SARS-CoV-2 Spike-Protein Aktivierung durch die Cystein-Peptidase Cathepsin L der Mikrovilli von Dünndarmepithelzellen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Klaudia Brix
• Fachliche Zuordnung: Virologie ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 458144552

Das Virus SARS-CoV-2, welches die COVID-19 Erkrankung auslöst, gelangt über Epithelzellen in den Körper, hierzu zählen auch die Enterozyten des Dünndarms. Während die Proteasen ACE2 und TMPRSS2 als Eintritts-Co-Rezeptoren von SARS-CoV-2-Zielzellen bekannt sind, ist nicht ausreichend untersucht, inwieweit Cathepsin L involviert ist. Diese Cystein-Peptidase kann als aktivierendes Enzym des viralen Spike-Proteins wirken. Daher soll im vorgeschlagenen Forschungsprojekt ein neuer und nicht konventioneller Mechanismus der Aktivierung des Spike-Proteins von SARS-CoV-2 getestet werden, nämlich durch Cathepsin L, das an Mikrovilli von Dünndarmepithelzellen wirkt. Wir stützen diesen Vorschlag auf unsere früheren Arbeiten, die zeigen, dass Cathepsin L aus Darmepithel- und Becherzellen in das Darmlumen sezerniert wird, von wo aus es wieder mit der Oberfläche der Schleimhautzellen assoziiert. Daher ist Cathepsin L gut exponiert auf Mikrovilli des Dünndarmepithels vorhanden, wo es möglicherweise an der Aktivierung des coronaviralen Spike-Proteins beteiligt ist, wodurch der Eintritt und die Ausbreitung der Virusinfektion gefördert werden kann, trotz und zusätzlich zur herausragenden Rolle von ACE2 und TMPRSS2. Daher befasst sich das vorgeschlagene Projekt mit der Expression und subzellulären Co-Lokalisierung von Cathepsin L, ACE2 und TMPRSS2 im Dünndarm in situ und der enzymatischen Aktivität von Cathepsin L an Mikrovilli von Darmepithelzellen in etablierten organoid-typischen Co-Kulturen von Enterozyten und Becherzellen in vitro. Wir werden außerdem die mögliche Spike-Protein-Prozessierung in vitro unter Bedingungen simulieren, die für das Darmlumen zu erwarten sind. Schließlich soll die Bedeutung der Cathepsin-L-Aktivität für die Aufrechterhaltung von Mikrovilli der Dünndarm-Epithelzellen untersucht werden. Wir möchten mit unseren Untersuchungen klären, ob Cathepsin L eine wichtige Rolle bei der SARS-CoV-2-Infektion des Dünndarms spielen kann. Die Ergebnisse dieses Grundlagenforschungsprojekts werden dazu beitragen, die Vorgehensweise bei der therapeutischen Verhinderung des Eintritts von Coronaviren in ihre Zielzellen umfassender planen zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen