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Corona: Erster Blick auf Impfproteine

Nach Impfung von unseren Zellen erzeugte Spike-Proteine gleichen ihrem viralen Vorbild

Spike-Protein
Die Corona-Impfstoffe bringen unsere Zellen dazu, das Spike-Protein von SARS-CoV-2 zu bilden. Wie gut dieses Impfprotein seinem viralen Vorbild gleicht, haben nun Forscher untersucht. © University of Southampton

Täuschend ähnlich: Erstmals zeigen Aufnahmen, wie die nach der Corona-Impfung von unseren Zellen gebildeten Virenproteine aussehen – und wie nahe sie ihrem Vorbild, dem Spike-Protein von SARS-CoV-2 kommen. Demnach lässt die Impfung mit Vektorvakzinen wie AstraZeneca nicht nur reichlich virale Proteine auf den Zellen sprießen, diese ähneln ihrem Vorbild auch bis in die Zuckeranlagerungen hinein, wie die Forscher berichten.

Ziel aller Corona-Impfstoffe ist es, unsere Immunabwehr mit dem Spike-Protein von SARS-CoV-2 vertraut zu machen. Denn dann bildet sie passende Antikörper und T-Zellen gegen dieses Virusprotein. Erfolgt dann eine Infektion mit dem Coronavirus, wird dieses neutralisiert, bevor es sich in unseren Zellen vermehren kann. mRNA-Impfstoffe erreichen diesen Effekt, indem sie die Bauanleitung für das Spike-Protein als Boten-RNA in die Zellen einschleusen. Vektor-Impfstoffe wie Sputnik-V, AstraZeneca oder Johnson&Johnson nutzen ein harmloses Trägervirus, um den Gencode in unsere Zellen zu bringen.

Impfprinzip
Prinzip der Vektor-Impfstoffe: Das Trägervirus dringt in die Zelle ein und setzt die Bauanleitung für das Spike-Protein frei. Die Zelle erzeugt dann dieses Protein und präsentiert es auf seiner Oberfläche. © University of Southampton

Alle Impfstoffen gemeinsam ist jedoch, dass unsere Zellen daraufhin das virale Spike-Protein herstellen und auf ihrer Zelloberfläche präsentieren – das gibt dem Immunsystem den Anreiz, sich dieses Protein zu merken.

Impfproteine im Visier

Aber wie gut funktioniert dieses Prinzip? Und wie perfekt ahmen unsere Zellen das virale Protein nach? Das haben Yasunori Watanabe von der University of Southampton und seine Kollegen nun am Beispiel des AstraZeneca-Impfstoffs AZD1222 untersucht. Wichtig sei dabei, wie gut die Impfproteine die virale Proteinstruktur reproduzieren, aber auch, ob die für dieses Protein typischen Zuckeranlagerungen übereinstimmen – denn auch diese Glycane sind ein Erkennungsmerkmal für die Antikörper.

Für ihre Studie impften die Forschenden verschiedene menschliche Zellkulturen mit den Impfviren dieses Vakzins. Nachdem dann diese Zellen die Bauanleitung ausgelesen und erste virale Proteine gebildet hatten, prüften sie mittels Antikörpertests und hochauflösender Aufnahmen der Cryo-Elektronenmikroskopie, wie gut die Übereinstimmung von viralem Vorbild und zellulärem Impfprodukt ist.

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„Stachelige“ Zellen und passende Struktur

Das Ergebnis: Rund 60 bis 70 Prozent aller Zellen in der geimpften Kultur zeigten schon nach kurzer Zeit die typisch stacheligen Spike-Proteine auf ihrer Zelloberfläche, wie die Aufnahmen belegten. „Sie enthüllten, dass die Oberfläche dieser Zellen dicht mit hervorstehenden Strukturen übersät ist, deren Form und Größe mit der Konformation des Spike-Proteins von SARS-CoV-2 übereinstimmt“, berichten Watanabe und seine Kollegen.

Die Struktur dieser zellproduzierten Spike-Proteine entspricht dabei derjenigen, wie sie das Virus vor der Anlagerung an die Zelle zeigt. Tests mit verschiedenen Antikörpern belegten zudem, dass sowohl die Bindungsstelle, als auch der dreiteilige „Kopf“ des Proteins und die Stielregion dem Original entsprechen – zumindest so gut, dass die Antikörper erfolgreich daran banden, wie das Team berichtet.

Auch die Zuckerhülle stimmt überein

Wichtig auch: Die von den Zellen erzeugten Spike-Proteine stimmten auch in ihrer Zuckerhülle mit ihrem viralen Vorbild überein. Diese Glycane lagern sich erst im Körper an die Virenproteine an und maskieren so deren charakteristische Enden. Weil sie körpereigenen Zuckern sehr ähneln, tragen sie zur Tarnung des Virus gegenüber der Immunabwehr bei, bieten aber Antikörpern auch zusätzliche Erkennungszeichen.

Die Aufnahmen und Tests bestätigten, dass die von den geimpften Zellen neugebildeten Spike-Proteine sich ebenfalls schnell eine Zuckerhülle zulegten. „Die vom Impfstoff provozierte Expression der SARS-CoV-2-Spike-Proteine resultiert demnach in der Präsentation ähnlicher Merkmale wie bei einer natürlichen Infektion“, so die Forschenden. „Insgesamt enthüllt unsere Stude damit eine täuschend echte Mimikry des Spike-Proteins, von der Bindungsstelle über die Proteinstruktur bis zur Glycan-Modifikation.“

Gutes Zeichen für Impf-Wirksamkeit

Nach Ansicht des Forschungsteams bestätigt dies, dass der Vektorimpfstoff seine Aufgabe erfüllt und unsere Zellen dazu bringt, die viralen Spike-Proteine nachzubauen. „Das bringt uns die Bestätigung, dass dieses Vakzin seinen Job erledigt und das Material erzeugt, das unser Immunsystem braucht“, sagt Watanabes Kollege Max Crispin. (ACS Central Science, 2021; doi: 10.1021/acscentsci.1c00080)

Quelle: University of Southampton

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