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In den letzten Tagen haben zwei neue Studien zu SARS-CoV-2/COVID-19 sehr große Aufmerksamkeit erregt. Bei der ersten ging es um die Frage, ob SARS-CoV-2 auch T-Zellen infiziert und damit schädigt: ACE2-independent infection of T lymphocytes by SARS-CoV-2. Die zweite untersuchte den Schwund von Hirnmaße sowie die reduzierte Hirnleistung nach COVID-19: SARS-CoV-2 is associated with changes in brain structure in UK Biobank. Beide Studie wurden teilweise sehr alarmistisch kommentiert, was meines Erachtens bei genauerer Betrachtung – siehe unten – nicht gerechtfertigt ist. Das ändert natürlich nichts daran, dass SARS-CoV-2 ein gefährliches Virus ist, und die Reduktion der Fallzahlen sowie die Impfung nach wie vor enorm wichtig sind.

SARS-CoV-2 und T-Zellen

Die erste Studie untersuchte, ob SARS-CoV-2 auch T-Zellen infiziert, und was dann mit den T-Zellen geschieht. Die Schlussfolgerung der Studie ist, dass das Virus T-Zellen infiziert, und damit massiv schädigt – was zu langanhaltender Immunschwäche führen soll. Von einigen Kommentierenden wurde das auch mit HIV/AIDS verglichen; das HI-Virus infiziert T-Zellen, worauf diese absterben, was zur Immunschwächekrankheit AIDS führt.
Das Grundproblem dieser Studie ist, dass die Experimente teilweise ungeeignet sind, um dies zu schlussfolgern, und erhebliche technische Mängel aufweisen – zwei Beispiele im Detail:

  1. In Abbildung 1 wird jeweils eine einzige (!) Abbildung aus einer Lunge einer an COVID-19 verstorbenen Person, sowie Blutzellen gezeigt. Es wird ein Antikörper verwendet, um Virus-Protein nachzuweisen. Das ist ein übliches Verfahren im Labor; Antikörper, wie hier aus Kaninchen, werden als Werkzeug zum Nachweis des Virus verwendet. Solche Antikörper kann man kaufen, hier wurde ein selbst hergestellter Antikörper verwendet. Es wird aber nicht nachgewiesen, dass der Antikörper genau das nachweist, was er soll. Es ist oft so, dass solche Antikörper nicht nur das erkennen, was sie sollen, sondern auch andere Dinge, d.h. sie „reagieren unspezifisch“. Das mindeste hier wäre gewesen, Proben von gesunden Menschen zu zeigen, wo der Antikörper dann nichts erkennen sollte. In den zusätzlichen Informationen („supplementary information“) ist ein solches Vergleichsbild gezeigt, jedoch von einer anderen Probenart. Zudem ist in Abbildung 1d nicht klar, welche Lungenstruktur hier gezeigt wird; das wäre aber wichtig zu wissen um beurteilen zu können, ob das „Signal“ vom Nucleocapsid-Antikörper biologisch sinnvoll ist – schöne Bilder als Vergleich sind bspw. hier zu sehen. Verdächtig ist in diesen Bildern zudem das Muster der roten Farbe, die das vom Antikörper markierte Virusprotein NP (Nucleocapsid) darstellt. Es ist jeweils in einem Ring am Zellkern, beim sogenannten „endoplasmatischen Retikulum“. Das ist aber nicht unbedingt dort, wo das Nucleocapsid erwartet wird, siehe als Vergleich dazu die Bilder hier. Auf dieser Seite sind auch passende „Kontrollen“ für den Antikörper gezeigt, mit denen man beurteilen kann, ob der Antikörper tut was er soll.
    Die Studie macht hier also auf Grund eines technisch mangelhaften Experimentes eine relativ starke Aussage, die zudem neu ist bzw. der bisherigen wissenschaftlichen Literatur eher widerspricht. Als Gutachter dieser Studie hätte ich folgende Ergänzungen für notwendig befunden:
    – Genaue Beschreibung des neu hergestellten Antikörpers, die auch zeigt, dass der Antikörper tatsächlich das Nucleocapsid markiert.
    – Verwendung eines zweiten Antikörpers, wenn möglich einer der schon in anderen Studien funktioniert hat.
    – Mehr als nur ein Bild, d.h. Proben von mindestens 3 Patient*innen (Blut) bzw. Autopsien (Lunge).
    – Ein zweites, komplett anders funktionierendes Experiment: bspw. isolieren von T-Zellen aus dem Blut von COVID-19-Patient*innen, und darin eine nicht mikroskopie-basierte Nachweismethode. In Abbildung 4 (siehe Punkt 2. unten) wird das im Prinzip gemacht, aber nicht entsprechend analysiert.
  2. Das zweite Experiment mit Proben aus Patient*innen ist in Abbildung 4 zu sehen. Hier werden T-Zellen aus dem Blut von COVID-19-Patient*innen mit einem Zell-Sortierer analysiert. Die Zellen werden wie in Abbildung 4A auf einer zweidimensionalen Fläche angezeigt. Je weiter oben die Zellen sind, desto näher sind die Zellen dem Zelltod; je weitere rechts desto mehr SARS-CoV-2-Nucleocapsid-Protein ist in den Zellen drin. Blaue Punkte sind einzelne Zellen, grün bis rot bedeutes zunehmendes „Aufeinanderstapeln“ von Zellen. Die Zahlen zeigen an, wieviele Prozente in den jeweiligen Quadranten Q1-Q4 sind.
    Hier wird übrigens auch das oben erwähnte Kontroll-Experiment gemacht, nämlich es werden auch Zellen aus einem gesunden Menschen mit dem Antikörper markiert. Auffällig ist nun, dass 1,7% der Zellen aus dem gesunden Menschen mit dem Nucleocapsid-Antikörper markiert sind (Zahlen in Q2+Q3). Dieser Wert sollte eigentlich 0 sein, da da natürlich kein Virus drin ist. D.h., der Antikörper hat auch die Tendenz, andere Dinge als nur Virusprotein zu markieren.
    Zudem ist nicht klar, wie die Linien zur Abgrenzung der Quadranten gesetzt werden. Das ist vor allem deswegen wichtig, weil es zwei „Populationen“ von Zellen gibt, eine links unten, in der die meisten Zellen sind, und eine in der Mitte, ungefähr bei der Schnitstelle der Linien (und dann noch Vereinzelte daneben). Wenn nun die Linien rechts bzw. oberhalb diesem Fleck in der Mitte gesetzt würden – als Abgrenzung von der „Hintergrundsmarkierung“, gäbe es in Q2 (sterbende Zellen mit Virus drin; was auch im Balkendiagramm rechts gezeigt wird als „TUNEL+NP+“) kaum mehr Zellen. Eine schlüssige Begründung für das Setzen der Linien fehlt.
    Auch hier ist also dieses – zugegeben technisch anspruchsvolle – Experiment nicht auf eine Art und Weise durchgeführt, die die starke Botschaft „SARS-CoV-2 infiziert T-Zellen und schädigt sie“ belegen kann.

Die weiteren Experimente sind „in der Petrischale“ gemacht worden, und daher nur bedingt geeignet, Prozesse in einem Organismus nachzubilden; insbesondere können sie die erwähnten Bedenken nicht entkräften.

