Molekulare Virologie WS 2017/18. Viren mit nicht segmentiertem ssrna-genom negativer Orientierung. Rhabdoviren

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1 Molekulare Virologie WS 2017/18 Viren mit nicht segmentiertem ssrna-genom negativer Orientierung Rhabdoviren Paramyxoviren Mi PD Dr. rer. nat. Stefan Finke Friedrich-Loeffler-Institut, Greifswald - Insel Riems stefan.finke@fli.de

2 Nachklausur Allgemeine Virologie : Vor , 14:00 Hörsaal Mikrobiologie Klausur Molekulare Virologie: Nachklausur: Seminar: Neue Entwicklungen in der Virologie Donnerstags von Uhr im Seminarraum Mathematik (SR 114), Jahnstr. 15, SR 114 (Mathematik) Vergabe der Vortragsthemen: Praktikum: ganztägiges Blockpraktikum Bachelor vom bis am Friedrich-Loeffler-Institut, Insel Riems

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4 Molekulare Virologie WS 2017/18 Benutzername: student Passwort: Studenten-HGW Ordner: Vorlesung Molekulare Virologie 2017/18 Die Vorlesungsfolien werden ausschließlich zur Nachbearbeitung der Vorlesung zur Verfügung gestellt und ersetzen nicht den regelmäßigen Besuch der Vorlesung!

5 Moleculare Virology - Modrow et al. Principles of Virology - Flint et al. Fields Virology - Knipe et al.

6 Viren mit nicht segmentiertem ssrna-genom negativer Orientierung Rhabdoviren Paramyxoviren

7 RNA Viren (I) genetisches Material: RNA 2 mögliche Replikationsstrategien: RNA-abhängige RNA Synthese (RNA-Replikation) RNA-abhängige DNA Synthese (Reverse Transkription) dann DNA Replikation und RNA-Transkription (Retroviren) Enzyme RNA-abhängige RNA-Polymerase Reverse Transkriptase Viren müssen diese Enzyme kodieren teilweise Verpackung der Enzyme in Virionen

8 RNA Viren (II) kritischer Schritt: Expression der Gene als mrnas RNA Virus-Taxonomie richtet sich u.a. nach der Strategie, vom Genom zur mrna zu kommen mrna: positive Polarität komplementärer Strang: negative Polarität

9 Klassifikation nach Baltimore: Vom Genom zur mrna I: dsdna Viren (z.b. Adeno- Herpes-, Poxviren) II: ssdna Viren (z.b. Parvoviren) III: dsrna Viren (z.b. Rotaviren) IV: (+)ssrna Viren (z.b. Picorna-, Togaviren) V: (-)ssrna Viren (z.b. Rhabodo-, Influenzaviren) VI: ssrna RT-Viren (Retroviren) VII: dsdna RT-Viren (Hepadnaviren) aus Flint et al. 2004, Principles of Virology

10 RNA Replikation und Transkription Protein Genom mit mrna-polarität Proteinbiosynthese direkt vom Genom möglich (+) RNA Viren vrna + - RNA-abhängige RNA-Polymerase mrna Protein (-) RNA Viren RNA-abhängige RNA-Polymerase Genom komplementär zur mrna Transkription von mrnas essentiell für Proteinbiosynthese

11 Klassifizierung von animalen RNA-Viren aus Flint et al. 2004, Principles of Virology

12 Klassifizierung von animalen RNA-Viren aus Flint et al. 2004, Principles of Virology

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14 Negativ-Strang RNA Viren (NSV) genomische RNA negativer Polarität Kapsidsymmetrie: immer helikal (Ribonukleoprotein-Komplex) immer behüllt RNA-abhängige RNA-Polymerase im Virion Genom: segmentiert (Ortho-, Arena und Bunyaviren) nicht segmentiert (Ordnung Mononegavirales) Genomorganisation bei nicht segmentierten Negativ- Strang RNA Viren (NNSV) konserviert

15 NSV infizieren unterschiedlichste Wirtsorganismen Invertebraten Vertebraten Pflanzen Arthropode-borne Virus: Vesicular Stomatitis Virus (VSV; Rhabdoviridae)

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17 Ordnung Mononegavirales Viren (-virales) mit nicht-segmentierten (Mono-) RNA Genome negativer Polarität (-nega-) wichtige Familien, Gattungen und Vertreter Familie Gattung Wichtige Vertreter Bornaviridae Bornavirus Virus der Bornaschen Krankheit Filoviridae Paramyxoviridae Pneumoviridae Rhabdoviridae Marburg-ähnliche Viren Ebolavirus-ähnliche Viren Respirovirus Rubulavirus Morbillivirus Henipavirus Avulavirus Pneumovirus Metapneumovirus Lyssavirus Vesiculovirus Marburgvirus Ebolavirus Parainfluenzavirus Typ 1/3 Mumpsvirus Maservirus Hendravirus, Nipahvirus Newcastle Disease Virus Respiratorisches Synzytialvirus Humanes Metapneumovirus Tollwutvirus (Rabies virus; RABV) Vesicular Stomatitis (VSV)

