GV III, WS11/12 Teil Virologie

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1 GV III, WS11/12 Teil Virologie Prof. Ralf Bartenschlager Department Infektiologie, Molekulare Virologie, Med. Fakultät Heidelberg

2 R.B. Mi Geschichte der Virologie, Virusaufbau, Klassifizierung, Nachweis von Viren R.B. Do Virale Replikationsstrategien R.B. Fr Virologie Verlaufsformen von Virusinfektionen R.B. Mo Pathogenese viraler Infektionen R.B. Di Antivirale Therapie und Impfung

3 Wichtige Begriffe Lokale Infektion = Virus bleibt auf Eintrittspforte begrenzt Disseminierte Infektion = Virus verbreitet sich im Organismus (generalisierte Infektion) Virämie = Anwesenheit von Virus im Blut primäre V. = Virusproduktion an Eintrittspforte und Freisetzung in Blutstrom sekund. V. = verzögerte hochtitrige Virusproduktion als Ergebnis einer disseminierten Inf. Tropismus = Fähigkeit eines Virus in ein best. Gewebe einzudringen und sich dort zu vermehren (z.b. enterotrop, neurotrop, pantrop) Bestimmt durch Zugänglichkeit der Zielzelle Suszeptibilität (Vorkommen des Rezeptors) Permissivität der Zielzelle (Wirtszellfaktoren für Replikation) Umgehung der Abwehrreaktionen (angeborene und erworbene Immunität) Virulenz = Fähigkeit eines Virus eine Erkrankung zu verursachen (virulent, avirulent, attenuiert)

4 Verlauf einer Virusinfektion am Beispiel Poliovirus

5 Verlauf der Poliovirus Infektion Bulbopontine Aseptische Meningitis/ Encephalitis Poliomyelitis Spinale Obere Atemwege Carditis Grippale Symptome Dissemination Darm Motoneuron Gastroenteritis Nichtparalytisch Paralytisch 90 95% inapparent 4 8% Enteritis 1 2% NPPM 0,1 2% PPM

6 Merke: Der Ort der primären Infektion ist nicht immer der Ort der Manifestation Manifestationsrate ist meistens < Infektionsrate z.b. Poliomyelitis 0.1% Akute Hepatitis B 1% Röteln Exanthem 50% Masern Exanthem quasi 100%

7 Pathogenese (viraler) Infektionen Virus-vermittelte Zellschädigung Lytische/ zytopathische Viren Immun-vermittelte Pathogenese Nicht-lytische/ -zytopathische Viren Transformation Best. DNA-Viren u. onkogene Retroviren

8 Beispiele für Virus-vermittelte Veränderungen der Wirtszelle Induktion der Apoptose (z.b. HSV in Spätphase der Infektion) Inhibition der RNA Translation (z.b. Polio, Influenza) Hemmung der RNA Transkription (z.b. Polio) Inhibition des RNA Exportes (z.b. ICP27 von HSV) Inhibition des vesikulären Transportes (viele RNA Viren) Veränderungen der Membranpermeabilität (z.b. Sindbis Virus) Veränderungen des Zytoskeletts (viele lytische Viren)

9 Influenza Virus RNA Genom und mrna Flu (-) RNA Genom Flu mrna mit cap und poly(a) Flu (+)RNA Intermediat Flint et al., 3rd edition, 2009

10 Cap snatching (Influenza) Zelluläre mrna Abschneiden von zellulären mrnas nahe dem 5 Ende (10-13 nt) mrna-fragment dient als Primer für virale RNA-Synthese Flint et al., 3rd edition, 2009

11 Inhibierung der Proteinsynthese in Poliovirus-infizierten Zellen Mechanismus: Zerstörung der eif-4g Untereinheit cap-unabhängige Initiation bei Poliovirus Flint et al. Principles of Virology

12 Poliovirus (PV)-vermittelte Spaltung von eif-4g inhibiert die Cap-abhängige Translation Zelluläre mrna PV 2A Protease PV 2A Protease Translation zelluläre mrna blockiert PV (+)RNA Genom wird über IRES translatiert und ist unabhängig von eif4g Flint et al. Principles of Virology IRES = interne Ribosomen Eintrittsstelle

13 Was ist Immunpathogenese? Immunpathogenese: Erkrankung bedingt durch Immunreaktion gegen die Virusinfektion T-Zellen (z.b. Zelllyse durch CD8+ T-Zellen) Antikörper (z.b. Ag/Ak-Komplexe; ADE) systemische Effekte (z.b. IFN bei Influenza-Infektion) Virusinfektionen mit immunpathologischer Komponente verursacht zumeist durch nicht-zytolytische, persistierende Viren Bei nicht-zytolytischen Viren zumeist die einzige Ursache für Erkrankung Pathogenese nur bei Immunkompetenz

14 Immunpathogenese bedingt durch Antikörper: Dengue Virus M E Homodimer DEN-Serotypen 1-4 M RNA Genom Nukleokapsid Lipidhülle häufigste Arbovirose (Überträger: Aedes spec) 100 Mio. klinisch manifeste Infektionen/Jahr ca hämorrhagische Verlaufsformen/Jahr 40% der Weltbevölkerung lebt in Aedes-endem. Gebiet

15 Antikörper-vermittelte Steigerung der Infektion (ADE) Ak-Bindung ohne Neutralisation DV2 DV4 DV4 DV4 DV2 DV2 Primärinfektion Sekundär infektion vasoaktive Mediatoren DEN-2 Ak Monozyten Makrophagen (DCs Ak-unabhängig) Schwere Verlaufsformen (DHF, Schock)

16 Antikörper-vermittelte Steigerung der Infektion (ADE) DV2 DV2 DV2 Primärinfektion DEN-2 Ak Ak-Bindung ohne Neutralisation DV4 DV4 Sekundär infektion DV4 Monozyten Makrophagen (DCs Ak-unabhängig) vasoaktive Mediatoren Schwere Verlaufsformen (DHF, Schock) durchgemachte DENV-Infektion prädisponiert für DHF mit einem heterologen Serotyp

17 Transformation & Onkogenese: Wichtige Begriffe Immortalisierung Induktion der unbegrenzten Teilungsfähigkeit Transformation morphologische und physiologische Änderungen einer Zelle wie etwa: reduzierte Abhängigkeit/Verlust der Abhängigkeit von Wachstumsfaktoren Verlust der Kontakthemmung (Foci) Wachstum in Weichagar Abrundung, Streßfasern, Metabolismus u.a. tumorigen im Versuchstier verursacht durch: Infektion mit onkogenem Virus Einführung eines Onkogens, Behandlung mit Cancerogenen/Mutagenen Onkogenese Entstehung von Krebs

18 Onkogene Retroviren Transduzierende Viren Nichttransduzierende Viren Nichttransduzierende Viren mit langer Latenzzeit Effizienz der Tumorinduktion hoch (ca. 100%) hoch bis mittel sehr gering (< 5%) Latenzzeit kurz (Tage) intermediär (Wochen, Monate) lang (Monate, Jahre) Erreger Rekombinantes Viren, bis auf intaktes Virus, intaktes Virus, Rous Sarcoma Virus defekt replikationskompetent replikationskompetent Onkogenes Element zell-abgeleitetes Onkogen, Aktivierung eines zellulären virus-kodiertes, regulatorisches transduziert in Zielzelle Onkogens durch ungerichtete Insertion des Provirus Protein, das die virale Transkription kontrolliert Transformation in Zellkultur ja nein nein Transduktion von v-onc Insertionsmutagenese Transduktion virales Gen

19 RSV: Prototyp eines schnell-transformierenden Retrovirus c-src (inaktiv) c-src (aktiv nach Phosphorylierung) Flint et al., 3rd edition, 2009 v-src: C-terminale Domäne deletiert konstitutiv aktiv

20 Fields et al., 4th edition, 2001

21 Retrovirale Insertionsmutagenese Provirus Flint et al., 3rd edition, 2009

22 Transformation bei DNA Viren Zumeist ein direkter Eingriff in die Regulation des Zellzyklus

23 Schalterproteine des Zellzyklus: Retinoblastomprotein Rb - + Rb P Rb: entdeckt in Retinatumoren Tumorsuppressor, der Eintritt in die S-Phase reguliert Phosphorylierung durch CyclinD-abh.Kinase nukleäres Protein-bindendes Protein

24 Hemmung der Rb-Funktion durch virale Proteine Rb hemmt Transkription von E2f-abh. Genen Virale Proteine verdrängen Rb aus Komplex mit E2f Replikationsenzyme (z.b.dna-polymerasen, Histone, Zellzyklusproteine) E1A stabilisiert E2f E7 induziert Degradation von Rb

25 Zelluläre Schalterproteine des Zellzyklus:p53 Rb Rb Rb P p53 p53: das am häufigsten mutierte Gen in menschl. Tumoren (ca. 65% aller Tumore) Zellzyklusregulator in Abhängigkeit von DNA-Schäden oder unkontroll. Eintritt in S-Phase reguliert G 1 /S arrest (geringe DNA-Schäden) Apoptose ( irreparable DNA-Schäden )

26 Inaktivierung von p53 durch adeno- und papovavirale Proteine Ubiquitin Proteinligase (inaktiver Komplex) Ad Ad Aktivator Repressor

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