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ProteoCoV - Proteostase als Angriffspunkt für antivirale Therapien gegen SARS-CoV-2

Die durch das neuartige SARS-CoV-2 ausgelöste Pandemie stellt das deutsche Gesundheitssystem vor bislang ungekannte Herausforderungen. Es gibt zurzeit keine wirksamen Therapien zur Behandlung der durch SARS-CoV-2 verursachten Lungenkrankheit Covid-19.

Der Begriff der Proteostase umfasst verschiedene miteinander vernetzte Prozesse, die auf zellulärer Ebene die Proteinaktivität kontrollieren. Einer dieser Prozesse ist die Autophagie, ein Mechanismus, den Zellen nutzen, um beschädigtes Material und Abfallprodukte abzubauen. Auch Viren werden über diesen Prozess der „Selbstverdauung“ als Abfallprodukte erkannt und entsorgt. Das Coronavirus SARS.CoV-2 verfügt allerdings über Mechanismen, um diesem Abbau zu entgehen.

In diesem Vorhaben sollen die molekularbiologischen und biochemischen Details dieser Mechanismen analysiert werden. Mit molekularen Ansätzen sowie virologischen Techniken sollen die Virus-Wirt-Interaktionen identifiziert und der Proteinabbau untersucht werden. Dabei sollen Proteine identifiziert und charakterisiert werden, die SARS-CoV-2 nutzt, um zelluläre Systeme zum eigenen Vorteil umzuprogrammieren. Im nächsten Schritt sollen bereits zugelassene Medikamente in Zellkulturexperimenten daraufhin getestet werden, ob sie diese Proteine adressieren und dadurch das Viruswachstum hemmen können – ohne die Zellen zu schädigen.

Der Förderaufruf beruht auf dem Rapid Response Modul der Förderbekanntmachung „Richtlinie zur Förderung eines Nationalen Forschungsnetzes zoonotische Infektionskrankheiten“ vom 29. Januar 2016 und orientiert sich an der Prioritätensetzung der WHO zu Covid-19. Gefördert werden insbesondere die Entwicklung therapeutischer und diagnostischer Ansätze sowie Forschungsarbeiten, die zum Verständnis des Virus und dessen Ausbreitung beitragen.

Teilprojekte

Einfluss von SARS-CoV-2 auf proteostatische Prozesse der Zelle

Förderkennzeichen: 01KI20434A
Gesamte Fördersumme: 252.585 EUR
Förderzeitraum: 2020 - 2021
Projektleitung: Dr. Nils Gassen
Adresse: Universitätsklinikum Bonn, Klinik und Poliklinik für Psychiatrie und Psychotherapie
Sigmund-Freud-Str. 25
53127 Bonn

Einfluss von SARS-CoV-2 auf proteostatische Prozesse der Zelle

Therapeutische Ansätze gegen SARS-CoV-2 konzentrieren sich derzeit auf die Umwidmung klinisch zugelassener Arzneimittel. Mechanistische Details zur Wirkung der Medikamente gegen SARS-CoV-2 sind oft unbekannt, was zu einer erhöhten Morbidität bei Patienten und zum Scheitern klinischer Studien führen kann. Die kürzlich publizierte Studie zu MERS-CoV ergab, dass Autophagie, ein Mechanismus für den nicht-selektiven lysosomalen Abbau von Proteinen, durch das Virus blockiert wird. Es konnte gezeigt werden, dass SARS-CoV-2 ebenfalls die Autophagie blockiert. Die gezielte Induktion der Autophagie durch zugelassene Medikamente reduzierte die MERS-CoV und SARS-CoV-2-Vermehrung in Zellen stark. Erste Daten legen nahe, dass SARS-CoV-2 den gerichteten Abbau von Proteinen durch die Aktivierung des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS) aktiviert. Die Hypothese ist, dass SARS-CoV-2 die nicht-selektive Autophagie hemmt und gleichzeitig den selektiven Abbau von Wirtszellproteinen fördert. Unter Verwendung modernster molekularer, proteinbiochemischer und virologischer Methoden werden Hotspots für Virus-Wirt-Interaktionen hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Proteostase identifiziert. Um den Proteinabbau durch Autophagie oder UPS nach SARS-CoV-2-Infektion im proteomweiten Vergleich zu bewerten, werden pulsed-SILAC durchführt, um den selektiven Proteinabbau zu quantifizieren. Mittels Literaturrecherche und Nutzung von verfügbaren in silico-Programmen und Datenbanken wie CoVex sollen zugelassene Medikamente gefunden werden, die die identifizierten Proteine adressieren. Diese Medikamente werden in etablierten Virushemmtests getested, um Substanzen zu finden, die das Viruswachstum im nanomolaren Bereich hemmen ohne dabei zelltoxisch zu sein. Die mechanistischen Einblicke in das Zusammenspiel von Virus und Wirt werden neuartige, hypothesengetriebene Behandlungsstrategien inkl. der Medikamentenumwidmung gegen Covid-19 aufzeigen.

