Die Familie der Herpesviridae

Die Familie der Herpesviridae
Herpesviridae
Unterfamile
Genus
Vertreter (Mensch)
α-Herpesvirinae
Simplexvirus
Humanes Herpesvirus 1 (Herpessimplex-Virus-1)
Humanes Herpesvirus 2 (Herpessimplex-Virus-2)
β-Herpesvirinae
γ-Herpesvirinae
Molekulare Virologie
Varicellovirus
Humanes Herpesvirus 3 (Varicella
Zoster Virus)
Cytomegalovirus
Humanes Herpesvirus 5
Muromegalovirus
Kein
Roseolovirus
Humanes Herpesvirus 6,7
Lymphocryptovirus
Humanes Herpesvirus 4
(Epstein Barr Virus)
Rhadinovirus
Humanes Herpesvirus 8
(= Kaposi sarcoma herpes virus)
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Herpesviridae:
Gemeinsame, charakteristische MerkmaleHerpesviridae
.
•
Partikel enthalten Faktoren, die u.a. die virale Transkription aktivieren und
die in die zelluläre Genexpression eingreifen;
•
Zusammenbau der Viruskapside und Virus-Genomsynthese im Zellkern;
•
Virusvermehrung = Zerstörung der Wirtszelle;
•
Latenz;
•
Kodieren mehrere Enzyme/Proteine für die Genomreplikation (z.B. DNA
Polymerase, Korrekturenzyme und Enzyme für die Bereitstellung von
Nukleotid-Bausteinen );
•
Genome linear, dsDNA, bis zu 230 kB lang.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Herpesviridae: Merkmale der einzelnen
Unterfamilien
Herpesviridae
Zell-Spektrum
Zell-Spektrum
Zell-Spektrum
http://www.vu-wien.ac.at/i123/SPEZVIR/HERPESGEN1.HTML
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Struktur von Herpesviren
Herpesviridae
Lipidhülle; Tegument
Grösse: 180-200 nM Durchmesser;
Lipidmembran
Schematische Darstellung (Beispiel:
HCMV);
Elektronen Mikroskopische
Aufnahme
http://www.biografix.de/
http://web.uct.ac.za/depts/mmi/stannard/emimages.html
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Herpesvirus Genome
Herpesviridae
http://www-micro.msb.le.ac.uk/3035/3035pics/Herpes1.gif
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Isomere des Cytomegalovirus Genoms
Herpesviridae
Molekulare Virologie
Aus”Molekulare Virologie”, Modrow, Falk, Truyen, 2.Auflage, 2003, Spektrum
Akademischer Verlag, Kap. 19l, Fig.19.24B
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Herpesvirus Genome liegen als Episom in
Herpesviridae
infizierter Zelle vor
Gene für:
DNA Synthese
Kapsid
Membranproteine
LAT
Replikationsursprung
http://darwin.bio.uci.edu/~faculty/wagner/hsvimg04.jpg
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Beispiele für Herpesvirus Promotoren
Herpesviridae
Fast jedes Gen hat seinen eigenen Promotor.
Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter727, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 67-6
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Latency
VP16
500 - 1000
molecules
α-genes
β-genes
γ-genes
Immediate early
early
late
+
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Virus particle:http://www.stdgen.lanl.gov/stdgen/bacteria/hhv1/herpes.html
Beispiel eines viralen Transkriptionsregulators:
Herpesviridae
HSV VP16
„Immediate early“ (α) virale Proteine: Beispiel
Herpesviridae
HSV
Proteine
Modifikation/Grösse (kD)
Funktionen
ICP4
Phosphoryliert; UDP und
ADP-Reste/
140
Aktivierung der Transkription von β und γ Genen;
Repression der Transkription von α-Genen (ICP0,
ICP4)
ICP0
79
Transkriptionsaktivator; wirkt synergistisch mit ICP4;
ICP27
Phosphoryliert/ 63
Post-transkriptioneller Regulator;
Trägt zur Ausschaltung der Expression zellulärer
Proteine bei indem es Splicing inhibiert*
Fördert den Export ungespleißter viraler mRNAs;
ICP47
Molekulare Virologie
Verhindert Präsentation von viralen Antigenen für CD8
Zellen;
Ruth Brack-Werner; SS 2010
„Early“ Proteine/Enzyme für die virale DNA Replikation
(I)
Funktion
Polymerasekomplex
HelikasePrimaseKomplex
Grösse (kD) /Genort )
HSV
CMV
EBV
HHV-8
Bindet an oriLyt
94/
UL9
70
/UL84
38-40/
BZLF1
?
DNA Polymerase:Polymerase und
Exonukleaseaktvität
140/
UL30
150/
UL50
110/
BALF-5
Bindet ds DNA (processivity factor)
62/
UL42
52/
UL44
50
/BMRF1
orf59
Bindung von Einzelstrang DNA an
Replikationsgabel
124/
UL29
140/
UL57
138/
BALF2
110/
Orf6
5’,-3’Helikase, DNA-Primasekomplex
99/
UL5
115/
UL105
-/BSLF1
orf56
5’,-3’Helikase, DNA-Primasekomplex
114/
UL52
110/
UL70
/BBLF2/3
0rf40/41
Stimuliert Primersynthese
80/UL8
-/UL102?
-/BBL4
Orf44
Orf 9
Replikation des Genoms zur Verpackung in
Virione: „Rolling circle“ Mechanismus Herpesviridae
Aus”An Introduction to Genetic Analysis” Griffiths, Miller, Suzuki, Lewontin, Gelbart, , 7th Ed, 2000, W.H. Freeman and Co, Fig. 8-19,
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Beteiligung von Herpesvirus Proteinen bei
Herpesviridae
der lytischen Genomreplikation
Aus”Molekulare Virologie”, Modrow, Falk, Truyen, 2.Auflage, 2003, Spektrum Akademischer Verlag, Kap. 19l, Fig.19.25
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
„Early“ Proteine/Enzyme für die virale DNA Replikation
(II)
Aktivität
Grösse (kD) /Genort )
HSV
CMV
EBV
HHV-8
Thymidinkinase; Phosphoryliert Thymidine und
andere Nukleoside;
41/
UL23
-/-
70/
BXLF-1
Orf 21
Ribonukleotidreduktase* Untereinheit (gross)
140/
UL39
-/
UL45
85/
BORF2
Orf61
Ribonukleotidreduktase* Untereinheit (klein)
38/
UL40
?
34/
BaRF1
Orf60
Uracilglycosylase: Katalysiert die Freisetzung von
Uracil aus DNA: DNA Reparatur?
39/
UL2
-/
UL114
78-88
/BKRF3
orf46
Alkalische Endo-/Exonuklease: Auflösung von
Verzweigten Strukturen in der DNA.
68/UL12
-/UL98
70/BGLF5
Orf37
dUTPase: dUTP -> dUMP zur Verhinderung des
Einbaus von dUTP in die DNA;
39/
UL50
-/
UL72
-/BLLF3
orf55
*Katalysiert die Umwandlung von Ribonukleotiden zu Desoxyribonukleotiden; Essentiell für die Replikation in
nicht-teilenden Zellen.
Exemplarische „Späte“ Proteine
Herpesviridae
Aktivität
Grösse (kD)/Bezeichnung /Genort )
HSV
CMV
EBV
Tegument Protein; aktiviert die Transkription der
“immediate early” Gene
54/α-TIF,
ICP25,
VP16,
UL48
71/-/UL82
-/-/BPLF1?
Hauptkapsidprotein
155/VP5/
UL19
153/-/UL86
154//BCLF1
HHV-8
153//orf25
Diverse Membranproteine (Glykosyliert)
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
VP16 funktioniert als Komplex mit
zellularen Faktoren
Herpesviridae
Acidic activation domain
HCF-1: human factor C1
Oct-1: Octamer 1
transcription factor
Wysocka J and Herr W. 2003.TIBS 28, 294-304.
