O H C N S

Transkript

1 Virus-Replikation

2 C H N O P S 2.340

3 Capsid (Protein) Nukleokapsid Virion Genom (Nukleinsäure) Nukleokapsid Virion Envelope (Hülle)

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5 Virus-Replikation Replikation = identische Vermehrung Genom-Replikation: Kopieren der Nukleinsäure Virus-Replikation (allg.): Replikationszyklus

6 Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus) Adsorption (Attachment) Penetration Uncoating Virale Genom-Replikation Virale mrna und Proteinsynthese Reifung und Zusammenbau (Assembly) Virusfreisetzung (Release)

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8 Phospholipid-Bilayer aussen: Sphinogmyelin Phosphatidylcholin Glykolipide Cholesterin innen: Phospatidylethanolamin Phosphatidylserin Phosphatidylinositol Cholesterin Membranassoziierte Proteine Integrale Membranproteine (Transmembranproteine, meist glykosyliert) Periphere Membranproteine Lipid-verankerte Proteine Kohlenhydrate (Zucker)

9 Adsorption (Attachment) Initialer Interaktionsschritt: Spezifische Bindung eines viralen Liganden an einen zellulären Rezeptor Mißbrauch von Zellrezeptoren, die andere zellphysiologische Aufgaben haben Erkennungsspezifität viraler Liganden und Expressionsdichte der Rezeptoren bestimmen maßgeblich: 1. Wirtszellspezifität (Zelltropismus) 2. Adsorptionshäufigkeit an eine Wirtszelle (Infektionsanfälligkeit) Ligand bei umhüllten Viren: viruskodierte Hüllproteine Ligand bei nicht umhüllten Viren: Kapsidproteine

10 Antirezeptor (Virus) Rezeptor (Zelle) Influenza

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12 Antirezeptor (Virus) Rezeptor (Zelle) Viele Viren verwenden mehrere (alternative) Rezeptoren. Viele Viren verwenden mehrere kooperierende Rezeptoren. Rezeptor / Korezeptor (z.b. HIV) Capture -Rezeptor und Transfer auf Sekundären Rezeptor (z.b. Heparansulfat und Nectin bei Herpes Simplex Virus)

13 Attachment Primärer Rezeptor: Heparan Sulfat Sekundärer Rezeptor: Nectin

14 Heparansulfat-Proteoglycane als Capture Rezeptor Poxviridae Alphaherpesvirinae Betaherpesvirinae Gammaherpesvirinae Adenoviridae Papovaviridae Parvoviridae Retroviridae Picornaviridae Flaviviridae Togaviridae Paramyxoviridae Vaccina Virus HSV-1, -2, BHV-1 HCMV, HHV-7 BHV-4 Adenovirus 2, 5 Papillomavirus 11 Adeno-associated virus 2 HIV MKSV Dengue Virus Sindbis Virus Respiratory Syncytial Virus

15 Zelluläre Virusrezeptoren HIV Rhinoviren (Picornaviridae) Poliovirus (Picornaviridae) Influenza C Virus Influenza A/B Virus Tollwutvirus Epstein-Barr Virus Herpes simplex Virus TGEV (Coronaviridae) Humanes Coronavirus CD4 CCR5, CXCR4 ICAM-1 PVR Sialinsäure (9-O-Acetyl) Sialinsäure (N-acetyl) Acetylcholinrezeptor CR2 Heparansulfat, Nectin Aminopeptidase N Aminopeptidase N

16 Beispiel: Epstein-Barr Virus (HHV-4) Antirezeptor (Virus) Rezeptor (Zelle) Gp350/220 Complement Receptor 2 C3dg ---EDPGFFNVE-- --EDPGKQLYNVE-- --EDPG FNVE-- --EDPGKWLYNVE--

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18 Penetration Rezeptorvermittelte Endozytose: die meisten nackten Viren (z.b. Picornaviren, Adenoviren) einige umhüllte Viren (z.b. Influenzavirus, Flaviviren, Rhabdov.) Virusstrukturprotein mit fusionsaktiver Sequenz (meist durch absinkendem ph im Endosom aktiviert) Fusion mit der Plasmamembran: umhüllte Viren (z.b. Paramyxoviren, Herpesviren) Verschmelzen der viralen und zellulären M direkt nach Adsorption Virales Fusionsproteine bei neutralem ph aktiv

19 Adenovirus

20 Rezeptorvermittelte Endozytose Beispiel: Semliki Forest Virus Clathrin-abhängige rezeptorvermittelte Endozytose Ansäuerung im frühen Endosom Fusion der Virusmembran mit der Endosomenmembran Freisetzung des Nukleokapsids in das Zytoplasma (bleibt mit Endosomen assoziiert) Disassembly des Nukleokapsids Genexpression und Genomreplikation

21 Virushülle Zellmembran

22 Rezeptorvermittelte Endozytose Influenza: Ansäuerung des Kapsids durch viruskodierte Ionenkanal (M1) führt zur Membranfusion

