Wie das Coronavirus die Blutgefäße schädigt

Drei von 29: Forscher haben herausgefunden, welche Proteine des Coronavirus SARS-CoV-2 unsere Blutgefäße angreifen. Demnach tragen zwar 18 der 29 viralen Proteine dazu bei, die Funktion der Gefäßwand zu stören, am stärksten aber wirken sich drei nichtstrukturelle Proteine aus – Moleküle, die weder zum Spike-Protein gehören noch am Rest der Virenhülle beteiligt sind. Diese drei Proteine fördern auch die Ausschüttung von Entzündungsbotenstoffen in den Blutgefäßen und tragen so zu Thrombosen bei.

Schon relativ früh im Verlauf der Corona-Pandemie zeigte sich, dass das Coronavirus nicht nur Atemwege und Lunge befällt, sondern auch die Blutgefäße und das Blut angreift. Es kommt zu entzündlichen Veränderungen der Gefäßwände und einer nachhaltigen Veränderung der Blutkörperchen. Als Folge leiden viele Covid-19-Patientem an Thrombosen, Embolien und Schlaganfällen und die Durchblutung der Lungengewebe ist gestört. Auch die teils unbemerkte Luftnot einiger Patenten könnte auf solche Durchblutungsstörungen zurückgehen.

Fahndung unter viralen Proteinen

„Alles deutet darauf hin, dass das Coronavirus die Blutgefäße oder die sie auskleidenden Endothelzellen schwerwiegend schädigt“, erklärt Seniorautor Ben Maoz von der Universität Tel Aviv. „Covid-19 ist demnach nicht nur eine Atemwegserkrankung, sondern auch eine Gefäßerkrankung.“ Unklar war aber bisher, wie genau SARS-CoV-2 die Blutgefäße angreift und welche seiner viralen Proteine es dafür nutzt.

Um das zu klären, haben Maoz, Erstautorin Rossana Rauti und ihr Team systematisch untersucht, welche der insgesamt 29 Proteine des Coronavirus an der Schädigung der Blutgefäße beteiligt sind. Dafür rüsteten sie unschädliche Lentiviren mit jeweils einem viralen Protein aus und gaben sie zu Kulturen menschlicher Endothelzellen. Anschließend testeten sie unter anderem über die Leitfähigkeit, ob die von diesen Zellen gebildete Gefäßwand-Barriere noch intakt war und analysierten den Zellstoffwechsel der betroffenen Zellen.

Drei von 29 sind besonders schädlich

Das Ergebnis: Für 18 der 29 Coronavirus-Proteine stellten die Forschenden einen gefäßschädigenden Effekt fest. Aber anders als man erwarten würde, lösten nicht das Spike-Protein oder andere an der Hüllstruktur von SARS-CoV-2 beteiligte Proteine die größten Schäden aus. Stattdessen identifizierten Maoz und sein Team drei nicht-strukturelle Proteine des Coronavirus als die aggressivsten Endothelschädiger.

„Diese drei viralen Proteine beeinträchtigen nicht nur die Integrität der Endothel-Barriere, sie führen auch zur vermehrten Ausschüttung des Gerinnungsfaktors VWF und zur Cytokin-Freisetzung“, berichten die Wissenschaftler. Damit tragen diese Proteine aktiv dazu bei, dass das Blut verklumpt und dass es zu entzündlichen Veränderungen der Blutgefäße kommt. Vor allem im Gehirn und in der Lunge trägt dies zu den für schwere Verläufe von Covid-19 typischen Komplikationen bei.

Schädlich sind vor allem nichtstrukturelle Proteine

Interessant ist auch, um welche viralen Proteine es sich handelt: Zwei dieser Proteine, nsp-2 und nsp-5, sind dafür bekannt, dass sie der Immunabwehr der Zellen entgegenwirken. Sie werden erst nach Infektion der Zelle produziert und blockieren unter anderem in die Ausschüttung antiviraler Botenstoffe durch die Zellen, wie das Team berichtet. Das dritte Protein gehört hingegen zu einem Komplex, der Teil der viralen RNA-Polymerase ist – dem für die Vermehrung des Virus entscheidenden Enzym.

Über ein Modell ermittelten die Wissenschaftler zudem, dass zwei weitere nichtstrukturelle Proteine von SARS-CoV-2, nsp4 und nsp11, bei anderen Typen von Endothelzellen ebenfalls besonders schädigend wirken. Teilweise interagierten diese viralen Biomoleküle mit bis zu 40 Proteinen ihrer Zielzellen und störten deren Funktion, wie die Tests ergaben.

Potenzielle Ansatzstellen für Medikamente

Nach Ansicht von Maoz und seinem Team könnte diese Erkenntnisse dazu beitragen, die gefäßschädigende Wirkung von SARS-CoV-2 besser zu verstehen und ihr gezielter entgegenzuwirken. Bisher gibt es nur wenige effektive Möglichkeiten, schwere Verläufe von Covid-19 und die sie begleitenden Gefäßschäden zu behandeln.

„Die in unserer Arbeit präsentierten Daten geben uns einen besseren Einblick in die Mechanismen, durch die Gefäße und zelluläre Systeme vom Virus angegriffen werden“, erklärt Maoz. „Indem wir die für diese Effekte dominanten Proteine gezielt angehen, ermöglicht uns dies, schneller Wirkstoffe gegen das Virus zu entwickeln.“ (eLife, 2021; doi: 10.7554/eLife.69314)

Quelle: Tel-Aviv University