Hepatitisviren Jürgen Stech

Transkript

1 Hepatitisviren Jürgen Stech Bilder aus Flint: Principles of Virology 2 nd Edition Fields: Virology 5th Edition Modrow: Molekulare Virologie 3. Aufl.

2 Hepatitisviren sind Viren, die eine Hepatitis verursachen, und bilden keine systematische Gruppe.

3 Hepatitis A Virus (HAV) Picornaviridae Virus-Hepatitis Hepatitis B Virus (HBV) Hepadnaviridae Hepatitis Delta Virus (HDV) nicht klassifiziert 25 nm Hepatitis C Virus (HCV) Flaviviridae 45 nm 35 nm Hepatitis E Virus (HEV) Hepeviridae Hepatitis G Virus (HGV) Flaviviridae KEIN Hepatitisvirus! 60 nm 30 nm

4 Außer Hepatitisviren sind mögliche Ursachen einer Hepatitis andere Viren, weitere Mikroorganismen, Parasiten, hepatotoxische Substanzen oder Autoimmunerkrankungen.

5 Übertragung und Verlauf Hepatitis A Virus Hepatitis E Virus Fäko-orale Übertragung z. B. Trinkwasser, Nahrungsmittel oder Schmierinfektion Hepatitis B Virus Hepatitis D Virus (Satellitenvirus zu HBV) Hepatitis C Virus Parenterale Übertragung z. B. Injektionen, Infusionen, Dialyse oder Intimkontakt HAV nicht chronisch HEV Chronifizierung möglich Chronifizierung möglich

6 Virus-Hepatitis Hepatitis A Virus (HAV) Picornaviridae Hepatitis B Virus (HBV) Hepadnaviridae Hepatitis Delta Virus (HDV) nicht klassifiziert 25 nm Hepatitis C Virus (HCV) Flaviviridae 45 nm 35 nm Hepatitis E Virus (HEV) Hepeviridae 60 nm 30 nm

7 Klassifikation RNA-Viren - Klassifikation und Systematik - Unterschiede Bakteriophagen/ Viren von Eukaryonten - Charakteristika von tierpathogenen Viren - Charakteristika von pflanzenpathogenen Viren - (+) Strang RNA-Viren: Picornaviren

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11 Replikationszyklus Picornaviren

12 Hepatitis A Virus Erkrankung: epidemische Hepatitis, bei 50% asymptomatisch (bei Kindern > 90%), nicht chronisch Übertragung: fäko-oral, über kontaminiertes Wasser oder Essen (Virus sehr hitze- und ph-resistent) Inkubationszeit: 4 Wochen Prophylaxe: sehr guter Totimpfstoff verfügbar (für Reisen in Endemiegebiete) Epidemiologie: Mensch als einziges Erregerreservoir, Seroprävalenz in Europa 5-20%, in Drittweltländern bis 90%

13 Hepatitis A Virus weltweite Verbreitung

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15 Art der Diagnostik Direkter Erregernachweis Virus-Isolierung Methode Nachweis von Vorteile/ Nachteile Anzüchtung auf Zellkulturen Infektiösität, Zytopathogenität empfindlich, aber langsam Elektronenmikroskopie (EM) Negativ- Kontrastierung, Transmissions-EM Viruspartikel schnell, aber wenig empfindlich Antigen-Nachweis im Pat.-Material Immunfluoreszenz, Ag-ELISA Virusproteine schnell, aber nur z.t. verfügbar Nukleinsäure- Nachweis im Pat.-Material Indirekter Nachweis Serologie Gensonde, Polymerase- Kettenreaktion Immunfluoreszenz ELISA Hämagglutinations -Hemmtest Western Blot viraler Nukleinsäure (DNA oder RNA) spezifischen antiviralen Antikörpern im Serum des Patienten schnell, aber kein dir. Nachweis der Infektiösität retrospektive Diagnose

16 Hepatitis A Virus (HAV) Diagnostik Direkter Nachweis RT-PCR vom Stuhl Infektiosität? Sequenzierung Subtypenbestimmung Epidemiologie Indirekter Nachweis IgM EIA Routine-Nachweis der akuten Hepatitis A Gesamt-Ig EIA Immunitätsnachweis

17 Hepatitis A Virus (HAV) Picornaviridae Virus-Hepatitis Hepatitis B Virus (HBV) Hepadnaviridae Hepatitis Delta Virus (HDV) nicht klassifiziert 25 nm Hepatitis C Virus (HCV) Flaviviridae 45 nm 35 nm Hepatitis E Virus (HEV) Hepeviridae 60 nm 30 nm