Molekulare Virologie
POU domains
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Replikationszyklus: Eintritt in die Zelle (HSV)
Herpesviridae
3-O-S: 3-O-Sulfotransferase;
spezifische durch 3-O-S modifizierte
HS können als Fusionsrezeptoren
dienen.
HS: Heparan sulphate
HVEM: Herpes virus entry mediator:
Mitglied der TNF-α Rezeptor Familie
Nectin 1, 2: Mitglieder der
Immunoglobulin superfamilie
Spear PG et al. 2004,
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Heparin Sulphat
Herpesviridae
GAG:
glycosaminoglycan
Disaccharid bestehend
aus D-glucosamin und NAcetyl-D-Glucosamin
http://www.med.unibs.it/~airc/hspgs.html
Negative Ladungen
Aus: Molecular Biology of the Cell. 4th ed. Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter,
Peter. New York: Garland Publishing; 2002.Fig. 19-39
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Bindung von Herpesviren an Zelloberfläche führt zur
Transduktion von Signale (Bsp. HCMV) Herpesviridae
Molekulare Virologie
Compton T. 2004. TCB. 14, 5-9.
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Replikationszyklus: HSV I
“Immediate Early”
Ereignisse 1-9:
Anheftung des Virus an
Zelloberfläche; Fusion
der viralen und
zellulären Membrane;
Eintritt des Kapsids und
Ausschüttung der
Tegumentproteine in die
Zelle; Transport des NC
zur Kernpore und
Freisetzung der HSV
DNA in den Kern;
Expression der α-Gene
und Synthese der
Proteine;
“Early” Ereignisse 1011: α-Proteine aktivieren
die Synthese der βProteine;
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 6.
“Späte” Ereignisse 1224-: DNA Replikation:
Bildung von
Konkatameren, die zur
Transkription der γ Gene verwendet
werden; Synthese von
Hüllproteinen am ER;
Transport von viralen
Glykoproteinen in den
Golgi; Zusammenbau
von Nukleo-Kapsiden
(NC) im Kern;
Ausknospung von NC in
das ER und dann ins
Zytoplasma; Fusion der
zytoplasm. NC mit
Golgi-Membran; Erneute
Behüllung des Virus;
Ausknospung des
behüllten Virus in
Vesikel und Freisetzung
der Vesikel durch
Exozytose
Verbreitung von HSV im Wirt
Molekulare Virologie
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka
AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, p.853.
Herpesviridae
Ruth Brack-Werner; SS 2010
HSV-Seroprevalenz
Herpesviridae
Anteil der Bevölkerung
>
Molekulare Virologie
Alter
40%
12-19
80%
über 60
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Weitere HSV-1 und HSV-2
assoziierte Krankheiten
Herpesviridae
http://pathmicro.med.sc.edu/virol/herpes.htm
Molekulare Virologie
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka
AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, p.853.
Ruth Brack-Werner; SS 2010
HSV Latenz und Aktivierung
Herpesviridae
http://pathmicro.med.sc.edu/virol/herpes.htm
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Reaktivierung von HSV
Herpesviridae
•
Verletzungen;
•
Schwere Erkrankungen mit Intubationen;
•
Chirurgische Eingriffe in dem Trigeminus Nerv;
•
Immunsuppression, z.B. nach Organtransplantationen;
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Latente Infektion (HSV)
Herpesviridae
Schritte 1-6: Wie bei
produktiver Infektion;
Zirkularisierung des viralen
Genoms;
Snythese der LAT (Latency
Associated Transcripts
Neuron in Ganglion
Molekulare Virologie
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka
AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 6.
Ruth Brack-Werner; SS 2010
HSV Latenz
LAT RNA
•
Herpesviridae
Die LAT RNAs sind die einzigen RNAs deren Expression während der
Latenz nicht unterdrückt wird.
