Herpes

Herpes
Artenübersicht
>80 bekannte Herpes Virenarten, weltweit verbreitet und häufig
8 für Menschen infektiös:
Virus
Unterfamilie Krankheitssymptome Ort der Keimruhe
Herpes Simplex Virus I
α
Orofacial lesions
Sensorische Nervenknoten
Herpes Simplex Virus II
α
Genital lesions
Sensorische Nervenknoten
Varicella Zoster Virus
α
Hühnerpokken
Sensorische Nervenknoten
Cytomegalovirus
y
g
β
Microcephaly/Mono
p y
Lymphozyten
y p
y
Human Herpesvirus 6
β
Roseola Infantum
CD4 T-Zellen
Human Herpesvirus 7
β
Roseola Infantum
CD4 T-Zellen
Epstein-Barr Virus
γ
Infectious Mono
B lymphocytes, salivary
Human Herpesvirus 8
γ
Kaposi’s Sarcoma
Kaposi’s Sarcoma Gewebe
1
Symptome
Prävalenz und Struktur
•
Serumprävalenz von HSV-1 und 2 im Jahr 2‘ooo (Alterstandardisiert):
Finnland 52%, Niederlande 57%, Belgien 67%, Tschechien 81% und 84%
der BulgarierInnen
Tendenz: je älter desto häufiger
•
Strukturdaten des Herpes Virus:
-Ikosaedrisches Kapsid aus 162 Kapsomeren 120-200nm, gross
-Virushülle aus der Kernmembran und mehr als 12 viralen
Glykoproteinen -> bestimmen Zielzellen durch Interaktion mit den
entsprechenden
t
h d R
Rezeptoren
t
2
Struktur
• Lineare dsDNA(~120-230kbp,
fibrillenfixiert, kodiert für über 80
virale Proteine): genetisch stabil,
Mutationen selten,, geringe
g
g natürliche Variation
• Tegumentproteine zwischen Kapsid und Lipidhülle: viruskodierte
Enzyme und Proteine unter anderem zuständig für die Regulation der Genexpression in der
Wirtszelle (Degradierung der
zellulären mRNA), den Übergang
Ü
des Virus in ein ruhendes Latenzstadium und seine Replikation
Replikation
•Herpes Viren sind empfindlich gegenüber Detergenzien,
milden Desinfektionsmitteln, Säuren, organischen
Lösungsmitteln und Austrocknung
•Transmission erfolgt
g nur über direkten Haut-Haut Kontakt ((WC
Deckel ungefährlich, da gesunde Haut nicht penetriert werden
kann)
Replikation:
•Primärinfektion über Schleimhautzellen durch Membranfusion
Übergang von Schleimhaut zu normaler Haut bevorzugt infiziert
•Anschliessend folgt der Eintritt des mit Tegument Proteinen
umhüllten Nukleokapsids ins Cytoplasma
•Transport zum Zellkern, Bindung und Eintritt der viralen
dsDNA
3
Replikation
• Transkription komplex: 3 Proteinklassen benötigt zur Synthese von
reifen Virionen
• Alpha-Proteine: Transkriptionsregulationsproteine, welche auch die
ß-Proteinsynthese steuern
• ß-Proteine: virale DNA-Polymerase und weitere
Transkriptionsfaktoren
• Gamma-Proteine: vorwiegend strukturelle Komponenten des Virus;
Synthese Initialisierung nach der DNA-Amplifikation
• Die Herpes-DNA
p
wird nach Eintritt in den Zellkern durch die DNAabhängige RNA-Polymerase I der Wirtszelle transkribiert oder im
Zellkern gelagert, wobei nukleäre Transkriptionsfaktoren der
Wirtszelle darüber entscheiden
•
Lytisch oder
lysogen, eine
Besonderheit von
Herpes Viren
•
Lytisch: direkte Amplifikation der Virionen und
Ausbruch der Symptome (Epithelium,
Fibroblasten), Dauer
10h
Lysogen: DNA
Lagerung im
Nervengenom,
Ausbruch iregulär,
abhängig von Fitness
des Immun-systems
Thymidinkinase bei
einigen Sorten viral
kodiert: ermöglicht
Replikation in Nichtteilenden Nervenzellen
•
•
4
Knospung
• Capsid wird im Kern
zusammengebaut und
anschliessend die virale
DNA verpackt
p
• Einbau der Tegumentproteine
• Knospung an viral
glykosylierter
Kernmembran
• Anreicherung der
Viruspartikel im ER
• Freisetztung durch Lysis
der Zelle
Infektionsmechanismus
•
•
Verbreitung durch Zellzerstörung mit einer Entzündung als Folge
