Es klingt zuerst ein wenig kompliziert, hat am Ende aber auch mit Papayas zu tun, dem tropischen Obst. Wissenschaftler von der School of Pharmacy der US-Universität von Maryland haben erstmals das Enzym papain-like Protease (PLpro) in seiner molekularen Struktur aufgeschlüsselt. Dieses nutzt Sars-CoV-2, um erst in unsere Zellen einzudringen und sie dann als Wirt für die eigene Vermehrung zu missbrauchen. Und wie der Name schon sagt, ähnelt das PLpro dem Enzym Papain, das in Papayas vorkommt und dessen antioxidative Wirkung seit Jahrhunderten in der Medizin genutzt wird (siehe Erklärung unten).

Die Forscher um Jana Shen und Jack Henderson veröffentlichten die Ergebnisse ihrer Arbeit im Fachmagazin "The Journal of Chemical Physics". Im Kern geht es dabei um das Enzym PLpro, das schon bei Sars-CoV (verantwortlich für den Sars-Ausbruch 2003) und Mers-CoV (verursachte ab 2012 das Middle East Respiratory Syndrome) eine wichtige Rolle spielte. Ebenso nutzt es nun Sars-CoV-2 für seine Vermehrung im menschlichen Körper, wie bereits im Juli Experten vom Frankfurter Max-Planck-Institut für Biophysik in einer Studie nachwiesen.

Die Molekularstruktur des Enzyms PLpro. Dieses Enzym ermöglicht es den Viren, die Sars, Mers und Covid-19 verursachen, Zellen zu infizieren und die Immunfunktion des Wirts zu replizieren und zu unterdrücken. Nachdem die Enzymstruktur im Detail bekannt ist, können neue antivirale Medikamente entwickelt werden. Bildrechte: Jack Henderson, University of Maryland School of Pharmacy

Die US-Kollegen schafften nun einen weiteren Schritt mit der Darstellung des Enzyms. Auf Röntgen-Bildern ähnelt es dabei einer Hand mit Daumen, Handfläche und Fingern. Der Daumen und die Handfläche bilden eine Bindungsstelle, an der die Moleküle eines möglichen Medikaments ansetzen könnten. Die Finger klappen über diese Region und geben ihr so die strukturelle Festigkeit, die PLpro für seine Wirkung braucht.

Nun kommt noch der Prozess der Protonierung ins Spiel, bei dem grundsätzlich Protonen an eine chemische Verbindung angelagert werden. Im Falle von PLpro sind dies Wasserstoff-Ionen, die bestimmte Aminosäuren im Enzym binden. Ausgelöst wird das Ganze durch Veränderungen des pH-Werts, wie die Forscher herausfanden. "Ein Wechsel des Protonierungszustands ist wichtig um den Energietransport zu verändern", erklärt Jana Shen. Dies mache sich etwa auch das Spike-Protein von Sars-CoV-2 bei einer Infektion zu Nutze, um seine Membran mit der menschlichen Zellmembran zu verschmelzen, ergänzt Jack Henderson.

Durch die Erkenntnis dieser Prozesse und der Struktur des Enzyms ergeben sich jetzt Möglichkeiten, "für weitere Untersuchungen, die auf einem höheren Level ansetzen", so Studien-Autorin Jana Shen, die dann möglicherweise zu neuen antiviralen Medikamenten führen.

cdi