18 Klassifikation DNA-Viren

19 Hepatitis B Virus (HBV) Genom: partiell doppelsträngige DNA P-Protein: Reverse Transkriptase! HBs-Ag (surface) drei Varianten: LHBsAg, MHBsAg, SHBsAg (N-Terminal) HBc-Ag (core) ikosaedrisches Nukleokapsid HBs-Ag wird in großen Mengen produziert und ist außer im Virion auch in filamentösen oder runden HBs-Partikeln im Serum enthalten. HBe (early) ist ein Nicht-Strukturprotein, das nicht Teil des Virions ist, sondern von infizierten Zellen sezerniert wird (auf dem HBc-Gen kodiert, C-terminal verkürzte Form des HBs-Antigens).

20 Infektiöses Virion Nichtinfektiöse Partikel durch Überschuss-Synthese von HbsAg

21 Hepatitis B Virus (HBV): Proteine

22 Genom ist eine partiell doppelsträngige DNA

23 ORF C: Core-Region: Core: RNA-Verpackung, HbE-Ag: Modulation der Immunantwort? ORF S. Envelope-Region: L (large), M (medium), S (small) ORF P: Reverse Transcriptase: terminal protein, reverse Transkriptase, RNase H ORF X: X-Protein: effizientere Transkription der viralen mrna von ccc DNA?, Transaktivator, für Replikation aber essentiell

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25 Replikationszyklus Adsorption mittels Na- Taurocholate-cotransporting polypeptide (NCTP) (1) und Aufnahme ins Zytoplasma durch rezeptorvermittelte Endozytose und Freisetzung aus dem Endosom durch einen nichtfusogenen Prozess (2) Reparatur der lückenhaften Plus-Strang-DNA (3) durch unbekanntes Enzym

26 Replikationszyklus Transport der Kapside mit DNA über Mikrotubuli zu den Kernporen, Freisetzung der DNA in Zellkern (4) (covalently closed circular DNA = cccdna) Diese minussträngige DNA ist Template für Transkription durch RNA-Polymerase II in überlange RNA, das Prägenom (5) und in kürzere mrna-transkripte (5) Transport der mrna aus Kern (6) und Translation im ER zu HbsAg (7)

27 Replikationszyklus Transport des Prägenoms aus Kern und Translation im Zytoplasma in P-Protein (=reverse Transkriptase) (8) und in Kapsid-Protein (9) Verpackung der RNA-P- Komplexe (10) Reverse Transkription des Prägenoms durch P-Protein in Minusstrang-DNA und Verdau des Prägenoms (11)

28 Replikationszyklus Rücktransport der DNA in Zellkern als weiteres Template früh im Replikationszyklus (12) Formierung reifer Nukleokapside bestehend aus P-Protein und lückenhafter doppelsträngiger DNA und lückenhafter RNA (13) Knospung ins ER (14) und anschließend Exozytose (15)

29 Familie Hepadnaviridae Genera Orthohepadnaviridae Hepatitis B Virus (HBV) Charakteristische Vertreter: Hepatitis-B-Virus des Eichhörnchens (GSHV) Hepatitis-B-Virus des Waldmurmeltieres (WHV) Hepatitis-B-Virus der Wollaffen (WMBHV) auch in Primaten Avihepadnaviridae Duck Hepatitis B Virus (DHBV) Charakteristische Vertreter: Reiher-Hepatitis-B-Virus (HHBV)

30 Die Homologie zwischen Orthound Avihepadnaviren beträgt 40%.

31 Die Ortho-und Avihepadnaviren haben sich vor mindestens 10 Mio. Jahren getrennt.

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33 Klinik der HBV-Infektion - Infektionsformen: - asymptomatisch, selbstheilend - akute Hepatitis mit ODER ohne Viruspersistenz - Inkubationszeit: 1-6 Monate - unauffällig bei geringer Infektionsdosis (Schleimhautkontakt - Prodromalphase: Arthralgien, grippeähnliche Beschwerden, gastrointestinale Beschwerden, Exanthem, selten Fieber - akute Hepatitis mit Ikterus - ggf. Chronifizierung (bei 5% der Erwachsenen), kann zu Leberzirrhose oder hepatozellulärem Karzinom führen

34 Chronische Hepatitis B-Infektion bei etwa 10% der akuten Infektionen Übergang zum chronischen Verlauf (bei perinataler Infektion zu 90%) aufgrund unvollständiger Immunität Chronifizierungsrate nach HBV-Infektion in Abhängigkeit vom Lebensalter! Chronisch persistierende Form: relativ gute Prognose Chronisch aktive Form: hohe Gefahr einer Leberzirrhose > Leberzellkarzinom

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36 Pathomechanismus HBV ist nicht zytotoxisch. Die Hepatitis ist die Konsequenz einer spezifischen T-Zell(CD8)-Antwort, die gegen virale Antigene in infizierten Hepatozyten gerichtet ist und daher ein Kollateralschaden.