(Bläschenbildung und Fieber), häufige Superinfektion durch Staphylococcus
aureus oder durch Zellfusion
Die Bläschen enthalten Herpes Viren mit einer Konzentration von
> 100‘000 PFU/µl (hoch)
Lysogene Infektion
•
Transfer der Viren zu Nervenenden sensibler Neuronen erfolgt über
direkten Zell-Zell Kontakt oder über Virionen in der Zwischenzellflüssigkeit
•
Nach der Infektion der Neuronen erfolgt der retrograde axonale Transport
entlang von Mikrotubulifilamenten zum Nervenzellkern durch Bindung des
Virus (nacktes Viruskapsid mit einigen Tegumentproteinen) an Kinesinähnliche Proteine und Dynein (0.7µm/s)
5
Dynein und Kinesin
Immunreaktion
•
•
•
•
•
Zelluläre und humorale Immunantwort involviert
Interferon NK-Zellen limitieren die Primärinfektion
Cytotoxische T-Zellen und Makrophagen zerstören infizierte Zellen
B Pl
B-Plasmazellen
ll produzieren
d i
Ab gegen Glykoproteine
Gl k
t i d
der Vi
Virenhülle
hüll
Das Virus entkommt dem Immunsystem im extrazellulären Raum
durch Bindung von IgG an die Hülle via Fc- und Komplement
Rezeptor
• Verbreitung direkt von Zelle zu Zelle ebenfalls möglich, daher ist die
zelluläre Immunantwort zur Herpesbekämpfung lebenswichtig
6
Referenzen
• http://www.vu-wien.ac.at/i123/SPEZVIR/HERPESGEN1.HTML
• http://bernstein.harvard.edu/research/gene_exp/livecell_clip_image0
02.gif
• http://sti.bmj.com/cgi/content/abstract/80/3/185
http://sti bmj com/cgi/content/abstract/80/3/185
• http://www.wikipedia.org
• http://www.memory.uci.edu/~faculty/wagner/cycle03.jpg
• Human herpes simplex labialis
M.Fatahzadeh and
R.A.Schwartz
• Genital Herpes Infection: A Review R. Brugha, K.Keersmaekers,
A.Renton and A.Meheus
• Review HSV shedding
S.L.Sacks, P.D. Griffiths and more..
• http://www.visualdxhealth.com/images/dx/webTeen/orofacialHerpes
SimplexVirusHSV_2150_lg.jpg
• www.biografix.de
Vielen Dank für Ihre
Aufmerksamkeit
7
Sputnik ‐ Virus
Sputnik – „Weggefährte“ / „Begleiter“ (1957), Sowjetunion.
Sputnik im Mamavirus
Kapsid (2008), Wasserprobe aus einem Kühlturm in Paris.
Sputnik ‐ Virus
‐ 18 kb zirkuläre dsDNS
‐Ca. 50 nm gross ‐ Ikosaedrisches Kapsid
‐ Keine Hülle
‐ Marine Virusart einer bisher unbekannten Familie
‐ In Analogie zu Bakteriophagen → Virophage
Sputnik ‐ Virus
Koinfektion
Mamavirus, neuer Stamm von Acanthamoeba polyphaga mimivirus (APMV).
Amöbe, A. polyphaga.
Sputnik ‐ Virus
‐ 4h nach Koinfektion erste Proteinsyntheseapparate (MVF) von Mamavirus. ‐ Nach 6h, erste Sputnik Viren werden produziert (in MVF).
‐Nach 8h, erste Mamaviren
werden produziert. Aber …..
….. bis zu 70 % weniger infektiöse Mamavirus Partikel. Die meisten der gebildeten Partikel haben eine anormale
Morphologie (z.B. Membran‐
Akkumulation, siehe →). Sputnik ‐ Virus
[Blau = ORFs mit Homologen zu Mamavirus / Mimivirus. Grün = ORFs mit Homologie zu anderen NCLDVs („nucleocytoplasmic large DNA viruses“) und Bakteriophagen. Rot = ORF Homologie zu „archaeal virus gene“. Pink = Virion Proteine. Grau = ORFans (Gene ohne bekannte Homologie zu Sequenzen in Datenbanken).]
Sputnik ‐ Virus
[GOS = Global Ocean
Survey data set]
Sputnik ‐ Virus
→ Sputnik enthält Gene welche evolutionär mit mindestens 3 Quellen verwandt sind: Erstens, einer neuen Familie von Viren (Virophagen). Zweitens, einem archäischen Virus (oder Plasmiden). Und drittens, Mimivirus / Mamavirus. → Sputnik stellt eine Möglichkeit dar, für den horizontalen Gentransfer (z.B. innerhalb von sogenannten „giant viruses“ wie den Mimiviren). Sputnik ‐ Virus
„nucleic acid polymerases“
“DNA polymerases of superfamily A, B and Y. Reverse transcriptases.
