Könnten Virusgene aus dem menschlichen Erbgut an der Entstehung von Krebs, Alzheimer und anderen schwerwiegenden Erkrankungen beteiligt sein? Aktuelle Untersuchungen deuten darauf hin.
Viren kommen und gehen und mit ihnen mal mehr, mal weniger lebensgefährliche Erkrankungen. Ist die akute Infektion überstanden, verschwinden in der Regel auch die Erreger wieder. Anders ist es bei Retroviren, etwa dem Aids-Erreger HIV. Sie befallen nicht nur, wie alle Viren, Zellen, sondern dringen bis tief in den Zellkern vor und schreiben ihre Virusgene dort ins Erbgut.
Endogene Retroviren können die Ausbreitung von Tau-Aggregaten zwischen Zellen beeinflussen.
Ina Vorberg leitet am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen in Bonn die Forschungsgruppe Prionen und Zellbiologie
Das heißt, bei jeder Zellteilung wird auch ein Stück Virus-DNA kopiert und weitergegeben – wenn Keimzellen infiziert sind, dann sogar an die nachfolgenden Generationen. Tatsächlich finden sich überall im menschlichen Erbgut die Erbgutreste uralter Infektionen mit Retroviren: Schätzungen zufolge fast zehn Prozent. Zum Vergleich: Nur fünf Prozent machen die Erbgutabschnitte aus, in denen die rund 20.000 Gene kodiert sind, die in Proteine übersetzt werden und den Menschen zum Menschen machen.
Schlummernde Virusgene
Die meisten retroviralen Genreste schlummern dahin, bleiben harmlos und werden von Zellteilung zu Zellteilung und Generation zu Generation mitgeschleppt. Doch manche werden unter bestimmten Umständen wieder aktiv. Die „endogene“ (von innen wirkende) Erbinformation wird abgelesen und es werden Virusproteine produziert. Im Fall von HIV entstehen komplette infektiöse Erreger, die den Körper dann wieder neu infizieren.
Viren im Erbgut bringen mehr Vorteile als Nachteile
Etwa zehn Prozent des menschlichen Erbguts bestehen aus Resten von Retroviren, eingesammelt über Jahrmillionen. Doch warum wurde dieser Ballast, der sogar Krankheiten auslösen oder befeuern kann (siehe Text), im Verlauf der Evolution nicht abgeworfen?
„Weil diese endogenen Retroviren fast immer harmlos sind und gleichzeitig als Spielball der Evolution Riesen-Vorteile bringen können“, sagt Alex Greenwood vom Berliner Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung.
Tatsächlich „spielt“ die Evolution mit dem zusätzlichen Genmaterial, das die Viren mitbringen – und nutzt sie. So braucht es etwa für die Entwicklung der Plazenta der Säugetiere das Gen „Peg10“, das sehr wahrscheinlich von einem Retrovirus stammt. Schaltet man dieses Gen in tragenden Mäusen aus, wächst die Plazenta nicht mehr, die Embryonen sterben ab.
Ebenfalls in der Placenta sorgen Syncytin-Gene dafür, dass die Blutgefäße der Mutter engen Kontakt mit denen des Säuglings aufnehmen. In Retroviren, von denen das Gen, dort „env“ genannt, ursprünglich stammt, bildete es die Virushülle, die mit menschlichen Zellen fusionieren muss, um eine Infektion zu ermöglichen.
Das Syncytin-1-Gen sprang vor rund 25 Millionen Jahren von einem Retrovirus über ins menschliche Genom, sagt Greenwood, das Syncytin-2-Gen bereits vor 45 Millionen Jahren.
Aber selbst wenn nur noch Bruchstücke dieser ehemaligen Virusproteine gebildet werden, weil die Virusgene über die Jahrmillionen mutiert sind, stören sie den Zellstoffwechsel. Offenbar kann das zum Absterben von Nervenzellen beitragen und Demenzerkrankungen wie Alzheimer befördern, wie aktuelle Studien nahelegen, und auch zur Entstehung und zum Wachstum von Tumoren führen.
Wie 20 Packungen Zigaretten am Tag
„Das Koala-Retrovirus wirkt ähnlich wie 20 Packungen Zigaretten am Tag“, sagt Alex Greenwood, der am Berliner Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) an Retroviren forsch, dem Tagesspiegel. So wie Kettenraucher ein stark erhöhtes Risiko für Lungenkrebs und einige andere Tumore haben, sterben auch die Koalas in Australien trotz überstandener Infektion mit einem dieser Erreger später sehr häufig am Blutkrebs (Leukämie).
Wenn Retroviren das Erbgut von Koalas befallen, lösen sie oft Krebs bei den Tieren aus.
© Matheus Neumann
Einer der Gründe für die krebsfördernde Wirkung von Retroviren ist, dass das virale Erbgut mitunter mitten in wichtigen Genen zur Regulation der Zellteilung oder des Zellwachstums landet. Dadurch werden diese Gene verändert und mutieren zu „Onkogenen“, krebsverursachenden oder -fördernden Genen. Genau das haben Alex Greenwood und sein Team kürzlich beobachtet, als sie vier Generationen von Koalas, insgesamt 46 Tiere, in Zoos untersuchten. Fast alle Tiere, bei denen die Retroviren in Onkogenen saßen, starben entweder schnell an Leukämie oder hatten keinen Nachwuchs.
Auch bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer spielen Retroviren wohl eine Rolle, wenn auch ganz anders, wie Forschungen am Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Bonn zeigen. Offenbar erleichtern die reaktivierten Virusreste die allmähliche Ausbreitung der Alzheimererkrankung von Nervenzelle zu Nervenzelle – bis so viele abgestorben sind, dass das Gedächtnis versagt.
Schon länger wissen Hirnforscher, dass bei Patienten mit Frontotemporaler Demenz und Amyotropher Lateralsklerose auffallend häufig die endogenen Retrovirusreste im Erbgut aktiviert sind. In Zellkulturen simulierte das Forschungsteam um Ina Vorberg vom DZNE diese Situation und beobachtete, dass die retroviralen Eiweißstücke den Transport von ganz bestimmten Proteinen erleichtern, den Tau-Aggregaten. Sie werden mit der Entstehung von Alzheimer und anderen neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden. Denn diese Proteinklumpen lassen Nervenzellen nicht nur absterben, sondern können auch den Verklumpungsprozess in anderen Zellen auslösen – vorausgesetzt, sie gelangen in die benachbarten Zellen.
Retroviren (hier HIV, gelb koloriert) infizieren nicht nur die Zelle (blaugrün koloriert), sondern schleusen ihr Erbgut bis in den Zellkern und fügen es ins menschliche Genom ein.
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Das machen die reaktivierten retroviralen Gene möglich, denn sie halfen einst den Retroviren die Membran menschlicher Zellen zu überwinden. Selbst wenn sich mit den Virusgenresten im menschlichen Erbgut kein komplettes Virus mehr produzieren lässt, reichen die Bruchstücke offenbar noch immer aus, um die Zellmembran durchlässiger zu machen – löchrig genug für Tau- und vermutlich auch andere schädliche Proteinaggregate.
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„Unsere Experimente zeigen, dass endogene Retroviren die Ausbreitung von Tau-Aggregaten zwischen Zellen beeinflussen können“, sagt Vorberg. „Endogene Retroviren wären damit zwar nicht Auslöser von Neurodegeneration, könnten den Krankheitsprozess jedoch befeuern, wenn dieser bereits in Gang gekommen ist.“
Vorberg hofft nun, das Wissen um den Einfluss der endogenen Retroviren nutzen zu können, um das Fortschreiten einer Demenzkrankheit zu bremsen. „Der Einsatz von Anti-Retrovirus-Medikamenten wird bereits erprobt“, sagt Vorberg. So lassen sich solche Virusproteine zum Beispiel mit spezifischen Antikörpern unschädlich machen. Auch die Hemmung wichtiger Retrovirus-Proteine könnte die Ausbreitung der Verklumpungskaskade im Gehirn stoppen oder verlangsamen helfen.