Virale Anheftungsproteine und zellulärer Tropismus

Eine Infektion beginnt, wenn sich ein Virus an eine Wirtszelle anheftet. Dieser Schritt wird durch virale Anheftungsproteine auf der Partikeloberfläche vermittelt, die spezifische Moleküle auf der Zelle erkennen. Die Übereinstimmung zwischen einem Anheftungsprotein und seinem Rezeptor ist ein wesentlicher Bestimmungsfaktor des Tropismus – welche Zellen, Gewebe und Wirtsspezies ein Virus infizieren kann – wodurch die Oberflächenproteine des Virions sowohl für seine Struktur als auch für seine Biologie von zentraler Bedeutung sind.

Definition

Virale Anheftungsproteine sind die Oberflächenproteine des Virions, die Wirtszellrezeptoren binden, um eine Infektion einzuleiten; zellulärer Tropismus ist die Bandbreite von Zellen, Geweben und Wirten, die ein Virus produktiv infizieren kann, maßgeblich bestimmt durch die Spezifität der Anheftung an den Rezeptor.

Scope

Dieser Eintrag behandelt die viralen Oberflächenproteine, die die Anheftung vermitteln (Kapsidproteine von nicht-umhüllten Viren und Hüllglykoproteine von umhüllten Viren), das Konzept des zellulären Rezeptors, wie die Spezifität der Anheftung an den Rezeptor den zellulären und Wirtstropismus prägt und wie Veränderungen in den Anheftungsproteinen den Tropismus verändern können. Es handelt sich um eine strukturelle und konzeptionelle Referenz und bietet keine klinische Anleitung.

Core questions

• Welche viralen Strukturen vermitteln die Anheftung an Wirtszellen?
• Was ist ein zellulärer Rezeptor und wie entsteht Spezifität?
• Wie bestimmt die Übereinstimmung von Anheftung und Rezeptor den Tropismus?
• Warum unterscheidet sich der Tropismus zwischen umhüllten und nicht-umhüllten Viren?
• Wie können Veränderungen in Anheftungsproteinen den Wirtsbereich oder Gewebetropismus verschieben?

Key concepts

• Virales Anheftungsprotein (Antirezeptor)
• Zellulärer Rezeptor und Korezeptor
• Rezeptorbindungs-Spezifität
• Zellulärer Tropismus
• Gewebe- und Wirtsbereichstropismus
• Hüllglykoprotein versus Kapsid-Anheftungsstelle
• Tropismusverschiebung durch Änderung der Rezeptornutzung

Key theories

Rezeptorspezifität als Determinante des Tropismus

Die Übereinstimmung zwischen einem viralen Anheftungsprotein und einem Wirtsrezeptor bestimmt, welche Zellen ein Virus befallen kann. Daher sind die Rezeptorverteilung und die Bindungsspezifität primäre Determinanten des zellulären und Wirtstropismus.

Evolutionäre Plastizität der Zellerkennung

Baranowski, Ruiz-Jarabo und Domingo argumentierten, dass Viren eine veränderte Rezeptornutzung entwickeln können, sodass die Anheftungsspezifität und der Tropismus nicht fixiert sind, sondern sich verschieben können, was manchmal eine Erweiterung des Wirtsbereichs ermöglicht.

Mechanisms

Ein Virion präsentiert Anheftungsproteine auf seiner Oberfläche – exponierte Schleifen oder Stellen am Kapsid von nicht-umhüllten Viren oder Glykoprotein-Spikes an der Hülle von umhüllten Viren –, die spezifische Moleküle (Rezeptoren und manchmal Korezeptoren) auf der Oberfläche der Wirtszelle binden. Da ein produktiver Eintritt diese molekulare Erkennung erfordert, sind die Zellen, die ein Virus infizieren kann, in der Regel diejenigen, die den passenden Rezeptor aufweisen, was seinen zellulären und Gewebetropismus und, über Speziesgrenzen hinweg, seine Wirtsbereich festlegt. Mutationen, die die Bindungsspezifität des Anheftungsproteins verändern, können das Virus auf neue Rezeptoren umleiten und dadurch den Tropismus verändern, ein Prozess, der an der Anpassung und der Erweiterung des Wirtsbereichs beteiligt ist.

Clinical relevance

Anheftungsproteine und ihre Rezeptoren definieren, welche Gewebe ein Virus angreift, und sind häufig Gegenstand der Forschung zu neutralisierenden Antikörpern und Eintrittsinhibitoren, was sie zu relevanten Grundlagen für die Impfstoff- und antivirale Wissenschaft macht. Dieser Eintrag beschreibt Anheftung und Tropismus als strukturelle und biologische Konzepte zur Referenz; er bietet keine Diagnose- oder Behandlungsempfehlungen.

History

Die Erkenntnis, dass Viren spezifische Zelloberflächenrezeptoren binden, entwickelte sich durch Studien zur viralen Anheftung im 20. Jahrhundert. Bis zum späten 20. und frühen 21. Jahrhundert klärten die Identifizierung spezifischer Rezeptoren und die strukturelle Untersuchung von Anheftungsproteinen, wie Spezifität entsteht. Übersichtsartikel von Marsh und Helenius fassten den Eintrittsprozess zusammen, während Baranowski, Ruiz-Jarabo und Domingo die evolutionäre Plastizität der Zellerkennung hervorhoben.

Key figures

• Ari Helenius
• Mark Marsh
• Esteban Domingo
• Stephen Harrison

Seminal works

• marsh-helenius-2006
• baranowski-2001

Frequently asked questions

Was bestimmt, welche Zellen ein Virus infizieren kann?

Ein wesentlicher Faktor ist, ob eine Zelle den Rezeptor aufweist, den das Anheftungsprotein des Virus erkennt; Zellen, denen ein kompatibler Rezeptor fehlt, werden in der Regel nicht produktiv infiziert, sodass die Rezeptorverteilung den zellulären und Gewebetropismus prägt.

Kann ein Virus ändern, welche Zellen oder Wirte es infiziert?

Ja. Mutationen, die die Bindungsspezifität eines viralen Anheftungsproteins verändern, können dem Virus ermöglichen, andere Rezeptoren zu nutzen, wodurch sich sein Gewebetropismus verschieben oder sein Wirtsbereich erweitern kann; solche Veränderungen sind Teil der Anpassung von Viren.