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24 Uncoating Freisetzung der viralen Nukleinsäure DNA-Viren: Freisetzung in den Zellkern (Ausnahme: Pockenviren!) RNA-Viren: RNA bleibt meist im Zytoplasma (aber auch Kernlokalisation: z.b. Influenza, Borna)

25 Poliovirus Freisetzung der genomischen RNA durch eine Membranpore

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28 HIV Herpes Influenza Adeno

29 Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus) Adsorption (Attachment) Penetration Uncoating Replikation Virale Genom-Replikation Virale mrna und Proteinsynthese

30 Synthese viraler Komponenten Grundsätzlich zwei komplexe Vorgänge: Genexpression und Genomvermehrung Abhängig von Art und Aufbau des Virusgenoms: 1. Unterschiedliche Strategien zur Herstellung der mrna 2. Unterschiedliche Replikationsstrategien 3. Frühe Expression von viruskodierten Replikationsenzymen 4. spätere Translation viraler Strukturproteine (Kapsid-, Hüllproteine)

31 Transkription/Replikation des Virusgenoms 1. Im Zytoplasma (keine zellulären Enzyme) 2. Im Zellkern (zelluläre Enzyme vorhanden)

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36 Replikationsenzyme 1. DNA-Genom DNA-abhängige DNA-Polymerase (zellulär, viral) DNA-abhängige RNA-Polymerase (zellulär, viral) 2. RNA-Genom RNA-abhängige RNA-Polymerase (viral) RNA-abhängige DNA-Polymerase (viral)

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38 Replikationsort A) Cytoplasma (z.b. Poxviridae, Paramyxoviridae, Rhabdoviridae) B) Zellkern (z.b. Herpesviridae, Adenoviridae, Papovaviridae, Orthomyxoviridae)

39 Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus) Adsorption (Attachment) Penetration Uncoating Replikation Virale Genom-Replikation Virale mrna und Proteinsynthese Reifung und Zusammenbau (Assembly)

40 Assembly (Virus Morphogenese) Self-Assembly unter Beteiligung viraler und zellulärer Proteinfaltungskatalysatoren (Chaperone, Scaffold-Proteine) Picorna- und Herpesviren: zunächst leere Prokapside, das Virusgenom wird sekundär eingeschleust Meistens umschließen die Kapsidproteine direkt das Virusgenom Nukleokapsid (z.b. alle (-)-Strang RNA-viren, Retroviren, Togaviren) Ort des Morphogenese: Nukleus, Zytoplasma oder beide umhüllte Viren werden oft an zellulären Membranen assembliert (z.b. Retroviren Zytoplasmamembran; Herpesviren innere Kernmembran, Flavi-, Corona- und Bunyaviren ER-Membran)

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43 Zusammensetzung eines Alphaherpes-Virions (HSV-1) Nucleocapsid Tegument Envelope UL18 (VP23) UL11 UL1 (gl) UL19 (VP5) UL13 (VP18.8) UL10 (gm) UL26 (VP21, 22a, 24) UL14 UL20 UL35 (VP26c) UL21 UL22 (gh) UL38 (VP19c) UL25 UL27 (gb) UL36 UL43 UL6 UL37 UL44 (gc) UL41 (vhs) UL45 UL46 (VP11/12) UL49.5 (gn) UL47 (VP13/14) UL53 (gk) UL48 (VP16) US4 (gg) UL49 (VP22) US5 (gj) UL51 US6 (gd) UL56 US7 (gi) US3 US8 (ge) US9 US10 US11 Zusammensetzung eines Rhabdo-Virions (VSV) Nucleocapsid Matrix Envelope N M G

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47 Trans-Golgi Membran

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49 Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus) Adsorption (Attachment) Penetration Uncoating Replikation Virale Genom-Replikation Virale mrna und Proteinsynthese Reifung und Zusammenbau (Assembly) Virusfreisetzung (Release)

50 Freisetzung (Release) Ausschleusung durch Knospung (Budding) membranumhülltes virales Nukleokapsid wird von einer Zellmembran abgeschürt (Exocytose) Knospung an Plasmamembran (Rhabdo-, Retroviren) ER-Membran (Flaviviren) Kernmembran (Herpesviren)

51 Knospen ( budding ) an der Cytoplasmamembran Bsp: Retroviridae, Paramyxoviridae

52 Freisetzung (Release) Ausschleusung durch Knospung (Budding) membranumhülltes virales Nukleokapsid wird von einer Zellmembran abgeschürt (Exocytose) Knospung an Plasmamembran (Rhabdo-, Retroviren) ER-Membran (Flaviviren) Kernmembran (Herpesviren) Freisetzung durch Zell-Lyse Akkumulation von Viruspartikeln und nachfolgende Zell-Lyse (z.b. Picornaviren)

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58 Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus) Adsorption (Attachment) Penetration Uncoating Replikation Virale Genom-Replikation Virale mrna und Proteinsynthese Reifung und Zusammenbau (Assembly) Virusfreisetzung (Release)

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