitzen – vorhanden ist. In Anwesenheit von CLR01 hingegen fällt die Fluoreszenz erheblich geringer aus. Offenbar verhindert der Tweezer das Zusammenlagern der Peptide. Außerdem fanden die Forscher, dass CLR01 auch bereits bestehende Amyloide wieder auflöst.

Münch und Kollegen schauten sich zunächst in vitro an, wie PAP oder entsprechende Fragmente der SEM-Proteine assemblieren. Hierzu verwendeten sie Thioflavin, einen Marker, der Amyloidfibrillen durch eine verstärkte Fluoreszenz anzeigt.

In der reinen Pufferlösung erhöht sich die Fluoreszenz bei Zugabe der Peptide; ebenso wenn in der Lösung CLR03 – das Kontrollmolekül ohne Pinzettenspitzen – vorhanden ist. In Anwesenheit von CLR01 hingegen fällt die Fluoreszenz erheblich geringer aus. Offenbar verhindert der Tweezer das Zusammenlagern der Peptide. Außerdem fanden die Forscher, dass CLR01 auch bereits bestehende Amyloide wieder auflöst.

Tweezer verdrängt Viren

Weiterhin wollte das Team herausfinden, ob nach Zugabe von CLR01 weniger Viren mit den Amyloidfibrillen im Sperma assoziiert sind. Hierzu kamen fluoreszenzmarkierte HI-Virone zum Einsatz. Tatsächlich waren die Virenpartikel nur dann in der Lage, mit den Fibrillen Komplexe zu bilden, wenn kein CLR01 an die Amyolide gebunden war. Gab man den Tweezer zu Fibrillen, an denen bereits Viren klebten, so verdrängte CLR01 diese aus dem Komplex. Auch hier hatte die Kontrollsubstanz keinen Einfluss.

Schließlich konnten Münch und Kollegen auch noch zeigen, dass CLR01 sogar HI-Viren selbst beeinträchtigt. Behandelte man die Viren zuvor mit dem Tweezer, waren sie in Zellkulturexperimenten weniger infektiös. „Das hat uns sehr überrascht“, gesteht Münch. In weiteren Experimenten konnten sie zeigen, dass das Molekül die Lipidhülle der Viren schädigt. Denn nach CLR01-Zugabe und anschließender Zentrifugation fanden die Forscher freie Capsidproteine des Virus. Münch vermutet hier aber einen anderen Mechanismus, als beim Auflösen der Amyloid-Fibrillen. „Es hat wahrscheinlich mit dem amphiphilen Charakter des Tweezers zu tun.“ Jedenfalls hängt aber auch der antivirale Wirkmechanismus mit der Pinzettenstruktur zusammen, denn mit CLR03 blieben die Viren intakt und waren weiterhin infektiös.

Mikrobizide

Alzheimermedikament, HIV-Schutz und Virenkiller – dem Tweezer scheinen kaum Grenzen gesetzt. Dass man CLR01 zur Behandlung von HIV-Infektionen einsetzen kann, hält Münch derzeit aber für unwahrscheinlich, da diese Wirkung nur bei hohen Konzentrationen signifikant ist. „Da müsste man den Tweezer im Format einer Schokoladentafel verabreichen“, scherzt der Biologe. Dennoch hofft er, dass man das Grundprinzip der antiviralen Wirkung erforschen und daraus Wirkstoffe entwickeln kann, die sich besser für eine systemische Applikation eignen.

Allerdings kann sich Münch durchaus einen klinischen Einsatz des Tweezers als Mikrobizid vorstellen. „Das könnte sich die Frau dann vor dem Sexualverkehr intravaginal verabreichen.“ Bislang haben sich Mikrobizide zur Prävention von HIV-Infektionen nämlich nicht in der Klinik bewährt. Jetzt aber wisse man um die infektionssteigernde Wirkung des Spermas, so Münch. Für die Entwicklung künftiger Präparate zur HIV-Prävention muss man also die Amyloide im Hinterkopf haben und testen, ob Sperma deren Wirkung nicht abschwächt.

 

Mario Rembold

Abb: CLR01 (Fig. 1B,  eLife e05397; CC-BY)



Letzte Änderungen: 14.10.2015