Der flexible Schweif des Prions vergiftet Hirnzellen

Warum das veränderte Prion für Hirnzellen giftig ist, blieb jahrzehntelang ungelöst. Nun zeigen Neuropathologen der Universität Zürich und des Universitätsspitals Zürich, dass der flexible Schweif des Prion-Proteins die Zelltötung auslöst. Die Ergebnisse haben weitreichende Konsequenzen: Für die Bekämpfung von Prion-Erkrankungen eignen sich nur jene Antikörper als potentielle Medikamente, die sich gegen den Schweif des Prions richten. 

Der flexible Schweif des Prions vergiftet die Hirnzellen. (Video: UZH, Brigitte Blöchlinger)

Prionen sind die infektiösen Erreger des Rinderwahnsinns und der Creutzfeldt-Jakob-Erkrankung. Sie entstehen, wenn sich ein normales Prion-Protein verformt und verklumpt. Das natürliche Prion-Protein ist harmlos und kommt in den meisten Organismen vor, beim Menschen in der Membran von Hirnzellen. Das abnormal verformte Prion ist hingegen giftig für die Hirnzellen. Adriano Aguzzi, Professor für Neuropathologie an der Universität Zürich und am Universitätsspital Zürich, untersuchte über viele Jahre, warum diese Verformung giftig ist. Nun hat Aguzzis Team entdeckt, dass das Prion-Protein eine Art «Schalter» aufweist, der seine Toxizität steuert. Dieser Schalter bedeckt ein winziges Areal auf der Oberfläche des Proteins. Berührt ein anderes Molekül, beispielsweise ein Antikörper, diesen Schalter, wird ein fataler Mechanismus ausgelöst, der zum sehr schnellen Zelltod führt.

Flexibler Schweif führt Zelltötung aus

Die Wissenschaftler legen in der aktuellen Ausgabe von «Nature» dar, dass das Prion-Protein-Molekül aus zwei funktional unterschiedlichen Teilen besteht: einer globulären Domäne, die in der Zellmembran verankert ist sowie einem langen, unstrukturierten Schweif. Unter normalen Bedingungen ist dieser Schweif sehr wichtig, um die Funktion von Nervenzellen aufrechtzuerhalten. Bei einer Prion-Infektion hingegen interagiert das pathogene Prion-Protein mit dem globulären Teil und der Schweif verursacht die Zelltötung – so die Hypothese der Forscher.

Aguzzi und sein Team prüften dies, indem sie in Gewebeschnitten aus dem Kleinhirn von Mäusen mimetische Antikörper züchteten, die eine ähnliche Toxizität verursachten wie eine Prion-Infektion. Dabei stellten die Forscher fest, dass diese Antikörper den Schalter des Prion-Proteins erkannten. «Prion-Proteine ohne den langen Schweif können die Hirnzellen jedoch nicht mehr schädigen, selbst wenn ihr Schalter von Antikörpern erkannt worden ist», erklärt Adriano Aguzzi. «Dieser flexible Schweif ist für die Ausführung der Zelltötung verantwortlich.» Wird der Schweif mittels eines weiteren Antikörpers gebunden und unzugänglich gemacht, kann die Betätigung des Schalters ebenfalls keinen Zelltod mehr auslösen.

«Unsere Entdeckung hat weitreichende Konsequenzen für das Verständnis von Prion-Erkrankungen», so Aguzzi. Die Ergebnisse enthüllen, dass nur jene Antikörper, die sich gegen den Prion-Protein-Schweif richten, als potentielle Medikamente geeignet sind. Hingen sind Antikörper, die den Schalter des Prions erkennen, sehr schädlich und gefährlich.

Literatur:

Tiziana Sonati, Regina R. Reimann, Jeppe Falsig, Pravas Kumar Baral, Tracy O’Connor, Simone Hornemann, Sine Yaganoglu, Bei Li, Uli S. Herrmann, Barbara Wieland, Mridula Swayampakula, Muhammad Hafizur Rahman, Dipankar Das, Nat Kav, Roland Riek, Pawel P. Liberski, Michael N. G. James, and Adriano Aguzzi. The flexible tail of the prion protein mediates the toxicity of antiprion antibodies. Nature. July 31, 2013. Doi: 10.1038/nature12402