RNA-Viren-Abwehr

In allen höheren Lebewesen immer bereit

22.09.2014 | von Redaktion Pflanzenforschung.de

Das Abwehrsystem ist evolutionsgeschichtlich sehr alt und kommt bei allen höheren Organismen vor. Beim Menschen ist es beispielsweise an der Abwehr von Hepatitis-C-Viren beteiligt. (Bildquelle: © fotoliaxrender - Fotolia.com)
Das Abwehrsystem ist evolutionsgeschichtlich sehr alt und kommt bei allen höheren Organismen vor. Beim Menschen ist es beispielsweise an der Abwehr von Hepatitis-C-Viren beteiligt. (Bildquelle: © fotoliaxrender - Fotolia.com)

Dass ein uralter Kontrollmechanismus (NMD) zelleigene, fehlerhafte RNA abbaut, ist lange bekannt. Nun konnten Forscher zeigen, dass das System noch viel mehr kann – und das nicht nur bei Pflanzen.

In den molekularen Produktionsstätten einer Pflanze läuft nicht immer alles rund. Denn auch Enzyme machen Fehler. Diese muss der Organismus möglichst schnell beseitigen, bevor er geschädigt wird. Eine Art Polizei-System mit dem Namen NMD (Nonsense-mediated mRNA decay) kontrolliert und reguliert, wie ein Pflanze mit RNA-Molekülen umgeht. Es sorgt dafür, dass die Zelle fehlerhaft hergestellte Boten-RNA (mRNA) abbaut, bevor diese in ein Protein umgeschrieben wird.

Forscher konnten nun zeigen, dass das altbekannte System mehr kann, als nur Fehler von Enzymen auszubügeln. Offenbar schützt es eine Pflanze auch vor einer bestimmten Art von Viren. „Das RNA-Genom dieser Viren hat Gemeinsamkeiten mit fehlerhafter Boten-RNA in menschlichen, tierischen und pflanzlichen Zellen und wird vom NMD-System als solches erkannt“, erklärt Giuseppe Balistreri, Erstautor einer aktuellen Studie zu diesem Thema. Für Ihre Untersuchungen benutzten die Wissenschaftler die Modellpflanze Ackerschmalwand und das Kartoffelvirus X.

Viren wie RNA-Moleküle

Das NMD-Überwachungssystem zielt auf ganz bestimmte Viren – nämlich solche, die aus einzelsträngiger RNA mit positiver Polarität bestehen. Ein solches Virus zeichnet sich dadurch aus, dass die Abfolge der Basen derjenigen der späteren mRNA entspricht. Folglich könnten diese Viren direkt an den Ribosomen in ein Protein umgeschrieben werden, sofern sie nicht vorher unschädlich gemacht werden. Die meisten Pflanzen-Viren gehören zu dieser Gruppe, die immer wieder für erhebliche Ernteausfälle bei wichtigen Nutzpflanzen sorgen.

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Für Ihre Untersuchungen benutzten die Wissenschaftler die Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) und das Kartoffelvirus X. Dabei fanden Sie heraus, dass die RNA-Polizei nicht nur zelleigene, fehlerhafte RNA verbannt. Sie wirkt auch gegen RNA-Viren.

Für Ihre Untersuchungen benutzten die Wissenschaftler die Modellpflanze Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) und das Kartoffelvirus X. Dabei fanden Sie heraus, dass die RNA-Polizei nicht nur zelleigene, fehlerhafte RNA verbannt. Sie wirkt auch gegen RNA-Viren.

Bildquelle: © Vasiliy Koval - Fotolia.com

Ohne „Polizei“ sind Zellen anfälliger

Auch Menschen können von RNA-Viren mit positiver Polarität infiziert werden. Die bekanntesten Erreger sind die von Hepatitis C, Frühsommer-Meningoenzephalitis (FSME), Kinderlähmung, SARS, Gelbfieber und Dengue. Aktuelle Laborversuche an menschlichen Zellen zeigten, dass auch im menschlichen Organismus eine NMD-„Zellpolizei“ nach dem Rechten sieht. In einem großangelegten Screening schalteten Wissenschaftler bei den Zellen einzelne Gene aus. Dabei entdeckten sie, dass die Zellen für eine Infektion mit einem RNA-Virus mit positiver Polarität anfälliger waren, wenn Gene des zellulären Überwachungssystems ausgeschaltet wurden.

Egal ob beim Menschen, bei Pflanzen, Tieren oder Pilzen - das NMD-System kommt in allen höheren Lebewesen vor. Anders als beispielsweise das auf Proteinen und spezialisierten Zellen basierende Immunsystem von Mensch und Pflanze, muss das NMD-System nicht erst aktiviert werden. Wie ein stehendes Heer ist es immer einsatzbereit. Daher vermuten die Forscher, dass das NMD-System bei einer Infektion mit Viren der untersuchten Klasse der zeitlich erste Abwehrmechanismus ist. Außerdem gehen sie von einem evolutionsgeschichtlich sehr alten Abwehrmechanismus gegen Viren aus.

Gegenseitige Formung

Doch wie andere Abwehrmechanismen ist auch das NMD-System nicht hundertprozentig wirksam. „Wäre das der Fall, würden RNA-Viren gar nicht existieren“, schlussfolgern die Forscher. Vielmehr

hätten RNA-Viren im Laufe der Evolution Mechanismen entwickelt, um der Wirkung des NMD-Systems zu entkommen oder dieses sogar aktiv zu unterdrücken. „Die Viren und ihre Wirte liefern sich eine endlose Schlacht, und in dieser wird das NMD-System immer eine Rolle spielen“, so die Wissenschaftler. Und dieser Kampf blieb nicht ohne Folgen. Die Forscher erklären: „Dadurch hat der NMD-Mechanismus im Laufe der Evolution mitgeholfen, das Genom von RNA-Viren so zu formen, wie es heute ist.“

Diese neuen Erkenntnisse über das NMD-System helfen nicht nur, die Abwehrmechanismen von Menschen, Pflanzen und anderen höheren Lebewesen besser zu verstehen. Sie bieten auch eine gute Grundlage, Organismen bei ihrem Kampf gegen RNA-Viren mit positiver Polarität zu unterstützen. Wie genau eine solche Hilfestellung aussehen könnte, müssen weitere Untersuchungen zeigen.

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