37 Nature Medicine 19(7): (2013)

38 HBV Epidemiologie weltweit - 5-7% der Weltbevölkerung sind HBV-Träger (insgesamt 350 Mio) - etwa 1 Mio Tote/Jahr durch Leberzirrhose oder Leberzellkarzinomen

39 Hepatitis B Fallzahlen in Deutschland Deutschland: Seroprävalenz: 7% etwa 150 Tote/Jahr nach akuter HBV-Infektion 0,4-0,7% der Bevölkerung HBV-Träger ( )

40 HBV Genotypen

41 Hepatitis B Virus (HBV): Übertragung Übertragung: parenteral, sexuell, perinatal (zumeist keine Angaben) Inkubationszeit: 1-6 Monate

42 Concentration of HBV in Body Fluids blood serum wound exudates semen vaginal fluid saliva urine feces sweat tears breast milk High Moderate Low/ Not Detectable

43 Hepatitis B Virus (HBV): Diagnostik HBV-Genom Infektiosität; Genotyp Dane-Partikel Ø 42 nm Direktnachweis PCR (Genom), ELISA (HBs-Ag, HBe-Ag) Indirekter Nachweis ELISA der Serumantikörper (anti-hbs, anti-hbc-igm, anti-hbc-igg, anti-hbe) HBV-Antigene HBs-Ag HBc-Ag HBe-Ag (sezerniert) HBV-Antikörper anti-hbs anti-hbc IgG / IgM anti-hbe

44 HBV: Infektiösität und Serologie infektiös bei positivem HBsAg, vor allem bei positivem HBeAg hohe Infektiösität 2-3 Monate VOR der Hepatitis

45 HBV Impfung Impfung (aktive Immunisierung) mit HBs-Antigen (Subunit- Vakzine) - früher aus Plasma chronischer Virusträger (Aufreinigung von HBs-Partikeln) - seit 1986 rekombinanter Impfstoff (HBs-Ag in Hefezellen hergestellt) 1982 Einführung der Impfung (nur für Risikogruppen) 1995 Allgemeine Impfempfehlung gemäß WHO/STIKO Postexpositionelle Gabe von HBV-Hyperimmunglobulinen (passive Immunisierung) - bei Neugeborenen HBsAg-positiver Mütter innerhalb von 12 nach Geburt - nach gesicherter Exposition (z. B. Nadelstichverletzung)

46 Hepatitis B-Therapie nur bei chronischem oder akutem, aber fulminantem Verlauf

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49 Hepatitis D Virus (HDV) HDV ist ein defektes Virus, ein Virusoid. Es vermehrt sich nur in Zellen, die gleichzeitig mit HBV infiziert sind, weil es die Hülle des HBV (HBs-Ag) benötigt. Im Gegensatz zu HBV ist HDV zytotoxisch. antigen (Kapsid) HBsAg (Hülle) Koinfektion mit HBV: Akute Infektion kaum schlimmer, wird HBVplus HDV-Infektion jedoch chronisch, verläuft die Infektion in der Regel aggressiver. zirkuläre, negativsträngige RNA(Genom) Superinfektion eines chronischen HBV-Trägers: Oft fulminantes Auftreten einer akuten Hepatitis, bei Überleben meist zusätzliche Persistenz von HDV Prophylaxe: Impfung gegen HBV

50 Hepatitis D Virus weltweite Verbreitung

51 Hepatitis-D Fallzahlen in Deutschland

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56 HDV-Genom ist negativ-, einzelsträngige RNA, 70% hybridisiert 1-3: Genomsynthese initialisiert durch zelluläre RNA-Pol II, welche das Polyadenylierungssignal und die Ribozymdomäne überliest 4-5: Prozessierung des 5'-Endes durch zelluläre Enzyme führt zu mrnas mit Poly-A-Schwanz, während 6-7: die RNA-Synthese (plussträngige antigenomische Matrize) über die Ribozymregion im Template hinaus fortgesetzt wird 8-10: die neugebildete RNA wird gespalten durch das Ribozym und anschließend ligiert, wodurch plussträngige zirkuläre RNA entsteht

57 11: Synthese minussträngiger RNA an plussträngigem Antigenom durch RNA-Pol II 12-16: durch rolling-circle-mechanismus, während die für das Ribozym kodierende Region überlesen wird 17-20: die neugebildete RNA wird gespalten durch das Ribozym und anschließend ligiert, so dass negativsträngige zirkuläre genomische RNA entsteht

58 Die Konversion eines Stopkodons in ein Tryptophankodon führt zu einer verlängerten mrna, die für das große Delta-Antigen kodiert.

