Bis jetzt herrschte Unklarheit darüber, wie sich Stammzellen vor RNA-Viren wie Sars-CoV-2 oder Zika schützen. Zwar wussten Forscher von einem bestimmten lebenswichtigen Mechanismus, waren aber davon ausgegangen, dass dieser im Laufe der Evolution der Säugetiere verschwunden ist. Wissenschafter des Francis-Crick-Instituts sind nun auf ihn gestoßen. Sie vermuten, dass ihre Entdeckung eines Tages für die Entwicklung neuer antiviraler Behandlungen von Nutzen sein könnte.

Infiziert ein Virus einen Wirt, dringt er in die Zellen ein, um sich zu vermehren. Für die meisten Zellen in Säugetieren sind die erste Schutzlinie Proteine, sogenannte Interferone. Stammzellen fehlt jedoch die Fähigkeit, eine Interferon-Antwort auszulösen. Deswegen herrschte Unklarheit darüber, wie sich sich selbst schützen.

In ihrer im Fachblatt "Science" veröffentlichten Studie analysierten die Forscher um den portugiesischen Immunologen Caetano Reis e Sousa vom Immunbiologie-Labor am Crick genetisches Material von Mäusestammzellen und fanden heraus, dass es Anweisungen zum Bau eines Proteins namens antiviraler Dicer (aviD) enthält, das virale RNA zerschneidet und so die Replikation der Viren verhindert. Diese Form des Schutzes wird als RNA-Interferenz bezeichnet - eine Methode, die auch von Zellen in Pflanzen und wirbellosen Tieren genutzt wird.

Auch Pflanzen und Wirbellose

"Es ist faszinierend zu erfahren, wie sich Stammzellen vor RNA-Viren schützen. Die Tatsache, dass dieser Schutz auch von Pflanzen und wirbellosen Tieren genutzt wird, lässt vermuten, dass es sich um etwas handelt, das weit in die Geschichte der Säugetiere zurückreicht, bis zu dem Zeitpunkt, als sich der Evolutionsbaum spaltete. Aus irgendeinem Grund besitzen zwar alle Säugetierzellen die angeborene Fähigkeit, diesen Prozess auszulösen, aber nur Stammzellen scheinen sich darauf zu verlassen", erklärt Reis e Sousa in der Studie.

"Indem wir mehr über diesen Prozess lernen und die Geheimnisse unseres Immunsystems aufdecken, hoffen wir, neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Medikamenten zu eröffnen, wenn wir die natürliche Fähigkeit unseres Körpers zur Bekämpfung von Infektionen nutzen wollen", so der Forscher weiter.

In Laborexperimenten, in denen künstlich hergestellte menschliche Zellen dem Sars-CoV-2-Virus ausgesetzt wurden, infizierte der Erreger dreimal weniger Stammzellen, wenn aviD in den Zellen vorhanden war, als wenn die Forscher dieses Protein entfernten.

Die Wissenschaftler züchteten auch Mini-Gehirnorganoide aus embryonalen Stammzellen der Maus und stellten fest, dass bei einer Infektion mit dem Zika-Virus die Organoide mit aviD schneller wuchsen und weniger virales Material produziert wurde als in Organoiden ohne dieses Protein. In ähnlicher Weise gab es bei der Infektion von Organoiden mit Sars-CoV-2 weniger infizierte Stammzellen in den Organoiden mit aviD.

Noch viele Unklarheiten

Enzo Poirier, Autor und Postdoc im Immunbiologie-Labor am Crick, sagt: "Warum die Stammzellen diesen anderen Abwehrmechanismus nutzen, bleibt ein Rätsel. Es könnte sein, dass der Interferon-Prozess den Stammzellen zu viel Schaden zufügen würde, sodass sich Säugetiere, einschließlich des Menschen, entwickelt haben, um diese wertvollen Zellen vor diesem Schaden zu schützen. Es gibt noch viele Unklarheiten darüber, wie diese Zellen vor Viren geschützt werden, was wir gerne weiter erforschen möchten."

Die Wissenschafter wollen diese Arbeit fortsetzen und ein Mausmodell schaffen, mit dem sie die Auswirkungen und die Bedeutung von aviD in Säugetierstammzellen weiter untersuchen können.