GV III, WS11/12

Teil Virologie

Prof. Ralf BartenschlagerDepartment Infektiologie, Molekulare Virologie,

Med. Fakultät Heidelberg

www.klinikum.uni-heidelberg.de/Molecular-Virology

Antivirale Therapie und ImpfungDi24.1.12

R.B.

Pathogenese viralerInfektionen

Mo23.1.12

R.B.

Verlaufsformen von Virusinfektionen

Fr20.1.12

R.B.

Virale ReplikationsstrategienDo19.1.12

R.B.

Geschichte der Virologie, Virusaufbau, Klassifizierung, Nachweis von Viren

Virologie

Mi 18.1.12

R.B.

Lokale Infektion = Virus bleibt auf Eintrittspforte begrenzt

Disseminierte Infektion = Virus verbreitet sich im Organismus (generalisierte Infektion)

Virämie = Anwesenheit von Virus im Blut

primäre V. = Virusproduktion an Eintrittspforte und Freisetzung in Blutstrom

sekund. V. = verzögerte hochtitrige Virusproduktion als Ergebnis einer disseminierten Inf.

Tropismus = Fähigkeit eines Virus in ein best. Gewebe einzudringen und sich dort zu vermehren(z.B. enterotrop, neurotrop, pantrop)

Bestimmt durch Zugänglichkeit der Zielzelle

Suszeptibilität (Vorkommen des Rezeptors)

Permissivität der Zielzelle (Wirtszellfaktoren für Replikation)

Umgehung der Abwehrreaktionen (angeborene und erworbene Immunität)

Virulenz = Fähigkeit eines Virus eine Erkrankung zu verursachen(virulent, avirulent, attenuiert)

Wichtige Begriffe

Verlauf einer Virusinfektionam Beispiel Poliovirus

Verlauf der Poliovirus Infektion

ObereAtemwege

Grippale Symptome

Darm

Gastroenteritis

Moto-neuron

Nichtparalytisch Paralytisch

Bulbopontine

Poliomyelitis

Spinale

90 – 95% inapparent 4 – 8% Enteritis 1 – 2% NPPM 0,1 – 2% PPM

Dissemination

Carditis

AseptischeMeningitis/Encephalitis

Merke:

• Der Ort der primären Infektion ist nicht immer der Ort der Manifestation

• Manifestationsrate ist meistens < Infektionsrate

z.B. Poliomyelitis 0.1%

Akute Hepatitis B 1%

Röteln Exanthem 50%

Masern Exanthem quasi 100%

Pathogenese (viraler) Infektionen

• Virus-vermittelte Zellschädigung

Lytische/ zytopathische Viren

• Immun-vermittelte Pathogenese

Nicht-lytische/ -zytopathische Viren

• Transformation

Best. DNA-Viren u. onkogene Retroviren

• Induktion der Apoptose (z.B. HSV in Spätphase der Infektion)

• Inhibition der RNA Translation (z.B. Polio, Influenza)

• Hemmung der RNA Transkription (z.B. Polio)

• Inhibition des RNA Exportes (z.B. ICP27 von HSV)

• Inhibition des vesikulären Transportes (viele RNA Viren)

• Veränderungen der Membranpermeabilität (z.B. Sindbis Virus)

• Veränderungen des Zytoskeletts (viele lytische Viren)

Beispiele für Virus-vermittelteVeränderungen der Wirtszelle

Flint et al., 3rd edition, 2009

Influenza Virus RNA Genom und mRNA

Flu (-) RNA Genom

Flu mRNA mit cap und poly(A)

Flu (+)RNA Intermediat

Zelluläre mRNA

Abschneiden vonzellulären mRNAsnahe dem 5‘Ende(10-13 nt)

mRNA-Fragmentdient als Primer für virale RNA-Synthese

Cap snatching (Influenza)

Flint et al., 3rd edition, 2009

Mechanismus: Zerstörung der eIF-4G Untereinheitcap-unabhängige Initiation bei Poliovirus

© Flint et al. Principles of Virology

Inhibierung der Proteinsynthesein Poliovirus-infizierten Zellen

© Flint et al. Principles of Virology

Poliovirus (PV)-vermittelte Spaltung von eIF-4Ginhibiert die Cap-abhängige Translation

Zelluläre mRNA

Translation zelluläremRNA blockiert

PV 2A Protease

PV (+)RNA Genom wird über IREStranslatiert und ist unabhängig von eIF4G

PV 2A Protease

IRES = interne Ribosomen Eintrittsstelle

Was ist Immunpathogenese?