•
Lat Promotoren (2) sind Neuronen-spezifisch;
•
LAT-RNAs sind komplementär zu mRNAs die für ICP0 kodieren (Inhibition
durch Antisense-Effekt?)
•
Werden gespleißt zu stabilen, ringförmigen RNAs;
•
Vermutlich nicht kodierend;
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
LAT Transkripte sind komplementär zu
ICPO Transkripte
Molekulare Virologie
Jones C., 2003. Clin.Microb. Reviews 16, 79-95.
Herpesviridae
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Verbreitung von Varicella zoster Virus im Wirt
Herpesviridae
T-cells
Molekulare Virologie
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka
AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, p.856.
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Varizella Zoster assoziierte Krankheiten
Herpesviridae
http://www.lib.uiowa.edu/hardin/md/dermatlas/chickenpox.html
Primäre Krankheit (Kind):
Windpocken
Molekulare Virologie
http://pathmicro.med.sc.edu/virol/herpes.htm
Reaktivierung der Infektion
(Erwachsener): Gürtelrose
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Vakzine gegen Varizella
Herpesviridae
•
Zwei Vakzine verfügbar:
•
Varivax® (Zostoavax®)
•
Varilrix®
•
“Lebender” attenuierter Virusstamm (“Oka”)
•
Kann zu Hautauschlag mit Virämie führen (Verbreitung des Virus durch die
geimpfte Person!)
•
Schutz beruht in erster Linie auf zelluläre Immunantwort (Antigene: Peptide
aus Glycoprotein E und Tegumentprotein IE62)
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Cytomegalovirus: Verbreitung
Molekulare Virologie
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka
AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, p.854.
Herpesviridae
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Zytomegalovirus-assoziierte Krankheiten
Herpesviridae
•
Infektion ist meistens inapparent;
•
Ernsthafte Erkrankungen
•
Bei Neugeborenen, die im Zuge der primären Infektion der Mutter
infiziert wurden (Kongenitale Krankheit): Geistige Behinderung,
Taubheit.
•
Bei Immunsupprimierten Personen (AIDS, Organtransplantation):
CMV Retinitis (u.a.);
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Epstein-Barr Virus: Krankheiten und Verbreitung
Herpesviridae
Molekulare Virologie
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka
AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, p.854.
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Epstein-Barr Virus-assoziierte Krankheiten
Herpesviridae
•
Verschiedene B-Zell Lymphome;
•
Burkitt’s Lymphom: Tumor im Gesicht-Kiefer Bereich; (Aktivierung der cmyc Expression auf Grund von einer Translokation zwischen den
Chromosomen 8 und 14); Endemisch in Äquatorial Afrika;
•
Nasopharynx Karzinom: Endemisch in Afrika;
•
Infektiöse Mononukleose: Kommt vor bei Jugendlichen bei primärer
Infektion;
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Tumorerkrankungen assoziiert mit Infektionen
Herpesviridae
von γ-Herpesvirinae
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Epstein-Barr Virus Latenz-Gene/Proteine
Herpesviridae
Damania, B. Oncogen ic gamma-herpesviruses: comparison of viral proteins involved in
tumorigenesis.Nat Rev Microbiol. 2004 Aug ;2(8):656-
Molekulare Virologie
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka
AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 16..
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Latenz-Gene/Proteine von γ-Herpesvirinae
Herpesviridae
Damania, B. Oncogen ic gamma-herpesviruses: comparison of viral proteins involved in
tumorigenesis.Nat Rev Microbiol. 2004 Aug ;2(8):656Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
EBV Latenz-Muster und ihre Assoziation mit
verschiedenen Tumorerkrankungen Herpesviridae
Damania, B. Oncogen ic gamma-herpesviruses: comparison of viral proteins involved in
tumorigenesis.Nat Rev Microbiol. 2004 Aug ;2(8):656-
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Replikationsgabel in Säugetierzellen
© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter