Retroviren

2009/10 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

RetroviridaeHistorisches

1908: Ellerman and Bang: Übertragung von Leukämie zwischen Hühnern durch Zell-freie Lysate

1910/1: Peyton Rous isoliert das infektiöse Agens für Sarkoma in Hühnern (RSV).

1960's: Howard Temin beobachtet, dass die Replikation von Retroviren durch Actinomycin D , ein bekannter Inhibitor der DNA Synthese, gehemmt wird. Daraus leitet der das Konzept der Reversen Transkription ab (Nobel prize vergeben an Baltimore and Temin, 1975).

1969: Huebner and Todaro entwicklen die virale Onkogen-Hypothese : die Übertragung von viraler und onkogener Information als genetische Elemente.

1981: Entdeckung des humanen T-Zell Leukaemia virus: das erste pathogene humane Retrovirus.1983: Human immunodeficiency virus discovered

Retroviren

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Familie RetroviridaeUnterfamilie Alpharetrovirinae

Unterfamilie Genus Morpho-logie

Beispiel

Alpharetrovirinae Alpharetrovirus C-Typ Avian Sarcoma virus Rous Sarcoma virus

Betaretrovirus B-Typ

D-Typ

Mouse mammary tumor virusMason-Pfizer monkey virus

Gammaretrovirus C-Typ Murine Leukemia VirusGibbon ape leukemia virus

Deltaretrovirus C-Typ Bovine leukemia virusHuman T-cell leukemia virus

Epsilonretrovirus Walleye dermal sarcoma virus

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Familie Retroviridae

Unterfamilie Genus Beispiel

Orthoretrovirinae Lentivirus Human immunodeficiency virus; type 1, type 2 (HIV-1, HIV-2)Simian immunodeficiency virus (SIV)Feline immunodeficiency virus (FIV)Bovine immunodeficiency virus (BIV)

Spumavirinae Spumavirus Human foamy virus;Chimpanzee foamy virus

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Retroviridae

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Retroviridae:Proteine, die in allen Retroviren vorkommen

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Retroviridae: Morphologien

A-Typ:Nicht-umhüllt; intrazelluläre Partikel: IAP

B-typ:Umhüllt; azentrisches Core:MMTV

C-Typ:Zentrales Core: MLV, ALV, HTLV, HIV

D-typ:Etwas grösser (120 nm); Spikes weiniger ausgeprägt; MPMV

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Retroviridae

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Retroviridae: Genome

Retroviren sind

die einzigen RNA Viren, die ein DIPLOIDES Genom haben;

die einzigen RNA Viren, deren Genome von der zellulären Transkriptionsmaschinerie produziert wird;

die einzigen RNA Viren die zelluläre tRNAs als Primer für die Replikation verwenden;

die einzigen (+)-Strang RNA Viren, deren Genome nicht als mRNA unmittelbar nach der Infektion dienen;

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Retroviridae: RNA Genome

R Region: sich wiederholende Seqeunzen an beiden Enden des Genoms;

PBS: primer binding site; 18 nt lang; Sequenz ist Komplementär zum 3’Ende der spezifischen Primer -tRNA;

Leader: 90 bis 500 nt nicht-translatierete Region. Enthält z.B. Verpackungssequenzen;

PPT: polypurine tract; ca. 10 A/G Nukleotide, die verantwortlich für die Initiierung der +-Strang Synthese bei der reversen Transkription sind.

U3: “Unique” Region am 3’ Ende.

U5: “Unique” Region am 5’ Ende.

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Retroviridae: Unterschiede zwischen RNA Genom und Provirus

U3 U5

RNA

DNA

RNA Genom

Provirus = integrierte DNA Kopie

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Retroviridae: Offene Leseraster (Provirus)

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Replikation der Retroviren:Eintritt in die Zelle

Anheftungsmoleküle: Moleküle, für das Anheften des Virus an die Zelloberfläche

Rezeptoren: Zelloberflächenmoleküle, die den Eintritt des Virus in die Zelle vermitteln

Das Virus kann an die Zelloberfläche binden ohne aufgenommen zu werden.

Besipiel: DC-SIGN auf der Oberfläche von dendritischen Zellen.

