Medizinische Virologie

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1 Medizinische Virologie Grundlagen, Diagnostik, Prävention und Therapie viraler Erkrankungen Bearbeitet von Hans W. Doerr, Wolfram Gerlich 1. Auflage Buch. XVI, 760 S. Hardcover ISBN Format (B x L): 19,5 x 27 cm Gewicht: 2294 g Weitere Fachgebiete > Medizin > Sonstige Medizinische Fachgebiete > Medizinische Mikrobiologie, Virologie, Parasitologie Zu Inhaltsverzeichnis schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Spezielle Virologie 33 Humanes Immundefizienz- Virus (HIV) 34 Menschliche T-Zell-Leukämie viren (HTLV-1) 35 Endogene Retroviren 36 Hepatitis-B-Virus (Hepadnaviridae) 37 Hepatitis-D-Virus 38 Flaviviren 39 Hepatitis-C-Virus 40 Alphaviren 41 Togaviren: Rötelnvirus 42 Picornaviren 43 Hepatitis-A-Virus 44 Hepatitis-E-Virus 45 Caliciviren 46 Coronaviren 47 Astroviren 48 Reoviren: Rotaviren 49 Paramyxoviren 50 Rhabdoviren 51 Filoviren 52 Bunyaviren I: Hantaviren 53 Bunyaviren II 54 Arenaviren 55 Orthomyxoviren (Influenzaviren) 56 Parvoviren 57 Anello- und Circoviren 58 Papillomviren 59 Polyomaviren 60 Adenoviren 61 Herpesviren 62 Herpesviren: Zytomegalieviren 63 Herpesviren: Epstein-Barr-Virus (EBV) 64 Herpesviren: Humane Herpesviren 6 und 7 (HHV-6 und HHV-7) 65 Herpesviren: Humanes Herpesvirus 8 66 Pockenviren 67 Prionen und übertragbare spongiforme Enzephalopathien

3 Virusreplikation durch zelluläre RNA- Polymerase 33 Humanes Immundefizienz- Virus (HIV) Menschliche T-Zell-Leukämieviren (HTLV-1) Endogene Retroviren Hepatitis-B-Virus (Hepadnaviridae) Hepatitis-D-Virus

