SARS-Cov2-Spike-Konformationen

(Hier muß eine Menge an Strukturdaten geladen werden, es dauert, bis ein Spike-Bild da ist)

Eine Impfstrategie muß ein klares Ziel haben, bei Corona kann es nur das Spike-Protein sein. Im Verlauf des Infektionsvorganges ändert sich das Spike-Protein: nach dem Andocken an den Rezeptor ACE2 wird das Spike-Protein gespalten. Das ist für das Virus notwendig, da nur der in der Virusmembran verbeibende Teil die Verschmelzung der Virenmembran mit der Wirtszellmembran bewerkstelligen kann. Die (rot) liegt auf der Oberfläche der Spike-Proteine und wird von einer Protease angegriffen, die vom Wirt (z.B. Homo sapiens) stammt (eine virale Protease könnte nichts ausrichten, da sie in diesem Stadium noch nicht hergestellt ist). Das hat Konsequenzen: Die menschliche Protease kann nicht wissen, ob das Spike-Protein schon angedockt hat - sie spaltet auch schon (teilweise), wenn der Infektionsmechanismus noch garnicht begonnen hat. Auf der Virusoberfläche gibt es daher auch Spikefragmente (als S2 bezeichnet). Um die nach der Spaltung erfolgenden Gestaltänderungen des Spikes nachvollziehen zu können, müssen wir die innere Struktur ansehen . Der abgespaltene Teil (S1) diffundiert weg und soll uns jetzt nicht weiter interessieren . Der am Virus verbleibende Teil (S2) wird umgefaltet, um die Membranverschmelzung einzuleiten. Um die Umfaltung nachvollziehen zu können, färben wir die Proteinketten nicht mehr nach einzelnem Spike-Protein, sondern nach späterer Funktion . Vom Anfang zum Ende der Spike-Proteinkette reihen sich die Abschnitte in den Farben blau, gelb, orange und grün. Für die Umfaltung werden von den Autoren der Studie die Beteiligungen der einzelnen Subabschnitte diskutiert, beobachten kann man nur das Endresultat. Und das ist beachtlich . Die innere Struktur aus langgezogenen Helices verleiht dem Gebilde eine Steifheit, die es strack von der Virusoberfläche abstehen läßt. Kehren wir zur raumfüllenden Ansicht mit dem Einzelstrang-Farbschema zurück und machen auch die Zucker-Anteile sichtbar , dann haben wir das Fragment in voller Größe. Zum Vergleich dazu das komplette Spike-Trimer .
Was hat das alles mit der Impfung zu tun?
Rechts ist eine schematische Darstellung (von den Autoren dieser Studie) der Spike-Varianten auf der Cov2-Oberfläche gezeigt. Unser Immunsystem erkennt beide Spike-Formen als fremd und bekämpfenswert, die weiter herausragenden Teile womöglich besser. Andere Viren (z.B. HIV oder RSV, das vornehmlich bei Kleinkindern Atemwegserkrankungen auslöst) haben eine ähnliche Strategie mit ihren Spike-Proteinen. Die schlanken in regelmäßigen Abständen zuckerdekorierten Strukturen provozieren eine Antikörperproduktion (wie die kompletten Spikes), aber fatalerweise sind diese Antikörper nicht neutralisierend. Das Immunsystem wird mit der Produktion wirkungsloser Antikörper abgelenkt! Diese Gesichtspunkte müssen beim Design von Vakzinen berücksichtigt werden, sonst läuft ein Teil der Immunisierung ins Leere.

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Literatur:
Y Cai et al, Science 369, 1586-1592 (2020), DOI 10.1126/science.abd4251