Virusreplikation

GV III, WS11/12
Teil Virologie
Prof. Ralf Bartenschlager
Department Infektiologie, Molekulare Virologie,
Med. Fakultät Heidelberg
www.klinikum.uni-heidelberg.de/Molecular-Virology
R.B.
Mi
18.1.12
Geschichte der Virologie,
Virusaufbau, Klassifizierung,
Nachweis von Viren
R.B.
Do
19.1.12
Virale
Replikationsstrategien
R.B.
Fr
20.1.12
Verlaufsformen von
Virusinfektionen
Virologie
R.B.
Mo
23.1.12
Pathogenese viraler Infektionen
R.B.
Di
24.1.12
Antivirale Therapie und Impfung
Vergleich der Vermehrungsstrategie
von Bakterien und Viren in Kultur
101
106
104
intrazellulär
Latenzperiode
Logarithmische
Phase
Eklipse
102
108
PFU/ml
103
Lag-Phase
Zellzahl
104
extrazellulär
102
1
2
3
4
Stunden
• Anpassung an die Kulturbedingungen
(Lag-Phase)
• logarithmische Vermehrung durch
Zweiteilung
• Verlangsamung der Teilung nach
Aufbrauchen der Nährstoffe (Sättigung)
Bsp: Adenovirus
12
24
36
48
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
Grundzüge der Virusvermehrung
Viruseintritt (entry)
Spezifischer Wirt und spezifische Zelle
Rezeptor-vermittelt
Uncoating
Freisetzung des Genoms
Replikation
des Genoms
Proteinsynthese
Montage
(assembly)
Virusaustritt (release)
Wirtszelle
durch Knospung (budding)
oder Lyse der Zelle
Eigenschaften von Virusgenomen
Virusgenome kodieren Genprodukte und Informationen für
¾ Partikelbildung und Verpackung des Genoms
¾ Replikation des Virusgenoms
¾ Regulation des Replikationszyklus (z.B. Umprogrammieren der Zellen)
¾ Ausschalten zellulärer Abwehrmechanismen
¾ Verbreitung auf andere Zellen und Wirtsorganismen
Virusgenome kodieren nicht
¾ Proteinsynthese-Maschinerie (rRNA etc; Ausn. Mimiviren)
¾ Enzyme des Energiestoffwechsels
¾ Faktoren der Membranbiosynthese
¾ Telomere, Zentromere
Virale Replikationsstrategien („Baltimore-Schema“)
Genexpression und DNA-Replikation
bei DNA Viren
Infektion
Neue
Viren
Start der viralen
DNA-Replikation
Virale DNA im
Nukleus
early (E)
late (L)
• Viruskomponenten (Kapsid- und
• Vorbereitung virale DNA Replikation
Hüllproteine)
• Regulation der viralen Genexpression
• Regulation der zellulären Genexpression
• Induktion der S-Phase
SV40: Ein Modell für DNA-Replikation
© Flint et al. Principles of Virology
SV40 Replikationszyklus
EARLY
LATE
© Flint et al. Principles of Virology
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)
Virale Replikationsstrategien („Baltimore-Schema“)
Genompolarität von RNA Viren
Plus-Strang: Genom = mRNA
+ 5‘
AUG.....................................UAA
3‘
Minus-Strang: Antigenom = mRNA
-
3‘
+ 5‘
UAC.....................................AUU
AUG.....................................UAA
5‘
3‘
Ambisense: Genom und Antigenom = mRNA
5‘
3‘
AUG..................UAA
UUA.................. CAU
3‘
5‘
UAC..................AUU
AAU..................GUA
3D-Struktur einer RNA-abhängigen RNA Polymerase
Right-hand shape
Thumb
NS5B des
Hepatitis C Virus
fully encircled active site
Palm
Fingers
Strukturhomologien von Polymerasen
Thumb
Finger
Klenow
T7 RNAP
HIV-I RT
3Dpol
© Flint et al. Principles of Virology
Palm
Struktur des Poliovirus: (+)RNA Virus
© Flint et al. Principles of Virology
Genomorganisation des Poliovirus: (+)RNA
© Flint et al. Principles of Virology
Replikationszyklus
Poliovirus: (+)RNA
© Flint et al. Principles of Virology
Struktur des
Vesikulären Stomatitis Virus (VSV): (-)RNA Virus
© Flint et al. Principles of Virology
Genomorganisation des
Vesikulären Stomatitis Virus (VSV): (-)RNA
leader
Kapsidprotein
Phosphoprotein
Matrix
protein
Glyco
protein
RdRp
© Flint et al. Principles of Virology
Virale Replikationsstrategien („Baltimore-Schema“)
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)
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)
lle
a
n
e
b
Ha
e
n
i
e
ra
T
e
s
r
e
v
Re
e
s
a
t
p
i
r
k
s
n
Pararetroviren:
Hepadnaviren (Hepatitis B Virus)
Caulimoviren (bei Pflanzen)
HIV RT ist ein Heterodimer
Polymerase
RNaseH
p66
p51
Identische Primärstruktur – unterschiedliche
3D Struktur
Struktur und Genomorganisation
eines einfachen Retrovirus
© Flint et al. Principles of Virology
Retroviraler
Replikationszyklus
• 2 Genomkopien/Kapsid
• Reverse Transkription
• Obligatorische Integration
(Provirus)
• Reorganisation virale RNA
vs. Integrierte DNA-Kopie
(Provirus)
© Flint et al. Principles of Virology
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