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 Vergleich der Vermehrungsstrategie von Bakterien und Viren in Kultur Zellzahl Lag-Phase Logarithmische Phase PFU/ml Eklipse Latenzperiode intrazellulär extrazellulär Bsp: Adenovirus Stunden Anpassung an die Kulturbedingungen (Lag-Phase) logarithmische Vermehrung durch Zweiteilung Verlangsamung der Teilung nach Aufbrauchen der Nährstoffe (Sättigung) Stunden Infektöse Partikel dringen in die Zelle ein und zerfallen (Eklipse) Bildung und Freisetzung von vielen Virusnachkommen pro Zelle Ende der Wachstumsphase durch Tod der Wirtszellen

4 Grundzüge der Virusvermehrung Viruseintritt (entry) Spezifischer Wirt und spezifische Zelle Rezeptor-vermittelt Uncoating Freisetzung des Genoms Proteinsynthese Replikation des Genoms Montage (assembly) Wirtszelle Virusaustritt (release) durch Knospung (budding) oder Lyse der Zelle

5 Eigenschaften von Virusgenomen Virusgenome kodieren Genprodukte und Informationen für Partikelbildung und Verpackung des Genoms Replikation des Virusgenoms Regulation des Replikationszyklus (z.b. Umprogrammieren der Zellen) Ausschalten zellulärer Abwehrmechanismen Verbreitung auf andere Zellen und Wirtsorganismen Virusgenome kodieren nicht Proteinsynthese-Maschinerie (rrna etc; Ausn. Mimiviren) Enzyme des Energiestoffwechsels Faktoren der Membranbiosynthese Telomere, Zentromere

6 Virale Replikationsstrategien ( Baltimore-Schema )

7 Genexpression und DNA-Replikation bei DNA Viren Infektion Start der viralen DNA-Replikation Neue Viren Virale DNA im Nukleus early (E) late (L) Vorbereitung virale DNA Replikation Regulation der viralen Genexpression Regulation der zellulären Genexpression Induktion der S-Phase Viruskomponenten (Kapsid- und Hüllproteine)

8 SV40: Ein Modell für DNA-Replikation Flint et al. Principles of Virology

9 SV40 Replikationszyklus EARLY LATE Flint et al. Principles of Virology

10 DNA Virus Replikation Wo (Nukleus oder Zytoplasma)? Nukleus Transkription Spleißen DNA-Replikation Wann? S-Phase S S-phase ist essentiell Virus-induzierte S-Phase (Ausnahme: Parvoviren - Stärkere Abhängigkeit von normalem Zellzyklus)

11 Virale Replikationsstrategien ( Baltimore-Schema )

12 Genompolarität von RNA Viren Plus-Strang: Genom = mrna AUG...UAA Minus-Strang: Antigenom = mrna UAC...AUU AUG...UAA Ambisense: Genom und Antigenom = mrna 5 AUG...UAA UUA... CAU 3 3 UAC...AUU AAU...GUA 5

13 3D-Struktur einer RNA-abhängigen RNA Polymerase Right-hand shape fully encircled active site Thumb Palm Fingers NS5B des Hepatitis C Virus

14 Strukturhomologien von Polymerasen Thumb Finger Palm Klenow T7 RNAP HIV-I RT 3D pol Flint et al. Principles of Virology

15 Struktur des Poliovirus: (+)RNA Virus Flint et al. Principles of Virology

16 Genomorganisation des Poliovirus: (+)RNA Flint et al. Principles of Virology

17 Replikationszyklus Poliovirus: (+)RNA Flint et al. Principles of Virology

18 Struktur des Vesikulären Stomatitis Virus (VSV): (-)RNA Virus Flint et al. Principles of Virology

19 Genomorganisation des Vesikulären Stomatitis Virus (VSV): (-)RNA leader Kapsidprotein Phosphoprotein Matrix protein Glyco protein RdRp Flint et al. Principles of Virology

20 Virale Replikationsstrategien ( Baltimore-Schema )

21 How to win the Nobel Prize IV Don t be afraid of a dogma The (extinct!) central dogma of molecular biology: Direction of flow of information in biological systems: Reverse Transcriptase DNA RNA Protein Information flows backwards (latin: retrorsum or retro)

22 Retro- und Pararetroviren Retroviren: In vielen Organismen zu finden wie etwa: Rous Sarcoma Virus (Huhn) Mouse Leukemia Virus (Maus) Mouse Mammary Tumor Virus (Maus) Humane Retroviren (HIV und HTLV) Gypsy (Drosophila) Endogene Retroviren (IAP, PERVs, HERVs) Haben alle eine Reverse Transkriptase Pararetroviren: Hepadnaviren (Hepatitis B Virus) Caulimoviren (bei Pflanzen)

23 HIV RT ist ein Heterodimer Polymerase RNaseH p66 p51 Identische Primärstruktur unterschiedliche 3D Struktur

24 Flint et al. Principles of Virology Struktur und Genomorganisation eines einfachen Retrovirus

25 Retroviraler Replikationszyklus 2 Genomkopien/Kapsid Reverse Transkription Obligatorische Integration (Provirus) Reorganisation virale RNA vs. Integrierte DNA-Kopie (Provirus) Flint et al. Principles of Virology

26 Die Replikationsstrategie bestimmt den Ort der Replikation Ausnahme Poxviren: Replikation im Zytoplasma; haben eigene Replikationsenzyme RNA Viren benötigen eigene Polymerasen Replikation im Zytoplasma DNA Viren nutzen zelluläre DNA-Polymerasen Replikation im Zellkern Ausnahmen: Orthomyxo-, Bunyaviren: Nutzen splicing Retroviren: Integration ins Zellgenom

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