18 Ordnung Mononegavirales Viren (-virales) mit nicht-segmentierten (Mono-) RNA Genome negativer Polarität (-nega-) wichtige Familien, Gattungen und Vertreter Bornaviridae Filoviridae Familie Bornavirus Gattung Marburg-ähnliche Viren Ebolavirus-ähnliche Viren Paramyxoviridae Pneumoviridae Rhabdoviridae Pneumovirus Metapneumovirus Lyssavirus

19 Ordnung Mononegavirales Viren (-virales) mit nicht-segmentierten (Mono-) RNA Genome negativer Polarität (-nega-) wichtige Familien, Gattungen und Vertreter Familie Gattung Wichtige Vertreter Bornaviridae Bornavirus Virus der Bornaschen Krankheit Filoviridae Paramyxoviridae Pneumoviridae Rhabdoviridae Marburg-ähnliche Viren Ebolavirus-ähnliche Viren Respirovirus Rubulavirus Morbillivirus Henipavirus Avulavirus Pneumovirus Metapneumovirus Lyssavirus Vesiculovirus Marburgvirus Ebolavirus Parainfluenzavirus Typ 1/3 Mumpsvirus Maservirus Hendravirus, Nipahvirus Newcastle Disease Virus Respiratorisches Synzytialvirus Humanes Metapneumovirus Tollwutvirus (Rabies virus; RABV) Vesicular Stomatitis (VSV)

20 Familie Rhabdoviridae Gattung Typspezies Wirt Cytorhabdovirus Lettuce necrotic yellows cytorhabdovirus Pflanzen Dichorhavirus Orchid fleck dichorhavirus Orchideen Ephemerovirus Bovine fever ephemerovirus Rinder, Arthropoden Lyssavirus Rabies Virus Säugetiere Novirhabdovirus Oncorhynchus 1 novirhabdovirus Fische Nucleorhabdovirus Potato yellow dwarf nucleorhabdovirus Pflanzen Perhabdovirus Perch perrhabdovirus Fische Sigmavirus Drosophila melanogaster sigmavirus Insekten Sprivivirus Carp sprivivirus Fische Tibrovirus Tibrogargan tibrovirus Stechinsekten, Säuger, Vögel Tupavirus Durham tupavirus Vögel Varicosavirus Lettuce big-vein associated varicosavirus Pflanzen Vesiculovirus Indiana vesiculovirus (Vesicular Stomatitis Virus; VSV) Vertebraten, Insekten

21 Familie Rhabdoviridae Gattung Typspezies Wirt Cytorhabdovirus Lettuce necrotic yellows cytorhabdovirus Pflanzen Dichorhavirus Orchid fleck dichorhavirus Orchideen Ephemerovirus Bovine fever ephemerovirus Rinder; Arthropoden Lyssavirus Rabies Virus Säugetiere Novirhabdovirus Oncorhynchus 1 novirhabdovirus Fische Nucleorhabdovirus Potato yellow dwarf nucleorhabdovirus Pflanzen Perhabdovirus Perch perrhabdovirus Fische Sigmavirus Drosophila melanogaster sigmavirus Insekten Sprivivirus Carp sprivivirus Fische Tibrovirus Tibrogargan tibrovirus Stechinsekten, Säuger, Vögel Tupavirus Durham tupavirus Vögel Varicosavirus Lettuce big-vein associated varicosavirus Pflanzen Vesiculovirus Indiana vesiculovirus (Vesicular Stomatitis Virus; VSV) Vertebraten, Arthropoden

22 Akzessorische Gene von Rhabdoviren from: Dietzgen (2012): Morphology, Genome Organisation, Transcription and Replication of Rhabdoviruses; in Rhabdoviruses: Molecular Taxonomie, Evolution, Genomics, Ecology, Host-Vector Interactions, Cytopathology and Control, Caister Academic Press

23 Lyssaviren - Tollwut und tollwutähnlichen Viren - > 55,000 lethal human infections / year ~ humans / year receive Post Exposure Prophylaxe (PEP)

24 LYSSA was the goddess or daimona (spirit) of rage, fury, raging madness, frenzy, and, in animals, of the madness of rabies. Museum of Fine Arts, Boston, Massachusetts, USA

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26 Tollwut (Rabies) Ausbreitung über Nervensystem: Augen, Speicheldrüse, Haut u.a. Organe Infektion Rückenmark, Hirnstamm, Cerebellum und andere Hirnregionen Transport im Rückenmark Replikation in Spinalganglien Virion gelangt in das periphere Nervensystem (Replikation im Muskel?) Virus Inokulation (Biß/Kratzer)