4 33 33 Humanes Immundefizienz- Virus (HIV) 33.1 Grundlagen F. Kirchhoff Entdeckung Im Jahre 1981 wurde von amerikanischen Forschern das gehäufte Auftreten von Lungenentzündungen durch Pneumocystis-jiroveci-Infektionen und eines sonst sehr seltenen Gefäßtumors der Haut, des Kaposi-Sarkoms, bei jungen homosexuellen Männern beobachtet. Diese Symptome, die auch verschiedene bakterielle und virale opportunistische Infektionen und neurologische Defekte umfassten, wurden 1982 von den amerikanischen Gesundheitsbehörden als Acquired Immunodeficiency Syndrome (AIDS) zusammengefasst. Bereits 1983 wurde der Verursacher dieser Erkrankung, ein zuvor unbekanntes Retrovirus, im Labor von Luc Montagnier in Paris entdeckt und zunächst als Lymph adenopathie-assoziiertes Virus (LAV) bezeichnet (Barre-Sinoussi et al. 1983). Drei Jahre später erhielt der Haupterreger von AIDS den Namen Humanes Immundefizienzvirus Typ 1 (HIV-1), während ein weiteres humanes Immundefizienzvirus, das aus einem westafrikanischen Patienten isoliert wurde, als HIV-2 bezeichnet wurde. HIV-1 und HIV-2 gehören zur Gattung der Lentiviren und der Unterfamilie Orthovirinae innerhalb der Familie der Retroviridae. Obwohl AIDS erst Anfang der 1980er Jahre in den USA bemerkt wurde, war die Erkrankung in Afrika wahrscheinlich bereits Jahrzehnte zuvor verbreitet, wurde jedoch nicht als neue Seuche wahrgenommen Ursprung HIV-1 stammt ursprünglich aus dem Schimpansen. Die heute beim Menschen beobachteten HIV-1-Gruppen M (major), N (non M non O) und O (outlier) sind auf drei unabhängige Übertragungen zurückzuführen (Hahn et al. 2000). Phylogenetische Untersuchungen zeigen, dass HIV-1 M, der Haupterreger von AIDS, etwa um 1940 von einem Schimpansen der Unterart Pan troglodytes troglodytes auf den Menschen übertragen wurde. Das älteste HIV-1-M-positive Serum wurde 1959 einem Infizierten in Kinshasa entnommen (Zhu et al. 1998). Da in dieser Region Schimpansen vom Menschen gejagt und verspeist werden, stellt der Umgang mit viruskontaminiertem Fleisch einen plausiblen Übertragungsweg dar. Das Schimpansenvirus (Simian Immunodeficiency Virus; SIVcpz) ist wahrscheinlich vor einigen zehntausend Jahren durch die Rekombination von SIVs, die man heute in der Rotschopfmangabe und in einigen Meerkatzenarten findet, in einem doppelt infizierten Schimpansen entstanden. Schimpansen jagen und fressen mitunter kleine Affen. Überraschenderweise wurden kürzlich SIVs, die mit HIV-1 O eng verwandt sind, in Gorillas entdeckt (Van Heuverswyn u. Peeters 2007). Gorillas sind Pflanzenfresser. Wie sie sich ursprünglich infiziert haben, und ob HIV-1 O aus dieser Spezies oder aus Schimpansen stammt, ist derzeit unklar. Im Gegensatz zu HIV-1 stammt HIV-2 aus der Rauchgrauen Mangabe und wurde mindestens siebenmal auf den Menschen übertragen. Mittlerweile wurden in etwa 40 der insgesamt etwa 70 afrikanischen Affenarten Viren entdeckt, die mit HIV verwandt sind. Warum diese Viren nur von Schimpansen und Mangaben auf den Menschen übertragen wurden, ist noch weitgehend unbekannt. Obwohl sie als Immundefizienzviren bezeichnet werden, scheinen SIVs in ihren natürlichen Primatenwirten nur selten Immundefekte hervorzurufen (Silvestri et al. 2007) Genomaufbau und Morphologie Das HIV-Genom besteht aus zwei fast identischen Kopien einer einzelsträngigen +Strang-RNA von je etwa 9,4 (HIV-1) bzw. 9,7 (HIV-2) Kilobasen. In der infizierten Zelle wird die RNA in doppelsträngige DNA umgeschrieben und als so genanntes Provirus in das Genom der Wirtszelle integriert. Flankiert wird das provirale Genom von langen terminalen Sequenzwiederholungen, den LTRs (Long Terminal Repeats) (Abb. 33.1). Obwohl beide LTRs identisch sind, üben sie unterschiedliche Funktionen aus: die 5 LTR dient als viraler Promotor, die 3 LTR enthält das Polyadenylierungssignal. Das HIV-Genom ist für Retroviren ungewöhnlich komplex. Zu den üblichen retroviralen Genen und Genprodukten gehören: gag (Group specific Antigen): Vorläufer für die Proteine Kapsid [p24], Matrix [p17], Nukleokapsid [p7] und p6 pol (Polymerase): Vorläufer für Reverse Transkriptase [p51, p66], Protease [p10] und Integrase [p32]) env (Envelope): für Transmembranprotein [gp41] und äußeres Hüllprotein [gp120) Daneben gibt es noch sechs weitere Gene: tat, rev, vif, vpr, vpu und nef. Diese kodieren für folgende Proteine: Tat (Trans-activator of Transcription) bindet an das Trans-acting Response Element (TAR-Element) in der 315

5 33 Humanes Immundefizienz- Virus (HIV) Allgemeine Virologie viralen RNA und verstärkt die Verlängerung der viralen Transkripte. Rev (Regulator of Expression of Virion Proteins) bindet an das Rev-response Element (RRE) in viralen RNAs, die Introns enthalten, und ermöglicht dadurch deren Transport in das Zytoplasma der Zelle und die Expression der viralen Strukturproteine. Vif (Viral Infectivity Factor): schaltet den zellulären Restriktionsfaktor ABOBEC3 aus, der Hypermutationen im HIV-Genom verursacht und dadurch die virale Infektiosität reduziert. Provirus LTR gag prot RT int vif tat 1 vpr rev 1 vpu env tat 2 rev 2 nef LTR RNA-Genom PBS (trna Lys Primerbindungsstelle) PPT (Polypurintrakt) Klinische Virologie TAR (Tat responsive element) Repräsentative Transkripte Tat Rev, Nef Nef Gag-Pol Vif Vpr Vpu, Env gag prot RT int vif vpr RRE (Rev responsive element) tat 1 tat 2 rev 1 rev 2 vpu env nef nef Polyadenylierungssignal Vpr (Viral Protein R) arretiert den Zellzyklus in der G2/M-Phase und erhöht die Infektion sich nicht teilender Zellen. Vpu (Viral Protein U) erhöht die Freisetzung viraler Partikel durch die Unterdrückung des Restriktionsfaktors Tetherin (BST-2) und führt zum Abbau des CD4- Rezeptors. Nef (Negative Factor) inhibiert die MHC-Antigenpräsentation, entfernt CD4 von der Zelloberfläche, moduliert die T-Zellaktivierung und steigert die virale Infektiosität und Vermehrung. RRE- Rev-unabhängig RRE- Rev-abhängig Abb Aufbau und Expression des HIV-1 Genoms. Einige cis regulatorische Elemente im viralen RNA-Genom und repräsentative frühe und späte mrnas sind dargestellt. Sternchen spezifizieren Spleißstellen. Spezielle Virologie Nukleokapsid, NC, p6 trna Lys Matrix, MA, p17 reverse Transkriptase RT, p66, p51 Kapsid, CA, p24 Protease, PR, p10 Cyclophilin A Integrase, IN, p32 p6 Vpr Transmembranprotein, TM, gp41 äußeres Hüllprotein SU, gp120 Hülle virale RNA zelluläres Protein Vif Abb Morphologie des HIV-Partikels. Die elektronenmikroskopische Aufnahme wurde freundlicherweise von Hans-Georg Kräusslich (Heidelberg) zur Verfügung gestellt. 316

