Functional analysis of the MERS-coronavirus spike protein

Abstract

Zehn Jahre nach dem Ausbruch des Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus, SARS-CoV, ist ein neues Betacoronavirus, das Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus, MERS-CoV, auf der arabischen Halbinsel entdeckt worden. Seine anhaltende Ausbreitung stellt eine Bedrohung für die öffentliche Gesundheit dar. Das Spike (S) Protein der Coronaviren vermittelt den viralen Eintritt in Wirtszellen und bestimmt wesentlich den viralen Tropismus und die virale Pathogenese. Das Verständnis der Determinanten des MERS-CoV Spike (MERS-S)-vermittelnden Eintritts in Zellen könnte daher wichtige Einblicke in die MERS-CoV-Biologie liefern und war somit das erste Ziel dieser Arbeit. Um den Eintritt in die Zelle zu ermöglichen, muss das Coronavirus S-Protein durch Wirtszellproteasen aktiviert werden, welche potentielle Ziele für die therapeutischen Intervention darstellen. Daher sollten im zweiten Ziel dieser Arbeit Proteasen identifiziert werden, die MERS-S aktivieren. Das S-Protein ist das Hauptangriffsziel neutralisierender Antikörper und experimentelle Systeme zur S-Analyse können für die Diagnostik eingesetzt werden. Das letzte Ziel dieser Arbeit war es daher, die MERS-CoV Seroprävalenz in Saudi Arabien zu ermitteln. Es wurde ein lentivirales Vektorensystem etabliert, welches die Analyse des MERS-S-getriebenen Zelleintritts ermöglicht. Mit Hilfe dieses Systems konnte gezeigt werden, dass MERS-S den Eintritt in ein breites Spektrum humaner Zelllinien, wie Lungen-, Nieren- und Darmzellen vermittelt, was mit der klinischen Manifestation von MERS einhergeht. Der Wirtszelleintritt war unabhängig von bereits beschriebenen Coronavirus Eintrittsrezeptoren, wurde jedoch durch die endosomale Cysteinprotease Cathepsin L und die Transmembranserinprotease TMPRSS2 gefördert. Im Gegensatz dazu war die Aktivität von Proprotein Konvertasen für den S-Protein-vermittelnden Eintritt entbehrlich. Schließlich zeigten Neutralisationstests, dass Seren von Patienten aus der östlichen Provinz Saudi Arabiens, die zwischen 2010-2011 und 2012 entnommen wurden, keine MERS-S-neutralisierenden Antikörper enthielten. Dies deutet darauf hin, dass MERS-CoV-Infektionen vor dem Ausbruch 2012 nur selten vorkamen. Die gewonnen Ergebnisse tragen wesentlich zum Verständnis des MERS-CoV-Eintritts in Zellen bei und liefern wichtige Informationen zur MERS-CoV-Epidemiologie. Weiterhin könnte die Beobachtung, dass der Protease-Inhibitor Camostat, der für den Einsatz im Menschen zugelassen ist (in Japan), TMPRSS2 blockiert und damit den MERS-CoV Eintritt inhibiert, helfen, Behandlungsstrategien für MERS-Patienten zu etablieren.