Herpes: Viren-Tracking im Hautmodell
Die meisten Menschen halten das Herpes-simplex-Virus vom Typ 1 (HSV‑1) vorrangig für ein kosmetisches Problem. Denn meist verursacht der Erreger nur kleine, mitunter schmerzhafte Bläschen an den Lippen oder im Gesicht. Nach zwei Wochen sind sie gewöhnlich von selbst wieder abgeheilt.
Manchmal kann eine Infektion mit HSV‑1 aber auch schlimmere Folgen haben. Das Virus nistet sich in sensorischen Nervenzellen des Gesichts ein, wo es normalerweise in Ruhe verharrt. In seltenen Fällen jedoch wandert es in das zentrale Nervensystem ein und verursacht dort eine lebensbedrohliche Gehirnentzündung. Darüber hinaus spielt HSV‑1 womöglich eine Rolle bei der Entstehung von Alzheimer. Forschende vermuten, dass seine Anwesenheit auf Dauer die Nervenzellen schädigt und so zur Demenz beiträgt.
Dr. Emanuel Wyler aus der Arbeitsgruppe „RNA Biologie und Posttranscriptionale Regulation“ am Berliner Institut für Medizinische Systembiologie des Max Delbrück Center (MDC-BIMSB) interessiert sich schon lange dafür, wie das Virus menschliche Krankheiten hervorruft. Gemeinsam mit Forschenden des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE) hat er nun Schritt für Schritt nachverfolgt, wie HSV‑1 die verschiedenen Zellschichten der Haut infiziert. Mit Organoiden, die menschlicher behaarter Haut nachbilden, hat das Team entschlüsselt, wie sich die Erreger ausbreiten und welche Signalmoleküle infizierte Zellen an ihre Nachbarzellen abgeben.
Wyler ist zusammen mit Dr. Silvia Albertini aus dem Team von Professorin Nicole Fischer am UKE Erstautor*in der Studie. Letztautorin ist die UKE-Forscherin Dr. Manja Czech-Sioli. „Es war faszinierend zu beobachten, wie sich das Virus im Organoidgewebe von einem Zelltyp zum anderen ausgebreitet hat, und dabei zu entdecken, wie die verschiedenen Zelltypen auf die Infektion reagieren“, sagt Czech-Sioli.
Spurensuche in 3D
Unsere Haut ist wie ein Sandwich aus mehreren Schichten aufgebaut. Die äußere Schutzschicht ist die Epidermis, die hauptsächlich aus Keratinozyten besteht. Darunter liegen die Dermis, auch Lederhaut genannt, und die Unterhaut. Die stützende Dermis ist reich an Fibroblasten. Auch sensorische Nervenfasern und Haarfollikel befinden sich in ihr.
Die von den Gruppen um Czech-Sioli und Fischer bereitgestellten Hautorganoide ermöglichten es dem Team, Infektionen in einem komplexen dreidimensionalen Gewebemodell zu untersuchen. Zellkulturen können nur Aufschluss darüber geben, wie sich Viren in einem bestimmten Zelltyp verhalten. Um hingegen den Verlauf einer HSV-1-Infektion zu erforschen, sind Organoide als Modell deutlich besser geeignet: Wie die menschliche Haut bestehen sie aus Epidermis- und Dermiszellen, Haarfollikeln und nervenähnlichen Zellen.
Das Team stellte fest, dass HSV‑1 nicht jeden Hautzelltyp auf die gleiche Weise infizierte. Die Fibroblasten der Dermis enthielten bereits früh im Infektionsverlauf große Mengen der Viren. Basale Keratinozyten, die sich in der unteren Epidermis befinden, und verschiedene Zelltypen der Haarfollikel wiesen relativ geringe Mengen auf, selbst wenn infizierte Zellen in ihrer Nähe lagen. Erst später erreichten die Erreger die Haarfollikel und Neuronen – was darauf hindeutet, dass beide Zelltypen womöglich ein Stück weit resistent gegen das Virus sind.
Was das Virus mit den Genen macht
Im nächsten Schritt kombinierten die Forschenden bildgebende Methoden mit räumlicher Transkriptomik. Bei diesem Verfahren können Wissenschaftler*innen die Genaktivität in einzelnen Zellen messen, ohne deren Lage im Gewebe zu verändern. So untersuchten sie die äußeren Ränder des infizierten Bereichs – wo HSV‑1 also gerade neue Zellen erreicht hatte.
Das Team stellte fest, dass die Fibroblasten unter anderem das Gen IER3 einschalteten, von dem bereits bekannt war, dass es auf HSV‑1 reagiert. Basale Keratinozyten hingegen produzierten mehr IRF3, einen Regulator der antiviralen Abwehr. Außerdem fanden die Forschenden heraus, dass Mitglieder einer bestimmten Familie von Signalmolekülen, bekannt als Tumornekrosefaktor (TNF), in einem bestimmten räumlichen Muster aktiv wurden. „TNFs aktivieren das Immunsystem und könnten sich als entscheidender Faktor dafür erweisen, wie gut unser Körper die Infektion bekämpft“, erklärt Wyler.
Künftige Organoidmodelle, die auch Immunzellen und Blutgefäße enthalten, sollen helfen herauszufinden, wie der Körper HSV‑1 unter Kontrolle hält, bevor das Virus die Nerven erreicht – oder warum manche Zellen den Erreger ausbremsen, während andere seine Vermehrung fördern, und wie die Infektion und die anschließend Entzündung das Gewebe schädigen.
Text: Gunjan Sinha
Die Studie ist mit Mitteln der DFG-Forschungsgruppe FOR 5200 „DEEP-DV: Disrupt — Evade – Exploit – Gene expression and host response programming in DNA virus infection“ entstanden.
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Ein mit dem Herpes-simplex-Virus vom Typ 1 infiziertes Hautorganoid: Der Erreger befällt nicht alle Zelltypen gleichzeitig. In den dunkelblau markierten Zellen beispielsweise hat sich das Virus gerade erst eingenistet. Die gelb gefärbten Zellen sind schon etwas länger infiziert.
© Emanuel Wyler, Max Delbrück Center
Literatur
Emanuel Wyler, Silvia Albertini, Caroline C. Friedel, et al. (2026): „Human Hair-Bearing Skin Organoids reveal Cell Type Specific Susceptibility and Innate Immune Responses to Herpes Simplex Virus 1“. Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.aef5563
Kontakte
Dr. Emanuel Wyler
AG „RNA Biologie und Posttranscriptionale Regulation“
Berliner Institut für Medizinische Systembiologie
Max Delbrück Center
Emanuel.Wyler@mdc-berlin.de
Gunjan Sinha
Redakteurin, Kommunikation
Max Delbrück Center
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