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4.1 - 4.5 - Grippe (gesamt)

Lebenszyklus des Influenza-Virus im Detail - Andocken an die Wirtszelle und Endocytose

Nach dem Andocken des Hämagglutinins an die Sialinsäure-Reste der Oberflächenrezeptoren erfolgt die Aufnahme des Virus in die Wirtszelle durch Endocytose (Film s.u.).

Die Rezeptoren befinden sich in besonders hoher Dichte in bestimmten Bereichen der Wirtszellmembran, den coated pits. Die coated pits sind Einbuchtungen in der Zellmembran, die neben der hohen Rezeptordichte außerdem eine Schicht des Proteins Clathrin auf der Cytoplasmaseite der Membran aufweisen und ca. 2 % der Oberfläche einer typischen tierischen Zelle belegen.

Abb.1

Schematische Zeichnung eines coated pit mit Clathrin (blaues T) auf der Cytosolseite (unten, rot) der Membran (grüne Linie) und Proteinmolekülen (grüne Kugeln), die gerade in die Zelle eingeschleust werden, auf der extrazellulären Seite (oben).

Abb.2

Schematische Zeichnung des coated pit aus obiger Abbildung kurz vor der endgültigen Einschnürung ins Cytoplasma, also in die Zelle.

Die strukturellen Besonderheiten des Clathrins ermöglichen das vollständige Einschnüren der virustragenden coated pit-Membran. Dabei werden von einem polyedrischen Gitterwerk aus Clathrin umgebene Membranvesikel (coated vesicle) gebildet, die ihre Clathrin-Hülle allerdings innerhalb weniger Sekunden wieder verlieren. Die Membran dieser so entstandenen Endosomen enthält u.a. die mit ihren Sialinsäure-Resten nach innen gerichteten Rezeptoren, die zum großen Teil zunächst noch an die Hämagglutinin-Moleküle des im Endosomen-Innenraum eingeschlossenen Influenza-Virus gebunden sind. Außerdem befinden sich in der Endosomen-Membran ATP-getriebene Protonenpumpen, die im folgenden Protonen in den Innenraum der Endosomen transportieren. Dadurch wird der pH-Wert in den Endosomen auf ca. 4-5 gesenkt.

Die Vorgänge des Andockens und der Endocytose des Virus sowie des Ansäuerns des Endosomen-Innenraumes werden im folgenden Film nochmal schematisch dargestellt:

Abb.3
Endocytose

Der Film zeigt schematisch die Aufnahme eines Influenza-Virus (grün) in eine Wirtszelle (rot) durch rezeptorvermittelte Endocytose. Nachdem das Virus mit seinen Hämagglutinin-Molekülen (Y) an die Sialinsäure-Reste (rote Quadrate) von Oberflächenrezeptoren in den coated pits der Wirtszellmembran angedockt hat, wird es von der Zellmembran vollständig umhüllt, und es schnürt sich ein coated vesicle in den Innenraum der Zelle hinein ab. Letzteres verliert schnell seine Clathrin-Hülle (T), und der Innenraum des so entstandenen Endosoms wird mit Hilfe ATP-getriebener Protonenpumpen angesäuert (Protonen als kleine blaue Kugeln).

Die eigentliche Aufgabe dieses Endocytose-Systems ist die Aufnahme körpereigener Biomoleküle in die Zelle, insbesondere von Proteinen, die für die verschiedenen Funktionen des Zellstoffwechsels notwendig sind. Durch die Ansäuerung des Endosomen-Innenraums werden die Protein-Rezeptor-Bindungen wieder gelöst, so dass die Proteine ihre Wirkung in der Zelle entfalten können.

Welche Auswirkungen hat die Ansäuerung nun auf die Struktur und die Bindungseigenschaften des Hämagglutinins? Und auf welche Weise verlassen die Bestandteile des Virus das Endosom, um in das Cytoplasma und gegebenenfalls in den Zellkern zu gelangen? Dies ist das Thema des folgenden Abschnitts "HA".

Übung: Influenza - Endocytose

Literatur

(1990): Die Zielsteuerung der Proteine (protein targeting). In: Biochemie. L. Stryer (Hrsg.). Spektrum der Wissenschaft Verlag , 801-832
(1992): Struktur und Lebenscyclus von Influenza-Viren. In: Biochemie. D. Voet J. Voet G. (Hrsg.). VCH Weinheim , 1030-1031
(1997): Replikation der Orthomyxoviren. In: Molekulare Virologie. S. Modrow D. Falke (Hrsg.). Spektrum Akademischer Verlag , 250-253
Laver, W. G.; Bischofberger, N.; Webster, R. G. (1999): Entwaffnung von Grippeviren. In: Spektrum der Wissenschaft. 3 , 71-79
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