27 Tollwut - Rabies Inkubationszeit: 2 bis 7 Wochen (Monate-Jahre) Symptome: Kopfschmerz, Gelenksteife, Fieber, Hyperaktivität, Konvulsion, Hyperventilation, Lähmungserscheinungen, Hydrophobie, Aerophobie, Schluckkrämpfe, Speichelfluß,Verwirrtheit, bei 20% sog. stille Wut, Lähmung, Koma, Tod durch Atemstillstand Pathogenese: Prophylaxe: Postexpositions- Prophylaxe (PEP): Infektion von peripheren Nerven Retrograder axonaler Transport ins ZNS ( ~ 20 mm/d) Replikation v.a. im Ammonshorn, Hippocampus, Hirnstamm Enzephalitis, Myelitis, Zerstörung von Neuronen spät: Axonal in Augen, Speichel- Hautdrüsen Vakzinierung expositionsgefährdete Personen mit inaktiviertem Virus (i.m. 0, 7, 21 d), Waldarbeiter, Laborpersonal, Reise (Indien, Thailand, Indonesien) aktive Immunisierung + passive Immunisierung wichtig: so frühzeitig wie möglich! indiziert: Kontakt mit tollwutverdächtigem Tier (Tier beibringen!!) Kontakt mit Inhalt von Fuchs-Impfstoffködern

28 ( 1885 ) Louis Pasteur Tierpassagen: virus fixe Rückenmark infizierter Tiere Inaktivierung durch Trocknung? Joseph Meister Humane Impfstoffe heute: b-propiolacton-inaktiviertes Zellkulturvirus Orale Immunisierung der Überträger Köder mit Lebendimpfstoff: Attenuierte Rabies Viren Rekombinante Vaccinia Viren mit Tollwutvirus G Gen

29 Krankheitsverlauf und Post-Exposure-Prophylaxe from: Rupprecht and Slate (2012): Rabies Prevention and Control: Advances and Challenges; in Rhabdoviruses: Molecular Taxonomie, Evolution, Genomics, Ecology, Host-Vector Interactions, Cytopathology and Control, Caister Academic Press

30 Tollwut ist weltweit verbreitet, kann aber durch Impfungen bekämpft werden presence of rabies rabies free in terrestrial animals rabies free in terrestrial animals and bats Deutschland mittlerweile frei von terrestrischer Tollwut müsste grün sein

31 Der Erfolg von Wildtierimmunisierungen hängt stark vom Wirtsreservoir ab. Polarfuchs Waschbär Marderhund Polarfuchs Rotfuchs Polar Fox Kojote Skunk Rotfuchs Rotfuchs Fledermaus Mungo Hyäne Hund Hund Hund Grafuchs Graufuchs Hund Mungo Hund

32 Deutschland gilt seit April 2008 als tollwutfrei: 1980: 6800 Fälle 1991: 3500 Falle 1995: 855 Fälle 2001: 50 Fälle 2004: 12 Fälle seit dem 2.Quartal 2006: in Deutschland keine Fälle von Tollwut bei Wild- oder Haustieren aber: insgesamt 32 Fledermaustollwutfälle sogar: Entdeckung einer neuen Lyssavirus Spezies in Fledermäusen (Bokeloh Bat Lyssavirus; BBLV)

33 Weltweite Verbreitung von Fledermaus-Lyssaviren EBLV-1, EBLV-2, BBLV, WCBV ARV, KUV, IKV RABV LBV, DUVV, SHIBV ABLV

34 Lyssavirus Species Wirt Schutz durch Impfstoff Aravan lyssavirus Fledermaus Nein Australian bat lyssavirus Fledermaus Ja Bokeloh bat lyssavirus Duvenhage lyssavirus European bat 1 lyssavirus European bat 2 lyssavirus Ikoma lyssavirus Irkut lyssavirus Khujand lyssavirus Fledermaus Fledermaus Fledermaus Fledermaus Fledermaus Fledermaus Fledermaus Ja Ja Ja Ja Nein Nein Nein Lagos bat lyssavirus Fledermaus Nein Mokola lyssavirus Fledermaus? Nein Rabies lyssavirus Säugetiere (Carnivoren) / Fledermäuse Ja Shimoni bat lyssaviurs Fledermaus Nein West Caucasian bat lyssavirus Fledermaus Nein

35 Stammen Lyssaviren von Insektenviren ab? Anpassung an Fledermaus-Wirt Fledermaus-Lyssavirus Insekten- Rhabdoviren insektivore Fledermäuse terrestrische Säuger

36 Tollwut weltweit verbreitet Formen: >> Urbane Tollwut (Haustiertollwut) >> Sylvatische Tollwut (Wildtollwut) auf Nordhalbkugel überwiegt Sylvatische Tollwut Europa u. Asien: v.a. Füchse, Marderhunde in Westeuropa weitgehend eliminiert (Köderimpfstoffe) Fledermäuse Reservoir für Lyssaviren Europäische Fledermaus Lyssaviren Typen 1 und 2 (EBLV-1/2) Bokeloh Bat Lyssavirus (BBLV)

