Das Coronavirus mit akutem Durchfallsyndrom bei Schweinen fördert die Replikation, indem es Autophagie auslöst
Ein kürzlich iScience Studie kommt zu dem Ergebnis, dass das Schweine-Akutes-Diarrhoe-Syndrom-Coronavirus (SADS-CoV) die Autophagie fördert, um seine Replikation in Wirtszellen aufrechtzuerhalten. Genauer gesagt reguliert das Virus den AKT/Säugerziel-Rapamycin-Signalweg (mTOR) herunter, um Autophagie auszulösen.
Hintergrund
SADS-CoV ist ein umhülltes, einzelsträngiges Ribonukleinsäurevirus (RNA-Virus) mit positivem Sinn, das zur Familie der Coronaviridae gehört. Zu den weiteren hochpathogenen Mitgliedern derselben Virusfamilie gehören das schwere Coronavirus mit akutem respiratorischem Syndrom (SARS-CoV), das Coronavirus mit dem respiratorischen Syndrom des Nahen Ostens (MERS-CoV) und neuerdings auch SARS-CoV-2.
SADS-CoV ist ein zoonotisches Coronavirus mit Ursprung in Fledermäusen, das erst kürzlich im Jahr 2017 entdeckt wurde. Das Virus ist möglicherweise artübergreifend übertragbar und kann eine Reihe von Zellen infizieren, die von Schweinen, Ratten, Affen und Menschen stammen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit, die Wirt-Pathogen-Interaktionen zu verstehen, um potenzielle antivirale Therapeutika zu identifizieren.
Autophagie ist ein wichtiger Abwehrmechanismus des Wirts gegen eindringende Viren. Dieser Prozess trägt dazu bei, virale Komponenten über den lysosomalen Abbauweg zu zerstören und zu eliminieren. Es wurde jedoch festgestellt, dass einige Viren, wie das Zika-Virus, das humane Papillomavirus (HPV) und das Herpes-simplex-Virus Typ 2, die Autophagie des Wirts blockieren, um die Replikation und das Überleben zu fördern.
In der aktuellen Studie untersuchen Wissenschaftler den Zusammenhang zwischen SADS-CoV-Infektion und Autophagie-Regulation.
Einfluss einer SADS-CoV-Infektion auf die Autophagie
Von Affen und Schweinen stammende Zellen wurden mit SADS-CoV-2 infiziert und zu verschiedenen Zeitpunkten einer Autophagie-Analyse unterzogen. Die Modulation der Autophagie wurde durch Schätzung der Expression eines lebenswichtigen Autophagosomenmarkers LC3-II bewertet.
Es wurde festgestellt, dass eine SADS-CoV-Infektion zu allen getesteten Zeitpunkten nach der Infektion die Expression von LC3-II induziert. Die höchste Expression wurde je nach Zelltyp nach 24 und 36 Stunden beobachtet. Darüber hinaus bestätigte die mikroskopische Analyse die Akkumulation von Autophagosomen als Reaktion auf eine SADS-CoV-Infektion.
Um festzustellen, ob ein replikationsinkompetentes Virus Autophagie auslösen kann, wurde SADS-CoV zunächst durch ultraviolette (UV) Strahlung inaktiviert und anschließend zur Infektion von Zellen verwendet. Dieses Experiment ergab, dass SADS-CoV seine Replikation in Wirtszellen aufrechterhalten muss, um den Autophagieprozess zu stimulieren.
Der Einfluss der Autophagie auf die SADS-CoV-Replikation wurde mithilfe von Rapamycin und 3-Methylamin bewertet, einem etablierten Induktor bzw. Inhibitor der Autophagie. Während festgestellt wurde, dass Rapamycin in Wirtszellen sowohl Autophagie als auch Virusreplikation induziert, wurde in mit 3-Methylademin behandelten Zellen ein gegenteiliger Effekt beobachtet.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass SADS-CoV Autophagie induziert, um seine Replikation innerhalb der Wirtszellen während der Infektion zu erleichtern.
Mechanismus der SADS-CoV-induzierten Autophagie
Autophagie ist durch die Bildung von Autophagosomen und die anschließende Fusion von Autophagosomen mit Lysosomen zum Abbau viraler Komponenten gekennzeichnet. Während einige Viren zum Überleben die Fusion von Autophagosomen mit Endosomen induzieren, verhindern andere die Fusion zwischen Autophagosomen und Lysosomen und hemmen anschließend den autophagischen Fluss.
Eine Reihe von Experimenten zur Bestimmung der mechanistischen Details der SADS-CoV-induzierten Autophagie ergab, dass das Virus einen vollständigen autophagischen Fluss induziert, um seine Replikation zu fördern. Es wurde festgestellt, dass die Hemmung der Autophagosom-Lysosom-Fusion die Virusreplikation stört.
Weitere Analysen ergaben, dass SADS-CoV über den ATG5-abhängigen Weg Autophagie induziert. ATG5 ist ein Protein, das für die Bildung von Autophagosomen erforderlich ist. Auf molekularer Ebene hemmte SADS-CoV den AKT/mTOR-Signalweg, um die Autophagie zu fördern und die Replikation aufrechtzuerhalten.
Der mTOR-Signalweg spielt eine entscheidende Rolle bei der Initiierung der Autophagie. AKT ist eine Serin/Threonin-Kinase, die als vorgeschaltete Signalkomponente des mTOR-Signalwegs zur Regulierung der Autophagie fungiert.
Einfluss der Autophagie-Hemmung auf die SADS-CoV-Replikation
Die Proteomanalyse von SADS-CoV-infizierten Zellen wurde durchgeführt, um potenzielle antivirale Zielmoleküle zu identifizieren. Dies führte zur Identifizierung von acht unterschiedlich exprimierten Proteinen, die mit dem PI3K/AKT-Signalweg in Zusammenhang stehen. Von diesen Proteinen zeigte nur Integrin α3 (ITGA3) antivirale Wirkungen gegen die SADS-CoV-Replikation.
ITGA3 ist ein Zellmembranadhäsionsprotein, das eng mit der Autophagie zusammenhängt. Die Überexpression von ITGA3 in SADS-CoV-infizierten Zellen führte zu einer Herunterregulierung der Autophagie und der Virusreplikation sowie zu einer Hochregulierung der AKT- und mTOR-Aktivitäten. Im Gegensatz dazu wurden nach der Unterdrückung von ITGA3 in der virusinfizierten Zelle gegenteilige Ereignisse beobachtet.
Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass ITGA3 die SADS-CoV-Replikation verhindert, indem es die Autophagie über den AKT/mTOR-Weg hemmt.
Studienbedeutung
Die aktuelle Studie beschreibt einen neuartigen Mechanismus der SADS-CV-induzierten Autophagie, der für die Virusreplikation und das Überleben in Wirtszellen erforderlich ist. Darüber hinaus identifiziert die Studie ITGA3 als potenzielles antivirales Molekül, das die Virusreplikation durch Hemmung der Autophagie verhindern kann.
Referenz:
- Zeng, S., Zhao, Y., Peng, O., et al. (2022). Das Coronavirus mit akutem Schweinedurchfall-Syndrom induziert Autophagie, um seine Replikation über den Akt/mTOR-Weg zu fördern. iScience. doi: 10.1016/j.isci.2022.105394. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004222016662