6 Grundlagen 33 Im Gegensatz zu HIV-1 besitzt HIV-2 kein vpu- sondern ein vpx-gen, welches wahrscheinlich einen Restriktionsfaktor in Makrophagen ausschaltet. Die Viruspartikel haben einen Durchmesser von etwa 100 bis 150 nm und sind von einer Lipoproteinhülle umgeben, die von der Wirtszelle stammt und in die das trimere virale Transmembranprotein gp41 eingelagert ist (Abb. 33.2). Das äußere Hüllprotein gp120 ist nicht kovalent an das gp41 gebunden. Da die Hülle des Virus aus der Membran der Wirtszelle stammt, enthält sie auch eine Reihe zellulärer Proteine, z. B. Klasse-I- und -II-HLA-Moleküle sowie Adhäsionsproteine. Zunächst werden unreife Viruspartikel freigesetzt. Die infektiösen reifen Virionen entstehen durch die Spaltung der Gag- und Gag-Pol-Vorläuferproteine durch die virale Protease. Die Membran des reifen HIV-Partikels ist innen mit dem p17-matrixprotein ausgekleidet, das sowohl mit dem gp41 als auch mit dem Kapsid interagiert. Das kegelförmige Kapsid besteht aus dem p24- Core -Antigen und enthält das diploide virale RNA-Genom, welches mit dem Nukleoprotein, den Enzymen Reverse Transkriptase (RT), Integrase und Protease, und einer speziellen trna (trna Lys3 ), die als Primer bei der reversen Transkription dient, assoziiert ist Vermehrungszyklus und Latenz Der Vermehrungszyklus von HIV beginnt mit der Bindung des äußeren viralen Hüllproteins gp120 an den CD4-Rezeptor, der hauptsächlich auf Helfer-T-Zellen, Makrophagen und dendritischen Zellen exprimiert wird (Abb. 33.3). Diese Bindung induziert Konformationsänderungen im viralen Hüllprotein, welche die Interaktion des CD4/gp120-Komplexes mit einem Chemokinrezeptor, entweder CCR5 oder CXCR4, (bei etwa 50 % der HI-Viren aus AIDS-Patienten) ermöglichen. Anschließend kann das hydrophobe Fusionspeptid am N-Terminus des gp41 in die Zellmembran inseriert werden. Das trimere gp41 enthält zwei helikale Bereiche, die miteinander interagieren und so über die Ausbildung eines so genannten 6-Helix-Bündels die Fusion zwischen der viralen und zellulären Membran vermitteln können. Jeder Schritt des viralen Eintritts (CD4-Bindung, Korezeptor-Interaktion, Verankerung und Fusion) stellt einen Angriffspunkt für die Entwicklung neuer Therapeutika dar (Ray u. Doms 2006). Neben den genannten spezifischen Rezeptoren gibt es eine Reihe von Faktoren, wie z. B. DC- SIGN auf dendritischen Zellen, welche die Anheftung von HIV-Partikeln an die Zelle verstärken, jedoch keine Fusion zwischen Virion und Zelle ermöglichen. 11. Reifung Protease, p10 1. Eintritt Hüllproteine, gp120, gp41 CD4, CCR5, CXCR4 2. Reverse Transkription Reverse Transkriptase, p66, p51 ABOBEC3 3. Uncoating Kapsid, p24 Cyclophilin A? TRIM5α 4. Nukleärer Import Kapsid, p24 Importine? 5. Integration Integrase p32 Reparaturfaktoren? 8. Translation ZAP 9. Zusammenbau Gag ABOBEC3: Vif 7. RNA-Export Rev CRM1 6. Transkription Tat, Cyclin T1 a-tefb 10. Freisetzung Gag TSG101, ALIX, ESCRT Komplexe Tetherin: Vpu Abb Vermehrungszyklus von HIV-1. Die an den einzelnen Schritten beteiligten viralen Proteine sind in schwarzer, zelluläre Kofaktoren in blauer und Restriktionsfaktoren in roter Schrift dargestellt. 317