37 Rhabdovirus Partikel Hüllmembran genomische RNA Matrixprotein M Glykoprotein G Nukleoprotein N large Polymerase L RNP

38 Rhabdovirus Partikel und Genomorganisation (Rabies Virus) 3 N P M G L 5 (-)-Strang ssrna 12 kb RNA; 5 Gene

39 Relaxed (nicht kondensiertes) RNP vs kondensiert RNP = Ribonukleoprotein

40 Rhabdovirus Zyklus rezeptorvermittelte Endozytose ph-abhängige Membranfusion Replikation im Zytoplasma Assembly an Zytoplasmamembran

41 Primary Transcription and Secondary RNA Replication/Transcription 1. Entry 2. Release of RNP in Cytoplasm 3. Primary Transcription 4. Virus Protein Synthesis 5. Inclusion Body Formation 6. Secondary Transcription and RNA replication 7. Virus Assembly / Release

42 Rabies Virus Zyklus in Neuronen Rezeptoren: p75ntr NCAM nachr NCAM: Neural Cell Adhesion Molecule p75ntr: Low-Affinity Nerve Growth Factor Receptor NAChR: Nicotinic acetylcholine receptor

43 Rabies Virus Zyklus in Neuronen

44 Rabies Virus Zyklus in Neuronen

45 Rabies Virus Zyklus in Neuronen Rezeptorbindung / Internalisation Retrograder axonaler Transport entlang von Mikrotubuli (Dynein vermittelt) Primärtranskription / Virusproteinsynthese Genomreplikation Transsynaptische Ausbreitung neuer Virionen

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47 Genomorganisation NNSV (Mononegavirales) 1 2 NS1 NS2 N P M G 3 SH F Pneumoviridae, RSV C V N P M HN 3 F Paramyxoviridae L L N P M 3 GP Filoviridae, Ebola L 3 N P M G L Rhabdoviridae Genreihenfolge (N-P-M-G-L) konserviert Rhabdoviren haben minimales Genom (VSV, RABV) Akzessorische Proteine bei Paramyxo- und Filoviren

48 Rhabdovirus Transkription und Replikation lea lea und 5 mrnas P L RNP-abhängige RNA Polymerase 3 gp N P M G L (-) RNP N P L N P L 5 agp (+) RNP lea = leader RNA gp = Genompromotor agp = Antigenompromotor

49 Stop-Start Mechanismus: Termination und Reinitiation an intergenischen Signalsequenzen 1. mrna Transkription bis (A) 7 -Sequenz und stoppt 2. Polymerase gleitet vor und zurück (polymerase slippage) poly(a)-tail und Termination 3. Reinitiation und 5 -Capping an der folgenden Transkriptions- Startsequenz intergenische Sequenz zwischen Stop- und Startsignalen wird nicht transkribiert teilweise Dissoziation der Polymerase vom Template Transkriptionsgradient aus Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

50 Rhabdovirus Transkription und Replikation lea lea und 5 mrnas P L RNP-abhängige RNA Polymerase 3 gp N P M G L (-) RNP N P L N P L 5 agp (+) RNP lea = leader RNA gp = Genompromotor agp = Antigenompromotor

51 Rhabdovirus Transkription und Replikation sequentielle Transkription monocistronischer, polyadenylierter mrnas mit 5 -Cap-Struktur (Stop-Startmechanismus) Transkriptionsgradient Virale RNA-Polymerase (P/L) ist sowohl Transkriptase als auch Replikase Ko-replikative Verpackung der neu synthetisierten genomischen RNA (Ribonukleoprotein-Komplex; RNP) RNP-abhängige Polymerase

52 Relaxed (nicht kondensiertes) RNP Ribonukleoprotein (RNP): Nur das RNP, nicht aber die freie genomische RNA kann von der viralen RNP-abhängigen RNA Polymerase als Matrize für die virale RNA-Synthese verwendet werden. vs kondensiert

53 Knospung Matrixprotein RNP Kondensierung RNP abhängige mrna Transkription RNP abhängige RNA Replikation der genomischen RNA

54 Rhabdovirus Transkription und Replikation RNA-Synthese (Replikation und Transkription) am nicht kondensierten, relaxierten RNP Kondensierung durch Matrixprotein im Zuge der Virusassemblierung friert RNP und damit assoziierte RNP-abhängige RNA Polymerase ein RNP und Polymerase werden in Virionen verpackt Infektion neuer Zellen Freisetzung relaxiertes (M-loses RNP) ins Zytoplasma Primärtranskription durch RNP-assoziierte Polymerase

