DNA Viren

DNA Viren
5 Familien mit ds-DNA Genom
Papovaviridae*
nackt
kubisch
Adenoviridae *
umhüllt
Herpesviridae *
komplex
umhüllt
Poxviridae *
partiell ds
kubisch
umhüllt
Hepadnaviridae *
ss
kubisch
nackt
Parvoviridae
ds
DNA
*persistieren Infektionen beim Menschen
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 1
Elektronenmikroskopische Struktur von HBV und
von HBV-assoziierten Partikeln
Quelle: Topley & Wilson's Microbiology of Infectious
Diseases; Band 1, Virology
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 2
Hepatitis B Virus, schematischer Aufbau
DNA-Genom, ± Strang
Lipid
M
Hsp70
L
S
Surface
Proteine = HBsAg
L
Core (Capsid) Protein
= HBcAg
Reverse Transkriptase mit RNAse H-Domäne
und terminal gebundenem Protein
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 3
HBV, Genomorganisation
RNA
DNA
Transkripte
Proteingene
TP
Ploymerase/Reverse T.
/RNAse H akt.
DR = direct repeats
- Strang 3100-3300 Nuk.
+Strang 1700 – 2800 Nuk.
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 4
Hepatitis B Virus: Vermehrung in Hepatocyten
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 5
HBV, reverse Transkription I
Terminal Redundante Sequenz und ε-Signal
pgRNA: 5‘ C
4-5 nt
DNA
DR1
DR2
DR1
3‘
TP
P
H
Initiation
5‘ C
3‘
Umlagerung
Erster Strangtransfer
5‘ C
P
TP
H
3‘
pgRNA= prägenomische RNA/ c=Cap
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 6
HBV, reverse Transkription II
RNAse-H baut RNA des Hybrids ab
TP
Verlängerung
5O C
P
P
H
kurze Redundanz
RNA: 5‘
kurze Redundanz
H
P
C
TP
P
Translokation
TP
5‘ C
H
P
H
TP
Zweiter Strangtransfer und Verlängerung
5' C
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 7
Unterschiede von Hepadna- und Retroviren
Merkmal:
Hepadnaviren
Retroviren
Genom:
DNA
RNA
ja
ja
Protease
nein
ja
Nucleocapsid- und Linkproteine
nein
ja
Primer für (-)Strangsynthese:
Protein
tRNA
"Long Terminal Repeats":
ja/nein
ja
nein
ja
Reverse Transkriptase/RNaseH:
Spezifische Integration ins Genom:
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 8
Hepatitis B Virus: Vermehrung in Hepatocyten
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 9
Replikation und Krankheitsentstehung bei Hepatitis B und Hepatitis Delta Viren
Bedeutung und Verbreitung, Hepatitis B Virus (HBV):
•
weltweite Verbreitung
•
akute und chronische Erkrankungen
•
350 Mio chronisch infizierte Personen
•
˜ 1 Mio Todesfälle an HBV-bedingter Leberzirrhose
und Leberzellkarzinom pro Jahr
Bedeutung und Verbreitung, Hepatitis Delta Virus (HDV):
•
Vorkommen nur bei HBV-Trägern (Satellitenvirus)
•
schwere Erkrankungen häufig
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 10
Hepatitis
=
?
Leberentzündung
Gelbsucht
Ursachen:
Erreger:
•
•
•
•
Hepatitis A-G, Gelbfieber, Herpes-Viren
Leptospira
Entamoeba, Schistosoma
Alkohol, Zytostatika, Autoimmun-Hepatitis
Viren
Bakterien
Euk. Parasiten
andere Ursachen
Gelbsucht (Ikterus):
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Symptom bei Lebererkrankung;
bei Vireninfektion Folge von
Leberzellzerstörung
Seite 11
Virale Hepatitis - aus historischer Sicht
“Infektiös”
Virale Hepatitis
“Serum”
E
A
fäkal-orale
Übertragung
nonA-nonB
B
D
C
Parenterale
Übertragung
G, TTV,
andere?