SARS-CoV-2 und Hirn

Die zweite Studie vergleicht Hirn-Scans vor und nach einer COVID-19-Erkrankungen, sowie Veränderungen von kognitiven Fähigkeiten. Die gesamte Studie ist solide, was auch an der guten Datenqualität und des recht einfachen Vergleichs führt – nämlich zwei Hirn-Scans im Abstand von einigen Monaten, von wenigen hundert Menschen vor und nach bzw. ohne Infektion. An den Resultaten an sich gibt es daher kaum Zweifel. In der Berichterstattung ging aber ein zentraler Punkt verloren: der Schwund an Hirnmasse und kognitiven Fähigkeiten ist altersabhängig und erst ab einem Alter von ungefähr 60 überhaupt wesentlich. Auch gute Zusammenfassungen wie bspw. die von BR Wissen heben diesen wichtigen Punkt kaum hervor. Das ist schon in den rein quantitativen Erhebungen sichtbar (Abbildung 1) und noch stärker bei den kognitiven Analysen (Abbildung 3 – beim „trail making test“ müssen a Bildschirm Zahlenmuster in der richtigen Reihenfolge angeklickt werden). Warum ist das wichtig? Es ist bekannt, dass die Gefährlichkeit einer Infektion mit SARS-CoV-2-Infektion mit dem Alter stark zunimmt. Diese Studie bestätigt diesen allgemein bekannten Befund, ergibt aber keine veränderte Beurteilung der Gefährlichkeit des Virus für unter 60jährige. Die Studie zeigt aber sehr gut auf, dass und in welchem Ausmaß eine Infektion mit SARS-CoV-2 – aus welchen Gründen auch immer – das Gehirn älterer Menschen schädigen kann, und eine Impfung gerade für diese Altersgruppe extrem wichtig ist.

Trompeten! Pauken! Tusch! – eine neue Blogserie wird angekündigt! „DIE PUBLIKATION: Wahnwitziges, Aufregendes, Bahnbrechendes aus der Welt der Wissenschaft!“

Oder anders gesagt: Dem sehr gemählichen Fortschritt der Wissenschaft folgend gibt es in der Kategorie „Die Publikation“ gelegentlich, im Abstand von eher mehreren Monaten als einigen Wochen, Erläuterungen zu wissenschaftlichen Artikeln, an denen ich beteiligt war. Und die den engen Horizont der Erkenntnis marginal und kaum merklich (aber doch ein bisschen! wirklich!) vergrößert haben. Wenn, wie Tom Lehrer sagt „we spent 20000 millions of taxpayer’s money to put some clowns on the moon“, sollte auch bekanntgegeben werden was dabei rauskam.

Heute also zu „CK1δ and CK1ε are components of human 40S subunit precursors required for cytoplasmic 40S maturation“ und „The beta-isoform of the BRCA2 and CDKN1A(p21)-interacting protein (BCCIP) stabilizes nuclear RPL23/uL14“. Beides sind Studien aus der Ribosomen-Biogenese, der Herstellung von Ribosomen in menschlichen Zellen. (Wikipedia ist Deine Freundin: über das Ribosom und die Grundlagen lebender Zelle, worin dies alles stattfindet – pausenlos in den Milliarden Zellen unserer Körper)

Das Ribosom ist ein für molekulare Verhältnisse sehr großes Konstrukt, bestehend aus zwei sehr großen und zwei kleinen RNA-Molekülen, und ungefähr 70-80 Proteinen. Dazu kommen noch ungefähr 200 Hilfsproteine und -RNAs (trans-acting factors genannt). Damit ein funktionelles Ribosom enstehen kann, sind hunderte von kleinen „Arbeitsschritten“ notwendig, von denen bisher nur wenige im Detail bekannt sind. Dazu gehört das Zurechtschneiden der RNA-Moleküle, die Bindung der ribosomalen Protein am richtigen Ort zum richtigen Zeitpunkt, Qualitätskontrolle usw. Zudem ist die Herstellung der Ribosomen natürlich kein isolierter Prozess, sondern mit den Tausenden anderen Vorgängen in der Zelle verknüpft und natürlich wird auch reguliert wieviele Ribosomen zu welchem Zeitpunkt entstehen. Da Ribosomen eine fundamentale Aufgabe in allen unseren bekannten Lebewesen spielen, und evolutionär sehr alt sind (wohl im Bereich von drei Milliarden Jahre), sind sie sich relativ ähnlich in den verschiedensten Organismen, von Bakterien über Hefen bis zum Menschen. Die meisten Erkenntnisse über Ribosomen-Biogenese wurden aus Hefe gewonnen, die sich deutlich einfacher kultivieren oder verändern lassen als menschliche Zellen in Zellkulturen. Die hier verlinkten Studien wurden aber in menschlichen Zellen gemacht; während viele Mechanismen wohl mehr oder weniger gleich sind wie in Hefe, bedingt das Zusammenspiel der Ribosomen-Biogenese mit den ungleich komplexeren Mechanismen in menschlichen Zellen (wie Zellwachstum oder Differenzierung) die Forschung in menschlichen Zellen.

