Polyomaviridae. Taxonomie Ehemals Unterfamilie der Papovaviridae; Jetzt unabhängige Virusfamilie mit 13 Mitgliedern

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1 Polyomaviridae Taxonomie Ehemals Unterfamilie der Papovaviridae; Jetzt unabhängige Virusfamilie mit 13 Mitgliedern

2 Mitglieder der Polyomaviridae Virus Wirt Polyomavirus (PyV) Maus K-Papovavirus (KPV) Simian Virus 40 (SV40) Maus Rhesus Affe Lymphotropic Papovavirus (LPV) Simian agent 12 (SA12) Stump-tailed macaque virus (STMV) BK Virus Afrikanische Grüne Meerkatze Pavian Makake Mensch JC Virus Mensch Budgerigar fledgling disease virus Rabbit kidney vacuolating virus (RKV) Hamster Papovavirus Vogel Kaninchen Hamster

3 Entdeckung der Polyomaviren Maus Polyomavirus: entdeckt 1953 von Ludwig Gross bei Untersuchungen zur Übertragung von murinen Leukämien SV4O: entdeckt 1960 von Sweet and Hillemann in Nierenzellen aus der Grünen Afrikanischen Meerkatze.

4 Gemeinsame Merkmale der Polyomaviren 1. Genom: Ringförmiges ds-dna Molekül (Minichromosom!); ca Bp; Ähnliche Genom-Organisation 2. Vermehrung: sehr enges Wirtsspektrum:Vermehrung hauptsächlich in Epithelzellen und Fibroblasten; 3. Unbehüllt: Resistent gegen Lösungsmittel; 4. Maligne Transformation von Zellen in Kultur; 5. Verursachen nicht Tumore in ihren natürlichen Wirten (z.b. SV40 in Rhesus Affen).

5 Einige wichtige Entdeckungen der Zellbiologie, die an Polyomaviren gemacht wurden. 1. Supercoiled DNA 2. Chromatin/Nucleosomen 3. Ursprung der DNA Replikation bei Eukaryonten 4. Enhancer 5. Promoter-Organisation (TATA Box) 6. Polyadenylierungssignal 7. Kernlokalisationssignal (NLS) 8. p53

6 Struktur von Maus Polyomavirus-Partikel Graphische Nachbildung eines Viruspartikels: Durchmesser ca. 45 nm Aus Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-1c VP1: bildet 72 Pentamere, bestehend aus je 5 Moleküle VP1; VP1 ist das einzige nach aussen gerichtete virale Strukturprotein; VP1 bindet an Oligosaccharide mit Sialyl- Säureresten auf der Zelloberfläche Jedes VP1 Pentamer ist mit einem Molekül VP2 oder VP3 verbunden.

7 Struktur des Polyomavirus-Genoms Nukleosomen: Enthalten Histone Nukleosomenfreie Region Ringförmige Supercoiled DNA (= Eipsom) SV 40 Minichromosom Elektronen Mikroskopische Aufnahme von SV40 DNA Aus Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-1a, b

8 Verlauf der SV40 Replikation Idealisierte zeitliche Abfolge T-Antigen Virale Genome freigesetzte Viruspartikel Zelluläre DNA Synthese Aus Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-5

9 Zelluläre Rezeptoren für Polyomaviren Virus Rezeptor Moleküle/Zelle Zell-Tropismus Polyomavirus (PyV) N-verknüpfte Glykoproteine mit Sialyl- Säure-Resten Weit verbreit Simian Virus 40 (SV40) MHC Klasse I Proteine Weit verbreitet Lymphotropic Papovavirus (LPV) O-verknüpfte Glykoproteine mit Sialylsäure-Resten B-Lymphozyten BK Virus Glykolipid mit Sialylsäure- Resten unbekannt Weit verbreitet JC Virus N-verknüpfte Glykoproteine mit Sialyl- Säure-Resten Oligodendrozyten, Astrozyten, B- Lymphozyten

10 Sialylsäuren Haüfigste Form der Sialylsäure beim Menschen alic%20acids/natural%20sialic_acids.htm

11 Sialylsäuren sind weitverbreitet auf Zelloberflächen alic%20acids/natural%20sialic_acids.htm

12 Replikationszyklus Replikationszyklus Polyomaviren Principles of Virology, Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR, Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 16.