Viral RNA‐
dependent RNA polymerases. Archaeo‐
eukaryotic type primases.”
“Bacterial DNAG‐
type primases containing the TOPRIM catalytic domain with a Rossmannoid fold.”
“The primary enzymes of cellular transcription and polymerases involved in eukaryotic gene silencing (and their phage relatives). “
“Superfamily X and bacterial PolIII‐type DNA polymerases and template‐
independent RNA‐ and DNA‐
terminal transferases.”
Sputnik ‐ Virus
→ ORF 13: Repräsentiert wahrscheinlich eine bisher unbekannte Familie von Polymerasen, welche auch in anderen DNS Viren oder „mobilen Elementen“ (Transposons) gefunden wurden. Daher der Name: TV‐Pol Familie (Transposon‐Virus Polymerase). → Diese Familie ist verwandt mit “ superfamily A DNA polymerases“
und „mitochondrial/phage T7‐like RNA polymerases“. → Stellen möglicherweise die minimale katalytische Einheit dieser Klassen dar und haben sowohl Primase wie auch Polymerase Aktivität.
→ Sputnik entstand eventuell aus einem Element welches TV‐Pol wie auch Transposase beinhaltete und anschliessend von einem Virus HerA‐
FtsK ATPase und Virion Proteine aufnahm. Sputnik ‐ Virus
‐ ORF 13 besteht aus 779 Aminosäuren. ‐ TV‐Pol ist am C‐Terminus mit einer Helikase („D5‐like helicase module“) verbunden.
‐ TV‐Pol Domäne besteht aus einem N‐terminalen „thumb module“ (gelb dargestellt), einem „β‐hairpin“ und dem RRM („RNA‐
recognition motif‐like fold”) einschliesslich der HTH (“helix‐
turn‐helix”) Domäne (im Bild blau dargestellt). (Taq DNS Polymerase als Beispiel zur Verdeutlichung der strukturell wichtigen Einheiten der TV‐Pol Familie.) Sputnik ‐ Virus
‐ Verkehrshaus der Schweiz, Luzern. Bild Sputnik Modell.
‐ La Scola B, Desnues C, Pagnier I, Robert C, Barrassi L, Fournous G,
Merchat M, Suzan‐Monti M, Forterre P, Koonin E, Raoult D. (2008). The virophage as a unique parasite of the giant mimivirus. Nature Vol 455: 100‐105.
‐ Expasy, ViralZone. http://www.expasy.ch/viralzone/all_by_protein/670.html. (13.05.2009).
‐ Wikipedia. Bild Acanthamoeba polyphaga. (14.05.2009). ‐ Google. Bild Mamavirus. (19.05.2009).
‐ Ogata H, Claverie JM. (2008). How to Infect a Mimivirus. SCIENCE VOL 321: 1305‐06.
‐ Lakshminarayan M Iyer, Saraswathi Abhiman, Aravind. (2008). A new family of polymerases related to superfamily A DNA polymerases and T7‐
like DNA‐dependent RNA polymerases. Biology Direct 3:39.
Viroide
Avocado sunblotch viroid (ASBVd)
26.05.09 Walter Aeschimann
2009/05/26
Viroide
¾1923 entdeckt und zunächst zu den Planzenviren zugeordnet
¾1971 Charakterisierung des Potato‐Spindle‐Tuber‐Virus, später Potato‐Spindle‐Tuber‐Viroid
¾Infektiöse RNA‐Moleküle
¾Kein Kapsid, keine Lipidhülle
¾RNA kodiert für keine Proteine
¾Die Replikation und Verbreitung der Viroide ist vollständig vom Wirt abhängig
¾zwischen 247 und 400 Nukleotide lang
2009/05/26
Viroide
Familie Avsunviroidae
Name
Abkürzung
Genus
Avocado sunblotch viroid
Chrysanthemun chlorotic mottle viroid
Peach latent mosaic viroid
Eggplant latent viroid
ASBVd
CChMVd
PLMVd
ELVd
Avsunviroid
Pelamoviroid
Elaviroid
Familie Pospiviroidae
Name
Abkürzung
Genus
Potato spindle tuber viroid
Citrus exocortis viroid
Coconut cadang‐cadang viroid
Coleus blumei viroid
Apple/citrus junos fruit viroid
Australian grapevine viroid
Citrus bent leaf viroid
PSTVd
CEVd
CCCVd
CbV
ACJVd
AGVd
CBLVdd
Pospiviroid
Cocadviroid
Coleviroid
Apscaviroid
2009/05/26
Folgen von ASBVd (a) gesundes Blatt, (B) infiziertes Blatt mit bleichungs, (c) gefleckten und (d) ohne Symptome 2009/05/26
Replikation von Viroide