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63 Klassifikation RNA-Viren - Klassifikation und Systematik - Unterschiede Bakteriophagen/ Viren von Eukaryonten - Charakteristika von tierpathogenen Viren - Charakteristika von pflanzenpathogenen Viren - (+) Strang RNA-Viren: Picornaviren

64 Hepatitis C Virus - Taxonomie Pegivirus Hund, Pferd, Nager, Fledermäuse

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66 Bayesian phylogenetic tree of a 300-nt conserved region of the RdRp gene of the bat-derived viruses and selected members of the Hepacivirus and Pegivirus genera. Quan P et al. PNAS 2013;110: by National Academy of Sciences

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69 Isolation of a cdna Clone Derived from a Blood-Borne NonA NonB Viral Hepatitis Genome Qui-Lim Choo, George Kuo, Amy J. Weiner, Lacy R. Overby, Daniel W. Bradley, Michael Houghton Science Vol. 244; (1989)

70 Entdeckung des Hepatitis-C-Virus(-Genoms) Herstellung einer cdna-genbank im Bakteriophagen λgt11 von der RNA aus Plasma eines Schimpansen, das ein unbekanntes Non-A, Non-B-Agens enthielt. Mit dem Serum eines chronischen NonA-NonB- Hepatitispatienten wurden die Klone identifiziert, die für virales Antigen kodieren. Identifizierung zweier cdna-klone unter 10 6

71 Ausgehend von transfizierten Replikons ist nun die Erzeugung infektiöser Virionen möglich, die sowohl in der Zellkultur als auch im Tierversuch einsetzbar sind.

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75 Hepatitis C: Transfusionshepatitis

76 Hepatitis C-Virus (HCV) 1989 identifiziert (bis heute nicht in Zellkultur anzüchtbar) mindestens 12 Genotypen (und jeweils mehreren Subtypen z.b. 1a, 1b, 2a,...) Krankheitsverläufe Akute Infektion verläuft bei etwa 75% asymptomatisch. Unabhängig von der Akutinfektion wird die Virushepatitis meist chronisch (zu über 80%(!), bei HBV nur 5-10%) Chronisch Infizierte entwickeln häufig eine Leberzirrhose und später ein Leberzellkarzinom 15% Resolve (15) 80% Stable (68) 75% Stable (13) 100 People 85% Chronic (85) 20% Cirrhosis (17) 25% Mortality (4)

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78 Percentage of Cases Hepatitis C -Virus (HCV) Übertragung: - parenteral - sexuelle Kontakte - perinatal (Übertragungsrate 6%) Inkubationszeit: 1-3 Monate Year Injecting drug use Sexual Health related work Transfusion Therapie: alpha-interferon + Ribavirin (Erfolg abhängig vom Genotyp) Epidemiologie: Weltweit etwa 170 Mio Infizierte (3-4 Mio Neuinfizierte jährlich) Durchseuchung in Deutschland etwa 0,4-0,7% (HBV etwa 5%)

79 Occupational 3% Household 3% Sexual 21% Transfusions * 3% No Identified Risks 10% Illegal Drug Use 60% *None since 1994

80 <1% 1-2% 3-5% 5-10% >10% nicht bekannt

81 ca chronisch HCV-Infizierte in Deutschland Altersabhängige Durchseuchung mit HCV 50% der chron. Infizierten infektiös > etwa 0,5% der Gesamtbevölkerung HCV-Ausscheider (HBV auch 0,5%) Hepatitis C ist Ursache für 30% aller Lebertransplantationen

82 Ablauf der HCV-Diagnostik Anamnese, Befund, Labor recomb. ELISA: Suchtest [Bestätigung durch WB] Anti-HCV HCV-RNA PCR RT-PCR, qualitativ: Nachweis der Infektiosität Histologie RNA-Titer, Genotypisierung Sequenzierung RT-PCR, quantitativ: Nachweis des Therapieerfolgs Genotypisierung: Prognose u. molekulare Epidemiologie Quasispecies NS5 Mutationen

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84 Hepatitis C - Therapie - Behandlungserfolg der chronischen Hepatitis C in Abhängigkeit vom Genotyp Relative Therapie-Resistenz von Genotyp 1 Bisher keine Impfung verfügbar

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89 Hepatitis E Virus (HEV)