55 Polymerase-Template: Ribonukleoprotein (RNP) RNA ist nur als RNP Template für die RNA-Polymerase RNP: RNAse resistente Verpackung der genomischen und antigenomischen Virus RNA durch Nukleoprotein N (9 Basen pro N) stabile Genomstruktur intermolekulare Rekombinationsereignisse unwahrscheinlich Structure of nucleoprotein of VSV: Green et al., Science 2006

56 ( RNP ) Polymerase-Template: Ribonukleoprotein Während der RNA-Synthese (Transkription + Replikation) muss die RNA partiell entpackt werden, damit ein komplementärer RNA Strang synthetisiert werden kann Konformationsänderungen im N-Protein Structure of RV nucleoprotein with RNA: Albertini et al., Science 2006

57 Reverse Genetik Reverse Genetik (reverse genetics) gezielten genetische Veränderung Funktion Klassische Genetik (forward genetics) Veränderung von Merkmalen genetische Basis

58 Gezielte Mutagenese von Rhabdoviren? genomische RNA nicht infektiös keine direkte Translation der Virusproteine vom RNA-Genom Verpackung des RNA-Genoms in Ribonukleoproteinkomplex (RNP) essentiell für die RNA-Replikation und Transkription Rekombination unwahrscheinlich (homolog od. nicht-homolog) RNP-Struktur des Genoms / RNA-Genom gezielte genetische Manipulation der Genomsequenz nur auf DNA-Ebene möglich

59 Reverse Genetics Systems / Reverse Genetics reverse genetics systems Cloning of Virus genomes in vectors (plasmids, phagmids, bacs) Genetic Modification (Engeneering) reverse genetics approach Recombinant Viruses with Defined Mutations forward genetics Phenotypic Charaterisation Selection of Mutants Phenotypic Characterisation

60 The Idea cdna-plasmid transcription of RNA genomes packaging of RNA in RNPs RNA-Synthesis by P, L (and N) cdnaplasmid vrna transcript RNP + mrnas + vrna

61 Rescue of recombinant RABV: Intracellular expression of genomic RNA and 3 virus proteins

62 Recovery of NNSV: Reconstitution of RNPs inside a cell N P M G L (+) RNA P L (+) FL RNA 3 gp N P M G L illegitimate N-encapsidation! (-) RNP N P L N P L 5 agp (+) RNP RNP-like?

63 Manipulationen auf cdna (komplementäre DNA) Transkription der genomischen full length RNA Rekonstituierung eines RNPs durch in trans- Komplementierung mit Proteinen, die für die virale RNP- Replikation und mrna-synthese essentiell sind Nukleoprotein N Phosphoprotein P Polymerase L koreplikative Verpackung der genomischen RNA Chaperonfunktion für N / Polymerasekofaktor katalytische Untereinheit des RNP-abhängigen RNA-Polymerasekomplexes P/L

64 Manipulation von Rhabdoviren RNA-Genom Targets für Manipulationen: cdna RNA (nicht infektiös!) RiboNukleoProtein (RNP) Interne Transkriptionssignale Terminale Promotoren Genreihenfolge Virale Proteine Fremdgenexpression (Virusvektor)

65 Fremdgenexpression von Rhabdoviren CAT Aktivitäten in Zellkultur Insertion einer zusätzlichen Transkriptionseinheiten N P M G L N P M G CAT L CAT CAT Aktivitäten in vivo (Mäusehirn) STOP START (Mebatsion et al., 1996)

66 Fremdgenexpression von Rhabdoviren keine homologe Rekombination Insertion einer zusätzlichen Transkriptionseinheiten stabile Expression in vitro und in vivo N P M G L N P M G CAT L Beispiele für Fremdgenexpression von NNSV: STOP START CAT Reporter: CAT, luciferase, GFP viral: HIV gag, env; HCV E1, E2; Flu HA zellulär: IFN, Interleukine, CD4, CXCR4 (Mebatsion et al., 1996)

67 Molekulare Virologie WS 2017/18 Viren mit nicht segmentiertem ssrna-genom negativer Orientierung Rhabdoviren Paramyxoviren Mi PD Dr. rer. nat. Stefan Finke Friedrich-Loeffler-Institut, Greifswald - Insel Riems stefan.finke@fli.de

68 Klassifizierung von animalen RNA-Viren aus Flint et al. 2004, Principles of Virology

69 Ordnung Mononegavirales Viren (-virales) mit nicht-segmentierten (Mono-) RNA Genome negativer Polarität (-nega-) wichtige Familien, Gattungen und Vertreter Bornaviridae Filoviridae Familie Bornavirus Gattung Marburg-ähnliche Viren Ebolavirus-ähnliche Viren Paramyxoviridae Pneumoviridae Rhabdoviridae Pneumovirus Metapneumovirus Lyssavirus

70 Ordnung Mononegavirales Viren (-virales) mit nicht-segmentierten (Mono-) RNA Genome negativer Polarität (-nega-) wichtige Familien, Gattungen und Vertreter Familie Gattung Wichtige Vertreter Bornaviridae Bornavirus Virus der Bornaschen Krankheit Filoviridae Paramyxoviridae Pneumoviridae Rhabdoviridae Marburg-ähnliche Viren Ebolavirus-ähnliche Viren Respirovirus Rubulavirus Morbillivirus Henipavirus Avulavirus Pneumovirus Metapneumovirus Lyssavirus Vesiculovirus Marburgvirus Ebolavirus Parainfluenzavirus Typ 1/3 Mumpsvirus Maservirus Hendravirus, Nipahvirus Newcastle Disease Virus Respiratorisches Synzytialvirus Humanes Metapneumovirus Tollwutvirus (Rabies virus; RABV) Vesicular Stomatitis (VSV)

71 Paramyxoviren Ordnung: Mononegavirales myxa = Schleim Familie: Paramyxoviridae Unterfamilien: Paramyxovirinae Pneumovirinae Familie: Pneumoviridae para = neben (Abgrenzung zu echten Myxoviren = Orthomyxoviren)

72 Paramyxoviruses Virion und Genomorganisation Beispiel: Hendra Virus V W C

73 Masernvirus (Measles Virus); Genus Morbillivirus

74 Masern (Measles) Transmission über Aerosole (hoch kontagiös) Infektion Epithelzellen des Respirationstraktes Ausbreitung in Lymphozyten und Virämie Replikation in Konjunctivae, Respriationstrakt, Trakt, Urintrakt, lymphatischen System, Blutgefäße, ZNS T-Zellantwort auf virusinfizierte Endothelzellen in Kapillaren verursacht Ausschlag Komplikationen: Postinfektiöse Masernenzephalitis (Immunpathogenese) Subakute Sklerotisierende Panenzephalitis (SSPE) (Virusmutanten)

75 Masernvirus (humanpathogenes RNA-Virus; Genus Morbillivirus; Familie Paramyxoviridae). Tenazität : Sehr empfindlich gegenüber erhöhten Temperaturen, Licht, UV- Strahlen, Fettlösungs- und Desinfektionsmitteln. Vorkommen: weltweit ( Todesfälle in 2004) vor allem in Entwicklungsländern (Afrika) Deutschland: 2001 gemeldet Fälle Reservoir: ausschließlich Menschen

76 Infektionsweg: (eine der ansteckendsten Krankheiten) Einatmen infektiöser Exspirationströpfchen, z.b. Sprechen, Husten, Niesen) oder durch infektiöse Sekrete aus Nase oder Rachen. Kurzer Exposition führt zu einer Infektion (Kontagionsindex nahe 100 %) und löst bei über 95 % der ungeschützten Infizierten klinische Erscheinungen aus. Inkubationszeit : 8-10 Tage bis zum Beginn des katarrhalischen Stadiums 14 Tage bis zum Ausbruch des Exanthems. Dauer der Ansteckungsfähigkeit: ~ 9 Tage, bereits 5 Tage vor Auftreten des Exanthems und bis 4 Tage nach Auftreten des Exanthems an. Unmittelbar vor Erscheinen des Exanthems am größten.

77 Klinik systemische, sich selbst begrenzende Virusinfektion mit zweiphasigem Verlauf. 1. Phase: Fieber, Konjunktivitis, Schnupfen, Husten und Exanthem am Gaumen. (Kopliksche-Flecken: kalkspritzerartige weiße Flecken an der Mundschleimhaut). 2. Phase: charakteristisches makulopapulöse Masernexanthem (bräunlich-rosafarbene konfluierende Hautflecken) Tag nach Auftreten der initialen Symptome. Beginn im Gesicht und hinter den Ohren, geht über den ganzen Körper, Dauer 4 7 Tage Am Krankheitstag kommt es zum Temperaturabfall. Eine Masernerkrankung hinterlässt lebenslange Immunität!

78 Therapie: keine spezifische antivirale Therapie bei bakteriellen Superinfektionen, z. B. Otitis media und Pneumonie: Antibiotika Prävention: Impfung (Lebendvirusimpfstoff, hergestellt aus abgeschwächten Masernviren) Monovakzine oder Kombinationsimpfstoff mit Mumps- und Rötelnvirus angeboten (MMR-Vakzine) bzw. MMRV-Vakzine ( + Varizella Zoster Virus)

79 Mögliche Komplikationen 1. bakterielle Superinfektionen (Immunsuppression durch Masernvirus) am häufigsten Otitis media (Mittelohrenzündung, Bronchitis, Pneumonie, und Diarrhoe) 2. akute postinfektiöse Enzephalitis 4-7 Tage nach Auftreten des Exanthems bei 0.1% der Erkrankten davon bei 10-20% tödlich, bei 20-30% Residualschäden am ZNS 3. subakute sklerosierende Panenzephalitis (SSPE) sehr seltene Spätkomplikation (1 5 Fälle pro 1 Mio. Erkr.) Manifestation 6 8 Jahren nach Infektion. progredienter Verlauf mit neurologischen Störungen und Ausfällen bis zum Verlust zerebraler Funktionen.