¾ Avsunviroidae Viroide replizieren in Chloroplasten mit NEP (nuclear‐encoded DNA‐dependent RNA polymerase) oder PEP (plastid‐encoded DNA‐dependent RNA polymerase)
¾ Pospiviroidae Viroide repliziren im Zellkern mit der RNA‐
Polymerase II
2009/05/26
Replikation von ASBVd
¾ Sekundärstruktur Avocado sunblotch viroid (247 nt) 2009/05/26
Replikation von ASBVd
¾ Avocado sunblotch viroid (ASBVd) repliziert symmetrisch A, Proben von (+)‐RNA
B, Proben von (‐)‐RNA
2009/05/26
Replikation von ASBVd
¾ Nachweiss der Ribozyme Aktivität zusammen mit PARB33
2009/05/26
Quellen
Tsagris, E. M.; Martinez de Alba, A. E.; Gozmanova, M.; Kalantidis, K. Microreview Viroids. 2008. Cellular Microbiology , 10, 2168‐2179 Góra‐Sochacka, A. Viroids. Unusual small pathogenic RNAs. 2004. Acta Biochimica Polonica, 51, 587‐607
Daròs, J. A.; Flores, R. A. Chloroplast protein binds a viroid RNA in vivo and facilitates ist hammerhead‐ mediated self‐cleavage. 2002. EMBO Journal, 21, 749‐759
Szychowski, J. A.; Semancik, J. S. Avocado sunblotch disease: a persistent viroid infection in which variants are associated with differential symptoms. 1994. Journal of General Virology, 75, 1543‐1549
Daròs, J. A.; Flores, R. A.; Marcos, J. F.; Hernández, C. Replication of avocado sunblotch viroid: Evidence for a symmetric pathway with two rolling circles and hammerhead ribozyme processing. 1994. Proc. Natl. Acad. Sci., 91, 12813‐12819
2009/05/26
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Mimivirus
Molekulare Virologie
26.05.09
Linda Gallé
Discovery of
Acanthamoeba polyphaga mimivirus
1992: „Bradford coccus“
2003: Mimivirus
(„mimicking microbe“)
Composition of
Acanthamoeba polyphaga mimivirus
~700 nm
•1.2 Mbp dsDNA genome
•Inner membranes
•Icosahedral capsid
•External fibrils
Genome
1.2 Mbp linear dsDNA
90% coding capacity
1262 ORF
Æ ~911 coded proteins
gene homologs :
DNA viruses 10-300
RNA viruses 1-25
Bacteria
500-6000
fungi
~6000
Æ largest viral genome
Remarkable features
• Genes of translation functional category
Æ e.g. amino acyl-tRNA synthetases, Chaperones
• DNA repair genes
Æ e.g. Mismatch repair ATPase MutS
• enzymes involved in metabolsim
pathways
Æe.g. glycosyltransferases (fibrils?)
Origin and evolution
Clade:
Mimiviridae
Family:
Nucleocytoplasmic Large DNA
Viruses (NCLDV)
Æ 26 out of 31 common core genes
Ongoing debate:
Mimivirus : „gene pickpocket“ or
gene source?
Frontiers between viruses and
cellular organisms?
Differences to obligate intracellular
bacteria:
• Lack of ribosomal proteins
• Lack of energy metabolism
• Replication trough assembly of preformed
units
Life cycle
Phagocytosis
4h
Lysis (24 h)
8h
16h
eclipse phase
Nucleus:
DNA replication + encapsidation
Cytoplasm:
coating + fibrils
How is the huge viral genome
delivered into the host cell?
Stargate
Opening of 5
icosahedral faces of
the capsid
Æ tunnel
Uncoating and membrane fusion
Uncoating stages
•
Early stage
•
Advanced stage
•
Final stage
Hypothesis
Mimivirus genome is translocated
to the nucleus by vesicular
transport.
Æ common feature of viruses containing inner
membranes?
Quellen
Virus Research 117 (2006) Genomic and evolutionary aspects of Mimivirus
M. Suzan-Monti, B. La Scola, D. Raoult
PLoS Biol 6(5): e114(2008) Distinct DNA exit and packaging portals in the
virus Acanthamoeba polyphaga mimivirus. Zauberman N, Mutsafi Y, Ben
Halevy D, Shimoni E, Klein E, et al.
PLoS Pathog 4(6) (2008) Ameobal Pathogen Mimivirus Infects
Macrophages through Phagocytosis. Ghigo E, Kartenbeck J, Lien P,
Pelkmans L, Capo C, et al
http://en.wikipedia.org/wiki/Mimivirus