Salk-Forscher und Mitarbeiter zeigen, wie das Protein Zellen schädigt und bestätigen damit, dass COVID-19 in erster Linie eine Gefäßerkrankung ist.
COVID-19 – eine Gefäßerkrankung – Wissenschaftler wissen schon seit längerem, dass die charakteristischen „Spike“-Proteine von SARS-CoV-2 dem Virus helfen, seinen Wirt zu infizieren, indem sie sich an gesunde Zellen anheften. Jetzt zeigt eine neue Studie, dass sie auch bei der Krankheit selbst eine Schlüsselrolle spielen.
Die Studie, die am 30. April 2021 in Circulation Research veröffentlicht wurde, zeigt außerdem eindeutig, dass COVID-19 eine Gefäßerkrankung ist und demonstriert genau, wie das SARS-CoV-2-Virus das Gefäßsystem auf zellulärer Ebene schädigt und angreift. Die Erkenntnisse helfen, die Vielzahl der scheinbar unzusammenhängenden Komplikationen von COVID-19 zu erklären, und könnten die Tür für neue Forschungen zu effektiveren Therapien öffnen.
„Viele Leute denken, dass es sich um eine Atemwegserkrankung handelt, aber in Wirklichkeit ist es eine Gefäßerkrankung“, sagt Assistant Research Professor Uri Manor, der Co-Senior-Autor der Studie ist. „Das könnte erklären, warum manche Menschen Schlaganfälle haben und warum manche Menschen Probleme in anderen Teilen des Körpers haben. Die Gemeinsamkeit zwischen ihnen ist, dass sie alle vaskuläre Grundlagen haben.“
Die Salk-Forscher arbeiteten für die Studie mit Wissenschaftlern der University of California San Diego zusammen, unter anderem mit Co-Erstautor Jiao Zhang und Co-Senior-Autor John Shyy.
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Während die Ergebnisse selbst nicht völlig überraschend sind, liefert die Arbeit eine klare Bestätigung und eine detaillierte Erklärung des Mechanismus, durch den das Protein zum ersten Mal Gefäßzellen schädigt. Es besteht ein wachsender Konsens darüber, dass SARS-CoV-2 das Gefäßsystem angreift, aber wie genau das geschieht, war bisher nicht bekannt. Ähnlich haben Wissenschaftler, die andere Coronaviren untersuchen, schon lange vermutet, dass das Spike-Protein zur Schädigung vaskulärer Endothelzellen beiträgt, aber dies ist das erste Mal, dass der Prozess dokumentiert wurde.
In der neuen Studie erzeugten die Forscher ein „Pseudovirus“, das von der klassischen Krone der Spike-Proteine von SARS-CoV-2 umgeben war, aber kein tatsächliches Virus enthielt. Die Exposition gegenüber diesem Pseudovirus führte zu Schäden in der Lunge und den Arterien eines Tiermodells – was beweist, dass das Spike-Protein allein ausreicht, um die Krankheit auszulösen. Die Gewebeproben zeigten Entzündungen in den Endothelzellen, die die Wände der Lungenarterien auskleiden.
Das Team replizierte dann diesen Prozess im Labor und setzte gesunde Endothelzellen (die Arterien auskleiden) dem Spike-Protein aus. Sie zeigten, dass das Spike-Protein die Zellen durch Bindung von ACE2 schädigte. Diese Bindung störte die molekulare Signalübertragung von ACE2 an die Mitochondrien (Organellen, die Energie für die Zellen erzeugen), wodurch die Mitochondrien beschädigt und fragmentiert wurden.
Frühere Studien haben einen ähnlichen Effekt gezeigt, wenn Zellen dem SARS-CoV-2-Virus ausgesetzt waren, aber dies ist die erste Studie, die zeigt, dass der Schaden auftritt, wenn die Zellen dem Spike-Protein allein ausgesetzt sind.
„Wenn man die Replikationsfähigkeiten des Virus entfernt, hat es immer noch eine große schädigende Wirkung auf die Gefäßzellen, einfach aufgrund seiner Fähigkeit, an diesen ACE2-Rezeptor, den S-Protein-Rezeptor, zu binden, der jetzt dank COVID bekannt ist“, erklärt Manor. „Weitere Studien mit mutierten Spike-Proteinen werden auch neue Erkenntnisse über die Infektiosität und Schwere der mutierten SARS CoV-2-Viren liefern.“
Als Nächstes wollen die Forscher den Mechanismus genauer unter die Lupe nehmen, durch den das gestörte ACE2-Protein die Mitochondrien schädigt und sie dazu bringt, ihre Form zu verändern.
Referenz: „SARS-CoV-2 Spike Protein Impairs Endothelial Function via Downregulation of ACE 2“ von Yuyang Lei, Jiao Zhang, Cara R. Schiavon, Ming He, Lili Chen, Hui Shen, Yichi Zhang, Qian Yin, Yoshitake Cho, Leonardo Andrade, Gerald S. Shadel, Mark Hepokoski, Ting Lei, Hongliang Wang, Jin Zhang, Jason X.- J. Yuan, Atul Malhotra, Uri Manor, Shengpeng Wang, Zu-Yi Yuan und John Y-J. Shyy, 31. März 2021, Circulation Research.
Andere Autoren auf die Studie sind Yuyang Lei und Zu-Yi Yuan von der Jiaotong-Universität in Xi’an, China; Cara R. Schiavon, Leonardo Andrade, und Gerald S. Shadel von Salk; Ming He, Hui Shen, Yichi Zhang, Yoshitake Cho, Mark Hepokoski, Jason X.- J. Yuan, Atul Malhotra, Jin Zhang von der University of California San Diego; Lili Chen, Qian Yin, Ting Lei, Hongliang Wang und Shengpeng Wang vom Xi’an Jiatong University Health Science Center in Xi’an, China.
Die Forschung wurde unterstützt von den National Institutes of Health, der National Natural Science Foundation of China, dem Shaanxi Natural Science Fund, dem National Key Research and Development Program, dem First Affiliated Hospital of Xi’an Jiaotong University; und der Xi’an Jiaotong University.
Covid-19 – ist es eine Gefäßerkrankung?