80 Neurological complications of measles Figure Time after infection of the three neurologic complications of measles: infections or acute disseminated encephalomyelitis (ADEM), measles inclusion body encephalitis (MIBE), and subacute sclerosing panencephalitis (SSPE). Table 44-2 Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 44, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002

81 Masern ist keine banale Kinderkrankheit Probleme: 1. Zusätzliche Infektion durch Bakterien 2. Endzündung des Gehirns ~1 von Erkrankten ~1 von Erkrankten stirbt ~1 von Erkrankte mit bleibenden Hirnschäden 3. SSPE (Subakute Sklerosierende Panenzephalitis): immer tödlich, tritt nach Jahren der Masernerkrankung au ~1-5 von Erkrankten 2010: Todesfälle durch Masern weltweit (~ 380 Todesfälle jeden Tag)

82 The MMR Vaccine From Murray et. al., Medical Microbiology 5 th edition, 2005, Chapter 59, published by Mosby Philadelphia,,

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85 Masern ist keine banale Kinderkrankheit Robert Koch-Institut: SurvStat, Datenstand: : Todesfälle durch Masern weltweit (~ 380 Todesfälle jeden Tag)

86 Mumpsvirus (humanpathogenes RNA-Virus; Genus Rubulavirus; Familie Paramyxoviridae). Erkrankung: Parotitis epidemica, Ziegenpeter, Mumps Tenazität: sehr empfindlich gegenüber: erhöhten Temperaturen, Licht, UV-Strahlen Fettlösungs- und Desinfektionsmitteln. Vorkommen: weltweit verbreitet. Reservoir: infizierte und akut erkrankte Menschen. Infektionsweg: hauptsächlich aerogene Übertragung (Einatmen infektiöser Exspirationströpfchen, z.b. Sprechen, Husten, Niesen) Ansteckungsfähigkeit: 2 Tage vor bis 4 Tage nach dem Erkrankungsbeginn (auch klinisch inapparente Infektionen)

87 Klinik: Mumps ist eine systemische Infektionskrankheit (Inkubationszeit 16-18Tage) typisch: Entzündung von Speicheldrüsen (Glandula parotis, tw. auch Gl. submandibularis oder sublingualis) in Verbindung mit Fieber Wichtige Manifestation: seröse Meningitis (klinisch auffällig in 3-10% der Fälle), kann zur Innenohrschwerhörigkeit führen (seltener: Pankreatitis, Orchitis, Epidimyditis, Oophoritis, Mastitis) Manifestation und Komplikationen auch ohne manifeste Speicheldrüsenentzündung Bei Schwangeren kann die Infektion im ersten Trimenon zum Abort führen. Fetale Fehlbildungen oder Frühgeburten sind nicht bekannt.

88 Therapie keine antivirale Therapie (Analgetika, Antipyretika) Prävention Impfung (Lebendvirusimpfstoff, hergestellt aus abgeschwächten Mumpsvirus) Monovakzine oder Kombinationsimpfstoff mit Mumps- und Rötelnvirus angeboten (MMR-Vakzine) bzw. MMRV-Vakzine

89 Mumps Transmission über Aerosole (hoch kontagiös) Infektion Epithelzellen des Respirationstraktes Virämie Replikation in Speicheldrüse, Hoden, Respirationstrakt, ZNS Eliminierung abhängig von Zellulärer Immunantwort

90 Mumps clinical presentation White and Fenner, Medical Virology, 4 th edition, Academic Press, Page 467 (left) Mims, Playfair et. al., Medical Microbiology, (1993), Fig. 29.5

91 Mumps in den USA: Verlauf nach Einführung der Impfung

92 Parainfluenzaviren (Typen 1 bis 4) BOX 59-6 BOX 59-5 From Murray et. al., Medical Microbiology 5 th edition, 2005, Chapter 59, published by Mosby Philadelphia,,

93 Respiratory Syncytial Virus (RSV); Paramyxoviridae BOX 59-9 BOX TABLE 59-4 From Murray et. al., Medical Microbiology 5 th edition, 2005, Chapter 59, published by Mosby Philadelphia,,

94 Paramyxoviren Aufbau, Genomorganisation, Replikation

95 Genomorganisation Negativ Strang RNA Viren

96 Paramyxovirus Transkription und Replikation (+) RNA P L RNP-abhängige RNA Polymerase 3 gp N P M F HN/H/G L (-) RNP N P L N P L 5 agp (+) RNP