• Immunpathogenese: Erkrankung bedingt durch Immunreaktion

gegen die Virusinfektion

T-Zellen (z.B. Zelllyse durch CD8+ T-Zellen)

Antikörper (z.B. Ag/Ak-Komplexe; ADE)

systemische Effekte (z.B. IFN bei Influenza-Infektion)

• Virusinfektionen mit immunpathologischer Komponente verursacht

zumeist durch nicht-zytolytische, persistierende Viren

• Bei nicht-zytolytischen Viren zumeist die einzige Ursache für Erkrankung

• Pathogenese nur bei Immunkompetenz

Immunpathogenese bedingt durch Antikörper:Dengue Virus

häufigste Arbovirose (Überträger: Aedes spec)

100 Mio. klinisch manifeste Infektionen/Jahr

ca. 500.000 hämorrhagische Verlaufsformen/Jahr

40% der Weltbevölkerung lebt in Aedes-endem. Gebiet

Lipidhülle

E Homodimer

M

Nukleokapsid

RNA Genom

M

DEN-Serotypen1 - 4

DV2

Primär-infektion

DV2

DV2

DEN-2 Ak

Antikörper-vermittelte Steigerung der Infektion (ADE)

DV4DV4

DV4

Sekundärinfektion

vasoaktiveMediatoren

MonozytenMakrophagen

(DCs Ak-unabhängig)Schwere

Verlaufsformen(DHF, Schock)

Ak-Bindung ohne Neutralisation

DV2

Primär-infektion

DV2

DV2

DEN-2 Ak

Antikörper-vermittelte Steigerung der Infektion (ADE)

DV4DV4

DV4

Sekundärinfektion

vasoaktiveMediatoren

MonozytenMakrophagen

(DCs Ak-unabhängig)Schwere

Verlaufsformen(DHF, Schock)

Ak-Bindung ohne Neutralisation

durchgemachte DENV-Infektion prädisponiert für D

HF mit einem heterologen Serotyp

Immortalisierung

Induktion der unbegrenzten Teilungsfähigkeit

Transformationmorphologische und physiologische Änderungen einer Zelle wie etwa:

reduzierte Abhängigkeit/Verlust der Abhängigkeit von WachstumsfaktorenVerlust der Kontakthemmung (Foci)Wachstum in WeichagarAbrundung, Streßfasern, Metabolismus u.a.tumorigen im Versuchstier

verursacht durch:Infektion mit onkogenem VirusEinführung eines Onkogens,Behandlung mit Cancerogenen/Mutagenen

Onkogenese Entstehung von Krebs

Transformation & Onkogenese: Wichtige Begriffe

NichttransduzierendeViren

NichttransduzierendeViren

mit langer LatenzzeitEffizienz der Tumorinduktion

Latenzzeit

Erreger

Onkogenes Element

Transformation in Zellkultur

Transduzierende Viren

hoch (ca. 100%)

kurz (Tage)

Rekombinantes Viren, bis auf

Rous Sarcoma Virus defekt

zell-abgeleitetes Onkogen,

transduziert in Zielzelle

ja

hoch bis mittel

intermediär (Wochen, Monate)

intaktes Virus,

replikationskompetent

Aktivierung eines zellulären

Onkogens durch ungerichteteInsertion des Provirus

nein

sehr gering (< 5%)

lang (Monate, Jahre)

intaktes Virus,

replikationskompetent

virus-kodiertes, regulatorisches

Protein, das die virale

Transkription kontrolliert

nein

Onkogene Retroviren

Transduktionvon v-onc

Insertions-mutagenese

Transduktionvirales Gen

RSV: Prototyp einesschnell-transformierenden Retrovirus

Flint et al., 3rd edition, 2009

c-src (inaktiv) c-src (aktiv nach Phosphorylierung)

v-src:C-terminale Domäne deletiertkonstitutiv aktiv

Fiel

ds e

t al.,

4th

edi

tion,

200

1

Retrovirale Insertionsmutagenese

Flint et al., 3rd edition, 2009

Provirus

Transformation bei DNA Viren

Zumeist ein direkter Eingriff in die Regulation des Zellzyklus

Schalterproteine des Zellzyklus:Retinoblastomprotein

Rb: entdeckt in Retinatumoren

Tumorsuppressor, der Eintritt in die S-Phase reguliert

Phosphorylierung durch CyclinD-abh.Kinase

nukleäres Protein-bindendes Protein

RbP

Rb

+

-

Rb hemmt Transkription von E2f-abh. Genen

Replikationsenzyme (z.B.DNA-Polymerasen, Histone, Zellzyklusproteine)

Hemmung der Rb-Funktion durch virale Proteine

Virale Proteine verdrängen Rb aus Komplex mit E2f

E1A stabilisiert E2f

E7 induziert Degradation von Rb

Zelluläre Schalterproteine des Zellzyklus:p53

p53: das am häufigsten mutierte Gen in menschl. Tumoren (ca. 65% aller Tumore)Zellzyklusregulator in Abhängigkeit von DNA-Schäden oder unkontroll. Eintritt in S-Phasereguliert G1/S arrest (geringe DNA-Schäden)Apoptose (‚irreparable DNA-Schäden‘)

-

p53

Rb

RbP

Rb

+

-

Inaktivierung von p53 durch adeno- und papovavirale Proteine

(inaktiver Komplex)

Ubiquitin Proteinligase

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Aktivator Repressor