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 12
Hepatitis Viren, Übersicht
Virus:
HAV
HBV
HDV
Virusfamilie:
Membran:
Picorna
-
Hepadna
+
Deltaviren
+
Nukleinsäure:
Genomgröße (nt):
ssRNA
7.500
dsDNA
3.200
ssRNA
1.700
Übertragung:
Fulminanter Verlauf:
Chronifizierung:
Leberzellkarzinom:
fäkal-oral
selten
nie
nein
parenteral
selten
häufig
ja
parenteral
häufig
sehr häufig
?
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 13
Geographische Verteilung von chronischen
Hepatitis B Virus Infektionen
Quelle: CDC, Atlanta
HBsAg Prävalenz
>8% - Hoch
2-7% - Mäßig
<2% - Gering
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 14
Hepatitis B-Viren: Verbreitung, Übertragungswege
und Infektionsverlauf nach Region
Geographische Region:
Asien
Afrika
westliche Länder
häufigstes Alter bei Infektion:
Neugeborene,
Kinder
Teenager,
Kleinkinder
Hauptübertragungsweg:
vertikal
Erwachsene
Kontakt
sexuell, Pflege
i.v. Drogengebrauch
symptomlose Verläufe:
65-80 %
65-80 %
65-80 %
vollständige Heilung:
5%
20 %
85-95 %
Übergang zu chronischer Infektion:
95 %
80 %
5-15 %
10-20 %
10-20 %
0,5 %
Chronisch Infizierte
(% der Bevölkerung):
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 15
Krankheitsverlauf einer akuten
Hepatitis B Infektion
• Hepatitis B Virus ist hepatotrop
• nicht cytopathogen
• Zerstörung der Leberzellen durch cytotoxische T-Zellen
Hepatitis immunpathologisch ausgelöst
Inkubationszeit 2-6 Monate
• 65-80 % symptomlos
• 20-35 % Hepatitis mit Gelbsucht (Ikterus)
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 16
Krankheitsverlauf einer akuten
Hepatitis B Infektion
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 17
Krankheitsverlauf einer akuten
Hepatitis B Infektion
Anti-HAV-IgM neg.
HBsAg pos.
Anti-HBc pos.
Anti HCV neg.
akute oder
chronische
Hepatitis B
Anti-HBc-IgM pos. akute Hep. B,
HBeAG pos.
chron Hep. B nicht sicher
auszuschliessen.
Anti HBe neg
Verlaufskontrolle.
• HOHE INFEKTIÖSITÄT
Anti-HBc-IgM neg.
HBeAG neg.
Anti HBe pos.
chron Hep. B
akute o. chron. Hep. D
möglich-> bestimmung von
Anti-HDV IgG und IgM
Anti-HBc-IgM pos. chron. Hep. b mit akutem
Schub; möglicherweise PRÄHBeAG neg.
CORE –Mutante-> Abklärung
Anti HBe pos.
über HBV-DNA Nachweis
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 18
Krankheitsverlauf einer Hepatitis B
Virus Infektion
akute Hepatitis
Fulminante
Hepatitis
95%
Persistierende Infekt.
