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Interferone

Interferon-induzierte Proteine und Reaktionen

Sobald ein Virus eine Zelle befällt, muss das Immunsystem sofort reagieren, bevor sich dieses Virus im Körper großflächig ausbreiten kann. Eine Zelle erkennt die Anwesenheit eines Virus z.B. anhand von doppelsträngigen RNA-Molekülen, die Viren im Laufe der Vermehrung bilden und die normalerweise nicht in der Zelle vorkommen. Eine Erkennung geschieht unter anderem durch bestimmte Proteine im Cytoplasma der Zelle, die an doppelsträngige RNA-Moleküle binden. Diese Komplexe wandern dann in den Zellkern und induzieren dort die Synthese von Interferonen, die nun aus der Zelle geschleust werden und die Nachbarzellen alarmieren.

Die Ausschüttung von Interferonen induziert eine Vielzahl von Reaktionen in den Nachbarzellen, die letztendlich den Angriff eines Virus abwehren oder eine Tumorzelle aus dem Organismus entfernen sollen. Wenn Interferone auf der Zelloberfläche binden, werden Signale bis in den Zellkern weitergegeben, die die Genexpression dieser Zelle erheblich verändern können. Die Synthese bestimmter Proteine wird gestoppt und andere Proteine werden gebildet, die diese Zelle bei der Abwehr des Virus unterstützen.

Einige dieser Proteine aktivieren natürliche Killerzellen (NK-Zellen), die selektiv Virus-infizierte Zellen töten, und unterstützen die Freisetzung von Cytokinen. Zudem steigern Interferone die Expression von MHC-Molekülen. Im MHC werden kleine virale Proteinfragmente auf der Zelloberfläche präsentiert, die von T-Zellen erkannt werden. Mit der Aktivierung der T-Zellen ist nun auch das spezifische Immunsystem an der Virusabwehr beteiligt. In der befallenen Zelle selbst werden Prozesse wie die Translation und die Transkription gestoppt, um die Vermehrung des Virus zu verhindern. Gelingt es nicht, die Virusvermehrung aufzuhalten, wird in der befallenen Zelle eine Art Selbstmordprogramm ausgelöst (Apoptose, der programmierte Zelltod).

Viele Interferon-induzierte Proteine helfen bei der Virusabwehr

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Abb.1
Doppelsträngige RNA aktiviert die Virusabwehr einer Zelle

30-Basen-RNA-Schleife des menschlichen Coxsackie-Virus B3 (CV-B3, PDB-Code: 1RFR).

Wie viele Interferon-induzierbare Proteine beim Menschen existieren, ist noch nicht eindeutig geklärt - vermutlich mehr als 300. Einige Proteine werden bereits kurz nach der Interferon-Synthese gebildet (frühe IFN-induzierbare Proteine), andere erst zu einem späteren Zeitpunkt. Bestimmte Proteine werden nur von einigen wenigen Zellen produziert oder sind normalerweise nicht in der Zelle zu finden. Andere Proteine der Virusabwehr werden konstitutiv exprimiert und ihre Synthese steigt lediglich in Gegenwart von Interferonen an.

Zu den wichtigsten viralen Abwehrmechanismen einer Zelle gehören vor allem zwei Enzyme: die 2'-5'-Oligoadenylat-Synthetase (OAS), auch 2-5A-Synthetase genannt, und die dsRNA-abhängige Proteinkinase (PKR). Beide Enzyme werden durch die Anwesenheit von doppelsträngiger RNA in einer Zelle aktiviert und stoppen die Transkription bzw. die Translation in einer Zelle.

Weitere Interferon-induzierbare Proteine mit allgemeiner Funktion sind z.B.

  • das Vimentin und das Tubulin, beides Zellgerüst-Proteine,
  • der Immunglobulin-Fc-Rezeptor (zur Bindung von Immunglobulinen) oder
  • MHC-I-Komplexe, die auf einer Zelle Antigene den cytotoxischen T-Lymphocyten präsentieren.

Zu den spezifischeren Mechanismen, die durch Interferone induziert werden, gehört die Produktion des Mx-Proteins. Dieses Protein blockiert gezielt die Replikation von Influenza-Viren. Andere Proteine, die durch Interferone induziert werden, blockieren den Abbau der Virushülle der in der Zelle eingedrungenen Viren (das uncoating) oder den Zusammenbau der einzelnen Virusbestandteile nach der Synthese (Virus-Assemblierung).

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