Virus-Replikation

Virus-Replikation
C332.662 H 492.338 N98.245 O131.196 P7.500 S 2.340
Capsid (Protein)
Nukleokapsid
Virion
Genom (Nukleinsäure)
Nukleokapsid
Virion
Envelope (Hülle)
Virus-Replikation
Replikation = identische Vermehrung
Genom-Replikation: Kopieren der Nukleinsäure
Virus-Replikation (allg.): Replikationszyklus
Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus)
Adsorption (Attachment)
Penetration
Uncoating
Virale Genom-Replikation
Virale mRNA und Proteinsynthese
Reifung und Zusammenbau (Assembly)
Virusfreisetzung (Release)
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)
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
Antirezeptor (Virus)
Influenza
Rezeptor (Zelle)
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)
Attachment
Primärer
Rezeptor:
Heparan
Sulfat
Sekundärer
Rezeptor:
Nectin
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
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
Beispiel: Epstein-Barr Virus (HHV-4)
Antirezeptor (Virus)
Gp350/220
Rezeptor (Zelle)
Complement Receptor 2
C3dg
---EDPGFFNVE--
--EDPGKQLYNVE--
--EDPG-------FNVE---EDPGKWLYNVE--
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
Adenovirus
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
Virushülle
Zellmembran
Rezeptorvermittelte Endozytose
Influenza: Ansäuerung des Kapsids durch viruskodierte
Ionenkanal (M1) führt zur Membranfusion
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)
Poliovirus
Freisetzung der genomischen RNA durch eine Membranpore
HIV
Herpes
Influenza
Adeno
Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus)
Adsorption (Attachment)
Penetration
Uncoating
Replikation
Virale Genom-Replikation
Virale mRNA und Proteinsynthese
Synthese viraler Komponenten
Grundsätzlich zwei komplexe Vorgänge:
Genexpression und Genomvermehrung
Abhängig von Art und Aufbau des Virusgenoms:
1.
2.
3.
4.
Unterschiedliche Strategien zur Herstellung der mRNA
Unterschiedliche Replikationsstrategien
Frühe Expression von viruskodierten Replikationsenzymen
spätere Translation viraler Strukturproteine
(Kapsid-, Hüllproteine)
Transkription/Replikation des Virusgenoms
1. Im Zytoplasma (keine zellulären Enzyme)
2. Im Zellkern (zelluläre Enzyme vorhanden)
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)
Replikationsort
A) Cytoplasma
(z.B. Poxviridae, Paramyxoviridae,
Rhabdoviridae)
B) Zellkern
(z.B. Herpesviridae, Adenoviridae,
Papovaviridae, Orthomyxoviridae)
Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus)
Adsorption (Attachment)
Penetration
Uncoating
Replikation
Virale Genom-Replikation
Virale mRNA und Proteinsynthese
Reifung und Zusammenbau (Assembly)
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)
Zusammensetzung eines Alphaherpes-Virions (HSV-1)
Nucleocapsid
Tegument
UL18 (VP23)
UL11
UL19 (VP5)
UL13 (VP18.8)
UL26 (VP21, 22a, 24)
UL14
UL35 (VP26c)
UL21
UL38 (VP19c)
UL25
UL36
UL6
UL37
UL41 (vhs)
UL46 (VP11/12)
UL47 (VP13/14)
UL48 (VP16)
UL49 (VP22)
UL51
UL56
US3
US9
US10
US11
Envelope
UL1 (gL)
UL10 (gM)
UL20
UL22 (gH)
UL27 (gB)
UL43
UL44 (gC)
UL45
UL49.5 (gN)
UL53 (gK)
US4 (gG)
US5 (gJ)
US6 (gD)
US7 (gI)
US8 (gE)
Zusammensetzung eines Rhabdo-Virions (VSV)
Nucleocapsid
N
Matrix
M
Envelope
G
Trans-Golgi Membran
Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus)
Adsorption (Attachment)
Penetration
Uncoating
Replikation
Virale Genom-Replikation
Virale mRNA und Proteinsynthese
Reifung und Zusammenbau (Assembly)
Virusfreisetzung (Release)
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)
Knospen (‚budding‘) an der Cytoplasmamembran
Bsp: Retroviridae, Paramyxoviridae
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)
Virus-Replikation (Vermehrungszyklus eines Virus)
Adsorption (Attachment)
Penetration
Uncoating
Replikation
Virale Genom-Replikation
Virale mRNA und Proteinsynthese
Reifung und Zusammenbau (Assembly)
Virusfreisetzung (Release)