Pathogenese

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
Wichtige Begriffe
Lokale Infektion = Virus bleibt auf Eintrittspforte begrenzt
Disseminierte Infektion = Virus verbreitet sich im Organismus (generalisierte Infektion)
Virämie = Anwesenheit von Virus im Blut
primäre V. = Virusproduktion an Eintrittspforte und Freisetzung in Blutstrom
sekund. V. = verzögerte hochtitrige Virusproduktion als Ergebnis einer disseminierten Inf.
Tropismus = Fähigkeit eines Virus in ein best. Gewebe einzudringen und sich dort zu vermehren
(z.B. enterotrop, neurotrop, pantrop)
Bestimmt durch
Zugänglichkeit der Zielzelle
Suszeptibilität (Vorkommen des Rezeptors)
Permissivität der Zielzelle (Wirtszellfaktoren für Replikation)
Umgehung der Abwehrreaktionen (angeborene und erworbene Immunität)
Virulenz = Fähigkeit eines Virus eine Erkrankung zu verursachen
(virulent, avirulent, attenuiert)
Verlauf einer Virusinfektion
am Beispiel Poliovirus
Verlauf der Poliovirus Infektion
Bulbopontine
Aseptische
Meningitis/
Encephalitis
Obere
Atemwege
Poliomyelitis
Spinale
Carditis
Grippale Symptome
Dissemination
Motoneuron
Darm
Nichtparalytisch
Gastroenteritis
90 – 95% inapparent
4 – 8% Enteritis
1 – 2% NPPM
Paralytisch
0,1 – 2% PPM
Merke:
• Der Ort der primären Infektion ist nicht immer der Ort der Manifestation
• Manifestationsrate ist meistens < Infektionsrate
z.B. Poliomyelitis
0.1%
Akute Hepatitis B
1%
Röteln Exanthem
50%
Masern Exanthem
quasi 100%
Pathogenese (viraler) Infektionen
• Virus-vermittelte Zellschädigung
Lytische/ zytopathische Viren
• Immun-vermittelte Pathogenese
Nicht-lytische/ -zytopathische Viren
• Transformation
Best. DNA-Viren u. onkogene Retroviren
Beispiele für Virus-vermittelte
Veränderungen der Wirtszelle
• Induktion der Apoptose (z.B. HSV in Spätphase der Infektion)
• Inhibition der RNA Translation (z.B. Polio, Influenza)
• Hemmung der RNA Transkription (z.B. Polio)
• Inhibition des RNA Exportes (z.B. ICP27 von HSV)
• Inhibition des vesikulären Transportes (viele RNA Viren)
• Veränderungen der Membranpermeabilität (z.B. Sindbis Virus)
• Veränderungen des Zytoskeletts (viele lytische Viren)
Influenza Virus RNA Genom und mRNA
Flu (-) RNA Genom
Flu mRNA mit cap und poly(A)
Flu (+)RNA Intermediat
Flint et al., 3rd edition, 2009
Cap snatching (Influenza)
Zelluläre mRNA
Abschneiden von
zellulären mRNAs
nahe dem 5‘Ende
(10-13 nt)
mRNA-Fragment
dient als Primer für
virale RNA-Synthese
Flint et al., 3rd edition, 2009
Inhibierung der Proteinsynthese
in Poliovirus-infizierten Zellen
Mechanismus: Zerstörung der eIF-4G Untereinheit
cap-unabhängige Initiation bei Poliovirus
© Flint et al. Principles of Virology
Poliovirus (PV)-vermittelte Spaltung von eIF-4G
inhibiert die Cap-abhängige Translation
Zelluläre mRNA
PV 2A Protease
Translation zelluläre
mRNA blockiert
© Flint et al. Principles of Virology
PV 2A Protease
PV (+)RNA Genom wird über IRES
translatiert und ist unabhängig von eIF4G
IRES = interne Ribosomen Eintrittsstelle
Was ist Immunpathogenese?