Charakterisierung Proteostase-spezifischer Inhibitoren gegen SARS-CoV-2

Förderkennzeichen: 01KI20434B
Gesamte Fördersumme: 251.042 EUR
Förderzeitraum: 2020 - 2021
Projektleitung: Marcel Müller
Adresse: Charité - Universitätsmedizin Berlin, Institut für Virologie
Charitéplatz 1
10117 Berlin

Charakterisierung Proteostase-spezifischer Inhibitoren gegen SARS-CoV-2

Therapeutische Ansätze gegen SARS-CoV-2 konzentrieren sich derzeit auf die Umwidmung klinisch zugelassener Arzneimittel. Mechanistische Details zur Wirkung der Medikamente gegen SARS-CoV-2 sind oft unbekannt, was zu einer erhöhten Morbidität bei Patienten und zum Scheitern klinischer Studien führen kann. Die kürzlich publizierte Studie zu MERS-CoV ergab, dass Autophagie, ein Mechanismus für den nicht-selektiven lysosomalen Abbau von Proteinen, durch das Virus blockiert wird. Es konnte gezeigt werden, dass SARS-CoV-2 ebenfalls die Autophagie blockiert. Die gezielte Induktion der Autophagie durch zugelassene Medikamente reduzierte die MERS-CoV und SARS-CoV-2-Vermehrung in Zellen stark. Erste Daten legen nahe, dass SARS-CoV-2 den gerichteten Abbau von Proteinen durch die Aktivierung des Ubiquitin-Proteasom-Systems (UPS) aktiviert. Die Hypothese ist, dass SARS-CoV-2 die nicht-selektive Autophagie hemmt und gleichzeitig den selektiven Abbau von Wirtszellproteinen fördert. Unter Verwendung modernster molekularer, proteinbiochemischer und virologischer Methoden werden Hotspots für Virus-Wirt-Interaktionen hinsichtlich der Aufrechterhaltung der Proteostase identifiziert werden. Um den Proteinabbau durch Autophagie oder UPS nach SARS-CoV-2-Infektion im proteomweiten Vergleich zu bewerten, werden pulsed-SILAC durchführt, um den selektiven Proteinabbau zu quantifizieren. Mittels Literaturrecherche und Nutzung von verfügbaren in silico-Programmen und Datenbanken wie CoVex sollen zugelassene Medikamente gefunden werden, die die identifizierten Proteine adressieren. Diese Medikamente werden in etablierten Virushemmtests getestet, um Substanzen zu finden, die das Viruswachstum im nanomolaren Bereich hemmen ohne dabei zelltoxisch zu sein. Die mechanistischen Einblicke in das Zusammenspiel von Virus und Wirt werden neuartige, hypothesengetriebene Behandlungsstrategien inkl. der Medikamentenumwidmung gegen Covid-19 aufzeigen.