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. Können Zellen in Kultur transformieren; 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; jedes Pentamer besteht aus 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 (= Episom) 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) BK Virus JC Virus O-verknüpfte Glykoproteine mit Sialylsäure-Resten Glykolipid mit Sialylsäure- Resten N-verknüpfte Glykoproteine mit Sialyl- Säure-Resten B-Lymphozyten unbekannt Weit verbreitet Oligodendrozyten, Astrozyten, B- Lymphozyten

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

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:Freisetzung 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. Prävention: deutliche Besserung durch HAART bei HIV-Infizierten

23 Kann SV40 bei Menschen Krebs auslösen? 1. Vor 1963 wurden in den USA Polivirus Impfstoffe in SV40-haltigen Affenzellen hergestellt; In den USA wurden ca. 98 Millionen Personen diesen Impfstoffen ausgesetzt 2. Nachweis der SV40 DNA bei Menschen 1. In einigen Tumorarten (Osteosarkome, Lmyphome und Mesotheliome) 2. Nachweis der SV40DNA auch bei Menschen die nachweislich NICHT geimpft wurden; 3. Nachweis der SV40DNA auch in Normalgeweben; 4. In einigen Fällen handelte es sich um Labor-Plasmide mit SV40 Seqeunzen 3. Zusammenhang zwischen SV40 DNA und Krebs 1. Fraglich; 2. Keine Hinweise für einen kausalen Zusammenhang

24 Weiterführende Literatur

25 Polyomaviren: Zusammenfassung 1. Einige Vertreter haben transformierendes Potential 2. Unbehüllte Viruspartikel 3. Ringförmige dsdna Genome 4. Virale Expression 1. Eine zentrale Kontrollregion für ide Transkriptionssteuerung 2. Mehrere mrnas; Bildung durch alternatives Splicing 3. Bicistronische mrnas 5. T-Antigen: Multi-funktionelles, frühes virales Protein; 6. Human-Pathogene Vertreter: JC-Virus: PML