• Immunpathogenese: Erkrankung bedingt durch Immunreaktion
gegen die Virusinfektion
T-Zellen (z.B. Zelllyse durch CD8+ T-Zellen)
Antikörper (z.B. Ag/Ak-Komplexe; ADE)
systemische Effekte (z.B. IFN bei Influenza-Infektion)
• Virusinfektionen mit immunpathologischer Komponente verursacht
zumeist durch nicht-zytolytische, persistierende Viren
• Bei nicht-zytolytischen Viren zumeist die einzige Ursache für Erkrankung
• Pathogenese nur bei Immunkompetenz
Immunpathogenese bedingt durch Antikörper:
Dengue Virus
M
E Homodimer
DEN-Serotypen
1-4
M
RNA Genom
Nukleokapsid
Lipidhülle
häufigste Arbovirose (Überträger: Aedes spec)
Î
100 Mio. klinisch manifeste Infektionen/Jahr
Î
ca. 500.000 hämorrhagische Verlaufsformen/Jahr
Î
40% der Weltbevölkerung lebt in Aedes-endem. Gebiet
Antikörper-vermittelte Steigerung der Infektion (ADE)
Ak-Bindung ohne Neutralisation
DV4
DV4
DV2
DV4
DV2
DV2
Sekundär
infektion
Primärinfektion
vasoaktive
Mediatoren
DEN-2 Ak
Monozyten
Makrophagen
(DCs Ak-unabhängig)
Schwere
Verlaufsformen
(DHF, Schock)
Antikörper-vermittelte Steigerung der Infektion (ADE)
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Ak-Bindung ohne Neutralisation
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Monozyten
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(DCs Ak-unabhängig)
Schwere
Verlaufsformen
(DHF, Schock)
Transformation & Onkogenese: Wichtige Begriffe
Immortalisierung
Induktion der unbegrenzten Teilungsfähigkeit
Transformation
morphologische und physiologische Änderungen einer Zelle wie etwa:
reduzierte Abhängigkeit/Verlust der Abhängigkeit von Wachstumsfaktoren
Verlust der Kontakthemmung (Foci)
Wachstum in Weichagar
Abrundung, Streßfasern, Metabolismus u.a.
tumorigen im Versuchstier
verursacht durch:
Infektion mit onkogenem Virus
Einführung eines Onkogens,
Behandlung mit Cancerogenen/Mutagenen
Onkogenese
Entstehung von Krebs
Onkogene Retroviren
Transduzierende Viren
Nichttransduzierende
Viren
Nichttransduzierende
Viren
mit langer Latenzzeit
Effizienz der Tumorinduktion
hoch (ca. 100%)
hoch bis mittel
sehr gering (< 5%)
Latenzzeit
kurz (Tage)
intermediär (Wochen, Monate)
lang (Monate, Jahre)
Erreger
Rekombinantes Viren, bis auf
intaktes Virus,
intaktes Virus,
Rous Sarcoma Virus defekt
replikationskompetent
replikationskompetent
zell-abgeleitetes Onkogen,
Aktivierung eines zellulären
virus-kodiertes, regulatorisches
transduziert in Zielzelle
Onkogens durch ungerichtete
Insertion des Provirus
Protein, das die virale
Onkogenes Element
Transkription kontrolliert
Transformation in Zellkultur
nein
ja
Transduktion
von v-onc
nein
Insertionsmutagenese
Transduktion
virales Gen
RSV: Prototyp eines
schnell-transformierenden Retrovirus
c-src (inaktiv)
Flint et al., 3rd edition, 2009
c-src (aktiv nach Phosphorylierung)
v-src:
C-terminale Domäne deletiert
konstitutiv aktiv
Fields et al., 4th edition, 2001
Retrovirale Insertionsmutagenese
Provirus
Flint et al., 3rd edition, 2009
Transformation bei DNA Viren
Zumeist ein direkter Eingriff in die Regulation des Zellzyklus
Schalterproteine des Zellzyklus:
Retinoblastomprotein
Rb
-
+
Rb:
RbP
entdeckt in Retinatumoren
Tumorsuppressor, der Eintritt in die S-Phase reguliert
Phosphorylierung durch CyclinD-abh.Kinase
nukleäres Protein-bindendes Protein
Hemmung der Rb-Funktion durch virale Proteine
Rb hemmt Transkription von E2f-abh. Genen
Virale Proteine verdrängen Rb aus Komplex mit E2f
Replikationsenzyme (z.B.DNA-Polymerasen, Histone, Zellzyklusproteine)
E1A stabilisiert E2f
E7 induziert Degradation von Rb
Zelluläre Schalterproteine des Zellzyklus:p53
Rb
Rb
-
-
+
RbP
p53
p53:
das am häufigsten mutierte Gen in menschl. Tumoren (ca. 65% aller Tumore)
Zellzyklusregulator in Abhängigkeit von DNA-Schäden oder unkontroll. Eintritt in S-Phase
reguliert G1/S arrest (geringe DNA-Schäden)
Apoptose (‚irreparable DNA-Schäden‘)
Inaktivierung von p53 durch adeno- und papovavirale Proteine
Ubiquitin Proteinligase
(inaktiver Komplex)
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Ad
Aktivator
Repressor