Asymptomatischer
Carrier
Chronische
Infektion
Chronische Chronische Chronische
persistierende Aktive
Hepatitis
Infektion
Hepatitis
Tod
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Heilung
Zirrhose
Seite 19
Krankheitsverlauf einer chronischen
Hepatitis B Virus Infektion
Immunsystem kann Infektion nicht beherrschen:
• Immuntoleranz bei Infektion im Kleinkindalter
• Interferonmangel
• hoher Titer an nicht-infektiösen viralen Proteinen
• 5-15 % der akuten Hepatitis-Fälle
• = 90 % bei prä-/perinataler Infektion
• = 50 % bei Infektion im Kindesalter
Folgen:
• langsam fortschreitende Leberzirrhose ("Mottenfraßnekrosen")
• Risiko für primäres Leberzellkarzinom 200-fach erhöht
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 20
Hepatitis B: Chronische Infektion und
Oncogenese
Chronische Infektion: - Hoher Turnover von Hepatocyten (= 7 % / Tag)
- Hohe Virusproduktion (1011/Tag)
- Ca. 30-40 HBV cccDNA-Kopien/Zellkern
Oncogenese:
- Durch unspezifische Integration von Virus-DNA in
Chromosomen
Verlust der Replikationsfähigkeit von HBV
Aktivierung benachbarter Wirts-Gene durch
Transkription viraler Promotoren
- Durch die Aktivität des X-Proteins:
Transaktivierung
Interaktion (Hemmung?) des
Tumorsuppressorproteins p53
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 21
Hepatitis Delta (D) Virus (1977Rizetto)
Satellitenvirus: Keine eigene Membranhülle,
Vermehrung abhängig von HBV
Infektion:
Coinfektion mit HBV
==> schwerer akuter Krankheit, häufig fulminant,
aber niedriges Risiko für chronische Infektion
Superinfektion von HBV-Trägern mit HDV
==> chronischer HDV Infektion,
und hohem Risiko für schwere chronische Lebererkrankung
Übertragungswege
- Prä-/Perinatal
- Sexualverkehr
- i.V. Drogengebrauch
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 22
Geographische Verteilung von chronischen
Hepatitis D Virus Infektionen
Quelle: CDC, Atlanta
Taiwan
Pacific Islands
HDV Prevalence
High
Intermediate
Low
Very Low
No Data
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 23
Hepatitis D Virus, Strukturmodell
Lipid
M
L
S
RNA-Genom,
+ Strang, zirkulär
HBV Surface
Proteine = HBsAg
L
Core (Capsid) Protein
= HDV p24 + p27
34-36 nm
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 24
Hepatitis D Virus: Replikation circuläre
einzelstrang RNA
5‘
mRNA
UAG
AAAA: 3‘ Translation
RNA Polymerase II
HDAg (p24)
3‘ 5‘
RNA Genom, 1680 nt
Virus
Ribozymdomäne
AUC
RNA Polymerase II + p24
5‘ 3‘
RNA Anti-Genom
Ribozymdomäne
UAG
dsRNA-Adenosin-Desaminase
5‘ 3‘
RNA Anti-Genom, editiert
UIG
RNA Polymerase II + p24
3‘ 5‘
RNA Genom, mutiert
ACC
Morphogenese
RNA Polymerase II
5‘
mRNA
UGG
AAAA: 3‘ Translation
Trp
HDAg (p27)
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 25
Hepatitis B und Hepatitis Delta Viren in
Hepatocyten
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 26
Superinfektionen von HBV Trägern
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 27
Hepatitis B/D: Therapie
In chronischen Fällen: Interferon-α
Chemotherapeutica gegen reverse Transkriptase bei fulminanten Fällen:
Guaninanaloga
L-Nucleosidanaloga
Pyrophosphatanaloga
NH2
N
N
H2N
N
Na+
N
N
O
-
O
N
P
O
O
O
O
S
O
O
O- Na+
O
O- Na+
Foscarnet
HO
Famciclovir
Lamivudine
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 28
Hepatitis B/D: Prophylaxe
Impfstoffe:
historisch:
heute:
Impfstoff aus HBsAg aus menschlichem Serum
gentechnisch hergestellter Impfstoff (HBsAg)
-
wirksam gegen HBV und HDV, da auf HBsAg basierend
-
wirkungslos bei bestehender akuter oder chronischer Infektion
Herstellungskosten:
ca. US $ 0,5-2 / pro Dosis
Bis heute sind > 500 Mio. Menschen geimpft.
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 29
Hepatitis B/D: Nationale HBV ImmunisierungsProgramme, Stand März 2000
Routine Hepatitis B implementation status (WHO)
Routine Immunisation
No routine Immunisation
Institut für Virologie, Marburg, Dr. M. Eickmann
Seite 30