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94 Hepatitis E Virus Erkrankung: Epidemische Hepatitis - selten chronisch! Komplikationen: Fulminanter Verlauf bei 1-3%, Übertragung: fäko-oral, über kontaminiertes Wasser oder Essen (wie Hepatitis A) Inkubationszeit: 6 Wochen Epidemiologie: häufigste Ursache für tödlich verlaufende Hepatitiden in Indien, China, Nordafrika, Mittelamerika, Deutschland: Tendenz steigend

95 Hepatitis-E Fallzahlen in Deutschland RKI Epidem Bull 05/2015

96 RKI Epidem Bull 05/2015

97 RKI Epidem Bull 05/2015

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99 Hepatitis E Virus (HEV) - Diagnostik Direktnachweis PCR von Stuhl u. Blut, da wochenlange Virämie Indirekter Nachweis IgM, IgG durch ELISA, dann Bestätigung durch Westernblot

100 Hepatitis A Virus Systematik: Genus Hepatovirus der Familie Pircornaviridae Genomaufbau: 1 plussträngige polyadenylierte RNA ohne 5 -Cap, besitzt am 5 - Ende VPg-Protein und IRES, ca Basen Virionstruktur: ikosaedrisches Kapsid ohne Hülle, darin eingelagert Genom Replikationsstrategie und Expression: Translation eines Polyproteins (250 kd), das autokatalytisch gespalten wird, interne Ribosomenbindung (IRES) durch nichtranslatierte Region am 5 -Ende Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit, Hepatitis A, nie chronisch Virusreservoir: Mensch, Persistenz in Muscheln

101 Hepatitis E Virus Systematik: Familie Hepeviridae (reklassifiziert, früher Caliciviridae), 1 Genus Hepevirus; Eablierung weiterer Genera vorgeschlagen Genomaufbau: 1 plussträngige polyadenylierte RNA mit Cap am 5 -Ende, ca Basen Virionstruktur: nichtumhülltes Ikosaeder Replikationsstrategie und Expression: 3 überlappende ORF Epidemiologie und Krankheitsbilder: Hepatitis E, besonders bei Schwangeren fulminanter Verlauf Virusreservoir: Genotyp 1 und 2: Mensch; Genotyp 3 und 4: Schwein, weitere Reservoire unklar, Zoonose

102 Hepatitis B Virus Systematik: Genus Orthohepadnavirus der Familie Hepadnaviridae Genomaufbau: unvollständig doppelsträngige DNA, RNA-Primer, überlappende ORF Virionstruktur: ikosaedrisches Nukleokapsid, Hülle mit eingelagerten HbsAg Replikationsstrategie und Expression: Reparatur der unvollständig doppelsträngigen genomischen DNA zu cccdna im Zytoplasma, aus Minusstrang im Zellkern durch RNA- Polymerase II Synthese des Prägenoms und von mrnas, im Zytoplasma reverse Transkription für Genomreplikation durch Spleißen Expression von sieben Proteinen aus vier überlappenden ORFs Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit, akute und (seltener) chronische Hepatitis Virusreservoir: Mensch

103 Hepatitis D Virus Systematik: einzige Spezies des Genus Deltavirus Genomaufbau: einsträngige zirkuläre RNA negativer Polarität von 1,7 kb(!), Virionstruktur: Nukleokapsid, dieses bestehend aus genomischer RNA sowie aus kleinem und großem Delta-Antigen, als Hüllproteine HbAg-L und -S des Hepatitis B Virus für Replikation und Infektiösität essentiell Replikationsstrategie und Expression: rolling circle und Spaltung durch Ribozym, RNA-Editierung führt zur Verlängerung des ORF und ermöglicht die Translation sowohl in das kleine und das große Deltavirus-Antigen Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit, bei chronischem HBV-Träger aggressivere Symptomatik möglich Virusreservoir: 5% der HBV-Träger

104 Hepatitis C Virus Systematik: Genus Hepacivirus der Familie Flaviviridae Genomaufbau: Plustrang-RNA von 9,6 kb, IRES, Virionstruktur: umhülltes Nukleokapsid, in Hülle E1- und E2-Proteine eingelagert Replikationsstrategie und Expression: Cap-unabhängige Translation mittels IRES, 1 ORF kodiert für Polyprotein von ca Aminosäuren, dann diverse Spaltungen Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit verbreitet, zu über 80% Chronifizierung der Hepatitis einhergehend mit höherer Rate an Komplikationen wie Leberzirrhose und Leberzellkarzinom Virusreservoir: Mensch

105 Virology Blog: Webseite, wöchentlicher Podcast und Vorlesungen von Vincent Racaniello ebenfalls auf Youtube