Sexuelle Vermehrung und virale Infektion sind verwandt

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Bei der sexuellen Vermehrung verschmelzen Ei und Spermium, so dass sich Gene kombinieren und neues Leben entstehen kann. Bereits bekannt ist, dass für diesen Vorgang das Protein HAP2 unentbehrlich ist: Es sorgt dafür, dass die Zellmembranen sich verbinden können - und zwar bei sehr vielen Arten wie beispielsweise Parasiten, Pflanzen und Insekten. Diese Tatsache eröffnet neue Wege, Erkrankungen zu bekämpfen, die durch schädliche Organismen übertragen werden - beispielsweise die durch Parasiten übertragenen wie Malaria oder Toxoplasmose. Denn Medikamente oder Impfstoffe könnten HAP2 angreifen und so die Vereinigung der parasitären Geschlechtszellen und damit die Fortpflanzung der Parasiten verhindern.

Struktur und Mechanismus der Keimzellenverschmelzung

Ein internationales Wissenschaftlerteam, zu dem Professor Dr. Thomas Krey vom Institut für Virologie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) gehört, ist diesem Ziel ein Stück näher gekommen: Die Forscher konnten die dreidimensionale Struktur sowie den Mechanismus der HAP2-vermittelten Keimzellenverschmelzung aufzeigen. Darüber hinaus konnten sie aufdecken, dass HAP2 und Proteine, die das Eindringen von viralen Krankheitserregern in die Wirtszelle ermöglichen, einen gemeinsamen evolutionären Ursprung haben. Diese Entdeckungen wurden in der renommierten Fachzeitschrift Cell veröffentlicht.

Potentielles Werkzeug im Kampf gegen Krankheiten

"Wenn wir die geschlechtliche Vermehrung von Parasiten verhindern können - beispielsweise von Plasmodium, dem Erreger der Malaria beim Menschen - hätten wir ein sehr effektives Werkzeug im Kampf gegen viele Krankheiten. Denkbar wäre, Antikörper herzustellen, die die Fusion der Keimzellen von Plasmodium blockieren", sagt Professor Krey. Mit verschiedenen Experimenten ermittelten die Wissenschaftler die Funktion von HAP2 bei der einzelligen Grünalge Chlamydomonas reinhardtii. "Eine einzelne, spezifische Aminosäure, die in allen bisher untersuchten HAP2-Proteinen vorkommt, ist für die Fusion der beiden Geschlechtszellen unentbehrlich. Die Blockade dieser Aminosäure führte dazu, dass die Zellmembranen nicht vollständig fusionieren konnten", berichtet Professor Krey.

Gemeinsame evolutionäre Vorfahren

Die Wissenschaftler verglichen zudem die dreidimensionale Struktur von HAP2 der Grünalge mit der von Proteinen, die es Viren ermöglichen, in menschliche Zellen einzudringen - beispielsweise den Dengue- und den Zikaviren. Dabei konnten die Wissenschaftler eine unverkennbare Ähnlichkeit feststellen und vermuten jetzt, dass HAP2 und die viralen Fusionsproteine von demselben evolutionären Vorläufer abstammen. Damit hätten die sexuelle Vermehrung und virale Infektionen den gleichen Ursprung.

Professor Dr. Thomas Krey 

Professor Krey hat seit 2015 an der MHH die vom Deutschen Zentrum für Infektionsforschung (DZIF) finanzierte Professur für Strukturbiologie der Viren inne. Den größten Teil der Arbeit, die er zu dieser Studie beigetragen hat, hat er zusammen mit Dr. Félix A. Rey am französischen Institut Pasteur in Paris und mit Dr. William J. Snell von der University of Texas in Dallas, derzeit an der University of Maryland, College Park, durchgeführt.

(Veröffentlicht am 24. Februar 2017)