Bei der ersten Studie haben wir gezeigt dass die Protein-Kinasen CK1delta und CK1epsilon in späten Schritten der Ribosomen-Biogenese eine Rollen spielen. Protein-Kinasen sind Proteine, die andere Proteine verändern können (durch Phosphorylierung). Wir haben gezeigt, dass CK1 zwei trans-acting factors, Ltv1 und Enp1, phosphoryliert, und dass die Blockade von CK1 mit einem Inhibitor späte Schritte der Ribosomen-Biogenese stört. Auch wenn wir keine direkte Kausalität zeigen konnten, legen die Resultate zusammengenommen nahe, dass CK1 relativ früh in der Ribosomen-Biogenese an das Prä-Ribosom (also das unfertige Ribosom bindet), ebenso wie Ltv1 und Enp1. Die Aktivierung von CK1 geschieht aber erst in einem späteren Schritt, und nach der Phosphorylierung fallen Ltv1 und Enp1 vom Prä-Ribosom ab, womit dann das Ribosom fast fertig ist.

CK1 hat neben der hier beschriebenen Funktion noch diverse andere Aufgaben. Unter anderem ist CK1 involviert in der Regulierung des Tag-Nacht-Zyklus, und es gibt auch schon Hinweise dass Ribosomen-Biogenese ebenfalls variiert ist während eines solchen Zyklus – was einleuchtend klingt, braucht doch der Körper für die höhere Aktivität tagsüber mehr Proteine, und damit auch mehr Ribosomen. CK1 könnte hier also eine Verbindung zwischen Tag-Nacht-Zyklus und der Produktion von Ribosomen herstellen.

In der zweiten Studie haben wir gezeigt, dass das Protein BCCIP, das in Säugetieren mit DNA-Reparaturmechanismen in Verbindung gebracht wurde, eine zweite Funktion in der Ribosomen-Biogenese haben könnte. Das B im Namen steht für „BRCA2-interacting“ – BRCA2 ist mit dem nahe verwandten BRCA1 wichtig für Brustkrebs und andere Krebsarten, war Grund für einen epischen Patentstreit und kam übrigens schon mal vor in meinem Blog. Die Verbindung zu Krebs besteht darin dass die BRCA-Protein für Genomstabilität zuständig sind; instabile/mutierende Genome sind eine wichtige Ursache für Krebs. BCCIP hat zwei Isoformen, alpha und beta. Wir haben gezeigt, dass ausschließlich die Beta-Isoform an das ribosomale Protein Rpl23 bindet und freies, d.h. nicht an Ribosomen gebundenes, Rpl23 stabilisiert. Gleichzeitig bindet es an den trans-acting factor EIF6. In früheren Arbeiten wurde gezeigt dass sowohl freies Rpl23 wie auch BCCIP über diverse andere Faktoren an der Regulierung des Zellzyklus und damit des Zellwachstums beteiligt. Die hier gezeigte Verbindung zwischen diesen Proteinen bzw. zwischen Ribosomen-Biogenese und Zellzyklus/Zellwachstum kann nun weitere Studien nach sich ziehen, um diese bspw. für Krebsentstehung wichtigen Zusammenhang auf molekularer Ebene aufzuklären.

 

PS: Wer all diese Wikipedia-Artikel angeklickt hat, könnte sich ja mal überlegen, für Wikipedia zu spenden, nicht?

 

Unter dem Dach des „Berliner Instituts für Gesundheitsforschung“ (kurz „BIH“ für „Berlin Institute of Health“) sollen die Berliner Universitätsklinik Charité und das MDC (Max-Delbrück-Centrum; gehört zur Helmholtzgesellschaft, die vor allem vom Bund finanziert wird) zusammengeführt werden. Beim Twittern dieser Nachricht wurde ich gefragt um was es bei Grundlagenforschung bzw. klinischer Forschung geht – hier eine kurze Erklärung. Informationen zum BIH gibt es bei der Berliner Zeitung und auf der MDC-Website.

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