Retroviren
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Retroviridae Historisches Retroviren 1908: Ellerman and Bang: Übertragung von Leukämie zwischen Hühnern durch Zell-freie Lysate 1910/1: Peyton Rous isoliert das infektiöse Agens für Sarkoma in Hühnern (RSV). 1960's: Howard Temin beobachtet, dass die Replikation von Retroviren durch Actinomycin D , ein bekannter Inhibitor der DNA Synthese, gehemmt wird. Daraus leitet der das Konzept der Reversen Transkription ab (Nobel prize awarded to Baltimore and Temin, 1975). 1969: Huebner and Todaro entwicklen die virale OnkogenHypothese : die Übertragung von viraler und onkogener Information als genetische Elemente. 1981: Entdecking des humanen T-Zell Leukaemia virus: das erste pathogene humane Retrovirus. 1983: Human immunodeficiency virus discovered Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae Retroviren Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae Retroviren Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Retroviren Proteine, die in allen Retroviren vorkommen Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Morphologien Retroviren A-Typ: Nichtumhüllt; intrazellul äre Partikel: IAP C-Typ: Zentrales Core: MLV, ALV, HTLV, HIV B-typ: Umhüllt; azentrisches Core: MMTV D-typ: Etwas grösser (120 nm); Spikes weiniger ausgeprägt; MPMV Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae Retroviren Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Genome Retroviren Retroviren sind die einzigen Viren, die ein DIPLOIDES Genom haben; die einzigen RNA Viren, deren Genome von der zellulären Transkriptionsmaschinerie produziert wird; deren Genom eine spezifische zelluläre RNA (tRNA) für die Replikation benötigt; die einzigen (+)-Strang RNA Viren, deren Genome nicht als mRNA unmittelbar nach der Infektion dienen; Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: RNA Genome Retroviren R Region: sich wiederholende Seqeunzen an beiden Enden des Genoms; PBS: primer binding site; 18 nt lang; Sequenz ist Komplementär zum 3’Ende der spezifischen Primer -tRNA; Leader: 90 bis 500 nt nicht-translatierete Region. Enthält z.B. Verpackungssequenzen; PPT: polypurine tract; ca. 10 A/G Nukleotide, die verantwortlich für die Initiierung der +-Strang Synthese bei der reversen Transkription sind. U3: “Unique” Region am 3’ Ende. U5: “Unique” Region am 5’ Ende. Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Unterschiede zwischen RNA Genom und Provirus Retroviren RNA Genom RNA Provirus = integrierte DNA Kopie U3 U5 DNA Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Offene Leseraster (Provirus) Retroviren Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Eintritt in die Zelle Retroviren Anheftungsmoleküle: Moleküle, für das Anheften des Virus an die Zelloberfläche Rezeptoren: Zelloberflächenmoleküle, die den Eintritt des Virus in die Zelle vermitteln Das Virus kann an die Zelloberfläche binden ohne aufgenommen zu werden. Besipiel: DC-SIGN auf der Oberfläche von dendritischen Zellen. Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Anheftungsmoleküle Retroviren Beispiel HIV Anheftungsmoleküle: Molekulare Virologie Heparan Sulfat, Proteoglykane, Nukleolin, Integrin αL, β2 (=LFA-1); DC-SIGN WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: 3 Typen von Rezeptoren Molekulare Virologie Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Rezeptormoleküle Retroviren Virus Molekül Funktion MLV, ecotrop CAT-1 Murine Leukemia Virus Cationic amino acid transporter AminosäureTransport MLV, amphotrop PIT-1 Phosphat-Transporter Infizierte Mauszellen und Zellen aus anderen Spezies Solute carrier family 20 memmber GaLV PIT-2 Gibbon ape leukemia virus Solute carrier family 20 member (infiziert nur Mauszellen) Phosphat Transporter HTLV GLUT-1 Glucose-Transport Human T-cell leukemia virus Solute carrier family 20 member Aktivierung von T-Helferzellen/ HIV Molekulare Virologie CD4/ CCR5 or CXCR4 Chemokin Rezeptore WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: CAT-1, Rezeptor für ekotrope MLVs Molekulare Virologie Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: HIV Rezeptore Retroviren www.thelancet.com Vol 370 July 7, 2007. Este´et al. Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Eintrittswege Retroviren MLV: Endozytose HIV: Fusion der viralen Membran mit der Wirtszellmembran; Endozytose = Dead-end! Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner www.thelancet.com Vol 370 July 7, 2007. Este´et al. HIV Zelleintritt (Fusion) www.thelancet.com Vol 370 July 7, 2007. Este´et al. HIV Zelleintritt (Fusion) www.thelancet.com Vol 370 July 7, 2007. Este´et al. Inhibitoren des HIV Eintritts Bukrinksy M., 2004,Molecular Medicine 10, 1-5 Replikation der Retroviren: Reverse Transkription Retroviren Benötigte Komponenten: Reverse Transkriptase RNAse H tRNA Divalente Kationen: Mg2+ oder Mn2+ RNA-Matritze Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: tRNA Primer Molekulare Virologie Marquet et al., 1995; Biochemie 77, 113-124 Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Reverse Transkription Molekulare Virologie Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Vorgang der Reversen Transkription Molekulare Virologie Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Produkte der reversen Transkription Retroviren Linear DNA One-LTR circle 2-LTR circles Autointegrates Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Verschiedene Abhängigkeiten der Infektion Retroviren vom Zellzyklus Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Transport HIV-DNA Kopie in den Zellkern Retroviren Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Transport der DNA Kopie in den Zellkern Retroviren Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Retroviren Transport der HIV-DNA Kopie in den Zellkern Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviridae: Retroviren Integration der HIV-DNA in das Wirtszellgenom Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Integration am Bsp. von HIV Retroviren Raltegravir Engelman and Cherepanov, 2008, PLOS Pathogens 4 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Sequenzmerkmale der Integration Retroviren Invariant dinucleotides at LTR ends TG Duplication Molekulare Virologie CA Duplication WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Replikation der Retroviren: Beteiligung von zelllulären Proteinen bei Retroviren der Integration: Bsp. HIV /LEDGF Engelman and Cherepanov, 2008, PLOS Pathogens 4 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression; Promoterbeispiel eines „einfachen“ Retrovirus (MLV) Retroviren Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression; Promoterbeispiel eines „komplexen“ Retrovirus (HIV) Retroviren Molekulare Virologie Courtesy of Manja Meggendorfer WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression Retrovirale Trans-Aktivator Proteine der Transkription Retroviren Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression Die RNA Binde-Region für Tat Molekulare Virologie Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression Termination der Transkription Molekulare Virologie Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression Splicing von „einfachen“ Retroviren Molekulare Virologie Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression Splicing von „komplexen“ Retroviren Molekulare Virologie Courtesy of Michelle Vincendeau Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression; Rev ist ein Aktivatorprotein das auf postRetroviren transkriptioneller Ebene wirkt Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression; Aktivitäten von Rev Retroviren • Bindet an unvollständig oder ungespleißten Transkripten; • Beeinflusst das Spleißen der RNA; • Rekrutiert CRM1/Exportin1 für den Export seiner RNA”Fracht” aus dem Zellkern in das Zytoplasma; • Fördert die Translation der RNA; • Fördert die Verpackung der genomischen viralen RNA. Rev ist ein multi-funktionelles Protein Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression Translationskontrolle Retroviren Balvay, L. et al., 2007; Nature Reviews Microbiology, 128-140; Fig. 5 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Expression; Genprodukte Retroviren Proteine des Viruspartikels Regulator Proteine “Akzesso rische” Proteine Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Verpackung der RNA; Zusammenbau des Virions und Reifung Molekulare Virologie Courtesy of Michelle Vincendeau Retroviren WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Zusammenbau der Partikel Gag und Gag-Protease-Pol Fusions-ProteineRetroviren Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Zusammenbau der Partikel Gag-Domänen für den Zusammenbau M: Membranbindung Retroviren I: Gag-Multimerisierung L: Budding NH2 COOH Myristylsäure Bukrinskaya , A.G., 2004; Arch Virol, 1067-1082 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Zusammenbau der Partikel; Verpackungssignale in der 5‘ Region der viralen RNA Retroviren Beispiel: SIVmac Balvay, L. et al., 2007; Nature Reviews Microbiology, 128-140; Fig. 5 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Zusammenbau der Partikel: Mindestens drei verschiedene Wege Retroviren Zusammenbau und Knospung an der Zellmembran Zusammenbau der Kapside im Zytoplasma, Assoziation mit den Hüllproteinen an der Zellmembran. Zusammenbau und Knospung an interne Membrane Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner Retroviren: Reifung Retroviren Von Schwedler, U.K. et al., 1998; The EMBO Journal 1555-1548; Fig. 1 Molekulare Virologie WS 2008/2009 Ruth Brack-Werner The HIV replication cycle Attachment, entry Early phase HIV expression Integration: Point of no return Assembly of virus particles Infectious virions