13 Expression von SV40 Proteinen: Strategien zur maximalen Nutzung des Genoms 1. Eine Region zur Regulation von verschiedenen Prozessen; 2. Multi-funktionelle virale Regulationsfaktoren; 3. Alternatives Splicing; 4. Multi-cistronische mrnas; 5. Nutzung von mehreren Leserastern; 6. Zeitliche Koordinierung von Expressionsphasen.

14 Das SV40 Genom Synthese viraler Genome Early Late Aus Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-2

15 Die Regulatorische Region des SV40-Genoms Aus Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-3a

16 Eigenschaften des SV40 T-Antigens 1. Sequenzähnlichkeiten zu T-Antigenen aus anderen Polyomaviren verschiedener Viren; 2. Post-translationelle Modifikationen: 1. Phosphorylierung; 2. 0-Glykosylierung ; 3. Poly-ADP-Ribosylierung; 4. Acetylierung am Amino-terminus; 3. Signal für Lokalisation im Kern;(NLS = nuclear localisation signal) 4. 5 x 10 5 bis 5x10 6 Moleküle pro lytisch infizierte Zellen

17 Funktionen des SV40 T-Antigens 1. Optimierung der Zelle für die Virusvermehrung: 1. Vorantreiben des Zellzyklus bis zur S-Phase:Befreiung von E2F 2. Verhinderung der Apoptose: Sequestrierung von p53 2. Transkriptionsregulation: 1. Autoregulation (Effekt Konzentrationsabhängig); 2. Aktivierung der späten Transkription 3. DNA-Replikation: 1. Fördert die Entwindung der DNA Stränge; 2. Rekrutierung von DNA Polymeraseα-Primase für die Synthese der Okazaki- Fragmente und die DNA Polymerase δ für die Verlängerung der neusynthetisierten DNA Stränge;

18 Domänenstruktur des T-Antigens Aus Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-6a

19 Polyomaviren bei Menschen BK-Virus im Urin JC-Virus im infizierten Oligodendrozyten im Gehirn Aus Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 64, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 64-1

20 JC-Virus und BK-Virus Genome Aus Fields Virology 4 th edition, 2002, Chapter 64, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 64-2

21 Merkmale der JC- und BK-Virus Infektion 1. Infektion: in der frühen Kindheit 2. Persistenz: Nierenepithel; Lymphozyten; Knochenmark (JC-Virus) 3. Pathogenes Potential: Hauptsächlich bei Immun-Supprimierten Personen 1. BK-Virus? 2. JC-Virus: PML Progressive multifokale Leukoenzephalopathie 4. Onkogenes Potential: 1. Maligne Tumore in Nagetieren (JC und BK Virus); 2. Maligne Gehirntumore in Neuweltaffen nach Inoculation direkt in den Schädel (lange Inkubationszeit);

22 Progressive multifokale Leukoenzephalopathie (PML) 1. Demyelinisierungs-Herde im Gehirn durch den Tod von infizierten Oligodendrozyten; 2. Neuropathologie: Multifokale Plaques: enthalten u.a. Makrophagen, Astrozyten mit anomalen Morphologien, veränderte Oligodendrozyten 3. Klinisches Erscheinungsbild: Muskelschwäche, Geh-, Sehschwierigkeiten, Lähmungen, kognitive Störungen ( Demenz ). 4. Überlebenszeit: Wenige Monate bis zu einem Jahr nach Auftreten von Symptome; 5. Diagnose: endgültige Diagnose nur durch Nachweis von DNA in Gehirnmaterial; 6. Behandlung: deutliche Besserung durch HAART

23 Weiterführende Literatur

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