Virusreplikation
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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