97 Genomorganisation Mononegavirales Genomorganisation (Anordnung der Gene) konserviert: (N P M G L) core -Proteine: N/P Interaktion mit RNA RNP Hüllproteine: Matrixprotein und Glykoproteine Polymerase L Paramyxoviren/Filoviren: zusätzliche Genprodukte zusätzliche (akzessorische) Gene Translation unterschiedlicher Genprodukte (RNA editing) Paramyxoviren: zwei Oberflächenglykoproteine (Attachment und Membranfusion getrennt)

98 Paramyxovirus - Partikel Polymerase (P/L) from Murray et. al., Medical Microbiology 5 th edition, 2005, Chapter 59, modified

99 Genomorganisation Paramyxo- / Pneumoviridae Paramyxoviridae Paramyxovirus - Mumps Pneumoviridae Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 41-5

100 Replikationszyklus eines Paramyxovirus Attachment an zellulären Rezeptor ph-unabhängige Fusion mit Zytoplasmamembran Replikation im Zytoplasma Assembly an Zytoplasmamembran Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig

101 Oberflächen-Glykoproteine Attachment-Proteine: Bindung an zelluläre Rezeptoren Typ II Membranproteine (N-Terminus innen) HN: Hämagglutinin/Neuraminidase Respirovirus (PIV), Rubulavirus (Mumpsvirus) Spaltet Sialinsäure vom Rezeptor H: Hämagglutinin Morbillivirus (Masernvirus) Bindung an CD46 (ubiquitär, Rezeptor für Vakzinestämme) oder SLAM (selektiv exprimiert auf T und B-Zellen) G: Glykoprotein Pneumovirus (RSV), Henipavirus (Hendravirus) Bindung an Heparansulfate (Glucosaminoglycan) oder Ephrin B2 (Ephrin Rezeptor, Tyrosinekinasefamilie) keine Fusionsaktivität!

102 Proteolytische Prozessierung des F-Proteins in ER und Golgi

103 Oberflächen-Glykoproteine Fusionsprotein: Fusion von Virus- und Zellmembran Typ I Membranproteine (C-Terminus innen) F0: Vorläuferprotein von F2 und F1, wird im Golgi-Apparat proteolytisch gespalten zu F2 und F1 F2: N-terminale Region von F0 F1: C-terminale Region von F0, Fusionspeptid am NH2-Ende Transmembranregion Das Fusionsprotein F liegt als heterodimerer Komplex aus F1 und F2 vor, der durch Disulfidbrücken zusammengehalten wird

104 Rezeptorbindung und Insertion des hydrophoben Fusionspeptids in die Zytoplasmamembran Einleitung der Membranfusion

105

106 Zellfusion nach Paramyxovirus-Infektion nicht infiziert infiziert

107 Genomorganisation Paramyxoviridae Paramyxoviridae Paramyxovirus - Mumps Pneumoviridae Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 41-5

108 Expression zusätzlicher Genprodukte

109 from Sakaguchi T, Kato A, Kiyotani K, Yoshida T, Nagai Y. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2008;84(10): Review.

110 Sendai Virus: P mrna mit vielen Genprodukten leaky scanning ribosomal shunting

111 RNA Editing P-Protein V-Protein V-Protein P-Protein Box: stabilste Form Measles + 1G Mumpsvirus + 2G

112 RNA Editing Paramyxoviridae (z.b. Sendai-, Masern- oder Mumpsvirus) P Gen: Insertion von 1 oder 2 G an definierter Stelle Frameshift in der mrna in einem Teil der Transkripte Template an Insertionsstellen: pyrimidinreiche Sequenz 1. Stop der Elongation 2. Polymerase gleitet zurück (ähnlich wie bei Transkriptionstermination) 3. Fortsetzen der Strangelongation Insertion von Extranukleotiden in die mrna Translation C-terminal unterschiedlicher Genprodukte (V-Proteine)

113 Henipaviruses Zoonotic BSL4 Pathogens Negative Strand RNA Viruses order: Mononegavirales familiy: Paramyxoviridae (subfamily Paramyxovirinae) genus: Henipavirus species: Nipah Virus, Hendra Virus, Cedar Virus Severe respiratory and neurological disease Hendra Virus: case fatality rate in humans and horses > 50%

114 Emerging Paramyxoviruses: Henipavirus Hendravirus / Nipahvirus

115 Auftreten von Hendravirus September 1994, Australien: - 2 Personen erkrankten (1 letal) - 20 Pferde erkrankten (13 letal) Endeckung und Charakterisierung des Hendravirus

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117 Nipahvirus Familie: Paramyxoviridae Subfamilie: Paramyxovirinae Genus: Henipavirus erstmals beschrieben: 1999

118 September 1998 bis April 1999, Malaysia : Personen erkrankten, 105 Personen starben März 1999, Singapore : - 11 Personen erkrankten, 1 Person starb Alle Personen hatten Kontakt mit Schweinen. Nipahvirus

119 Bats host major mammalian paramyxoviruses from: Drexler et al., Nat Commun Apr 24;3:796.

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