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Replikation der Retroviren:Anheftungsmoleküle

Anheftungsmoleküle: Heparan Sulfat, Proteoglykane, Nukleolin, Integrin αL, β2 (=LFA-1);

DC-SIGN (Dendritic Cell-Specific Intercellular adhesion molecule-3-Grabbing Non-integrin)

Beispiel HIV

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Replikation der Retroviren:3 Typen von Rezeptoren

TM: trans-Membran Domäne

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Replikation der Retroviren:Rezeptormoleküle

Virus Molekül Funktion

MLV, ecotropMurine Leukemia Virus(infiziert nur Mauszellen)

CAT-1Cationic amino acid transporter

Aminosäure-Transport

MLV, amphotropInfizierte Mauszellen und Zellen aus anderen Spezies

PIT-1Solute carrier family 20 member

Phosphat-Transporter

GaLV Gibbon ape leukemia virus

PIT-2Solute carrier family 20 member

Phosphat Transporter

HTLVHuman T-cell leukemia virus

GLUT-1Solute carrier family 20 member

Glucose-Transport

HIV CD4/CCR5 or CXCR4

Aktivierung von T-Helferzellen/

Chemokin Rezeptore

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Replikation der Retroviren:CAT-1, Rezeptor für ekotrope MLVs

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Replikation der Retroviren:HIV Rezeptore

www.thelancet.com Vol 370 July 7, 2007. Este´et al.

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Replikation der Retroviren:Eintrittswege

MLV: Endozytose

HIV: Fusion der viralen Membran mit der Wirtszellmembran;

HIV Zelleintritt (Fusion)

ww

w.th

elan

cet.c

om

Vol 3

70

July

7, 2

007.

Est

e´et

al.

HIV Zelleintritt (Fusion)

ww

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elan

cet.c

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Vol 3

70

July

7, 2

007.

Est

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al.

Inhibitoren des HIV Eintritts

ww

w.th

elan

cet.c

om

Vol 3

70

July

7, 2

007.

Est

e´et

al.

Bukrinksy M., 2004,Molecular Medicine 10, 1-5

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Replikation der Retroviren:Reverse Transkription

Benötigte Komponenten:

Reverse Transkriptase

RNAse H

tRNA

Divalente Kationen: Mg2+ oder Mn2+

RNA-Matritze

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Replikation der Retroviren:tRNA Primer

Marquet et al., 1995; Biochemie 77, 113-124

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Replikation der Retroviren:Reverse Transkription

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Replikation der Retroviren:Vorgang der Reversen Transkription

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Replikation der Retroviren:Produkte der reversen Transkription

Linear DNA

One-LTR circle

2-LTR circles

Autointegrates

Retroviren

2009/10 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579

Retroviridae: Verschiedene Abhängigkeiten der Infektion

vom Zellzyklus

Retroviren

2009/10 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579

Retroviridae: Transport HIV-DNA Kopie in den

Zellkern

Retroviren

2009/10 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579

Retroviridae: Transport der DNA Kopie in den Zellkern

Retroviren

2009/10 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579

Retroviridae: Integration der HIV-DNA in das Wirtszellgenom

Retroviren

2009/10 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

Replikation der Retroviren:Integration am Bsp. von HIV

Engelman and Cherepanov, 2008, PLOS Pathogens 4

Raltegravir

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Replikation der Retroviren:Sequenzmerkmale der Integration

DuplicationDuplication

TG CA

Invariant dinucleotides at LTR ends

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Retroviren: Expression;Promoterbeispiel eines „einfachen“ Retrovirus (MLV)

Retroviren

2009/10 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

Retroviren: Expression;Promoterbeispiel eines „komplexen“ Retrovirus (HIV)

Courtesy of Manja Meggendorfer

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Retroviren: ExpressionRetrovirale Trans-Aktivator Proteine der Transkription

Retroviren

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Retroviren: Mechanismen der Aktivierung der

Transkription durch Tat

Aus “Principles of Virology”, Vol 1, 3rd Ed, 2009; Flint SJ, Enquist LW, Racianello VR, Skalka AM; Fig. 8.13, p. 264

Umbau von Nukleosomen Modifikation der RNA Polymerase II für die verbesserte Elongation von Transkripten

Retroviren

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Retroviren: ExpressionDas HIV-1 Tat Protein

Aus “Principles of Virology”, Vol 1, 3rd Ed, 2009; Flint SJ, Enquist LW, Racianello VR, Skalka AM; Fig. 8.12, p. 264

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Retroviren: ExpressionDie RNA Binde-Region für Tat

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2009/10 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

Retroviren: ExpressionSplicing von „einfachen“ Retroviren

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2009/10 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

Retroviren: ExpressionSplicing von „komplexen“ Retroviren

Courtesy of Michelle Vincendeau

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Retroviren: Expression;Rev ist ein Aktivatorprotein das auf post-

transkriptioneller Ebene wirkt

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Retroviren: Expression;Aktivitäten von Rev

• Bindet an unvollständig oder ungespleißten Transkripten;

• Beeinflusst das Spleißen der RNA;

• Rekrutiert CRM1/Exportin1 für den Export seiner RNA-”Fracht” aus dem Zellkern in das Zytoplasma;

• Fördert die Translation der RNA;

• Fördert die Verpackung der genomischen viralen RNA.

Rev ist ein multi-funktionelles Protein