Jetzt unabhängige Virusfamilie mit 13 Mitgliedern

Polyomaviridae
Transformation/Polyomavirus
Taxonomie
Ehemals Unterfamilie der Papovaviridae;
Jetzt unabhängige Virusfamilie mit 13 Mitgliedern
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Mitglieder der Polyomaviridae
Molekulare Virologie
Virus
Wirt
Polyomavirus (PyV)
Maus
K-Papovavirus (KPV)
Maus
Simian Virus 40 (SV40)
Rhesus Affe
Lymphotropic Papovavirus
(LPV)
Afrikanische Grüne
Meerkatze
Simian agent 12 (SA12)
Pavian
Stump-tailed macaque
virus (STMV)
Makake
BK Virus
Mensch
JC Virus
Mensch
Budgerigar fledgling
disease virus
Vogel
Rabbit kidney vacuolating
virus (RKV)
Kaninchen
Hamster Papovavirus
Hamster
Transformation/Polyomavirus
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Entdeckung der Polyomaviren
Transformation/Polyomavirus
Maus Polyomavirus: entdeckt 1953 von Ludwig Gross
bei Untersuchungen zur Übertragung von murinen Leukämien
SV4O: entdeckt 1960 von Sweet and Hillemann
in Nierenzellen aus der Grünen Afrikanischen Meerkatze.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Gemeinsame Merkmale der Polyomaviren
Transformation/Polyomavirus
1. Genom: Ringförmiges ds-DNA Molekül (Minichromosom!); ca. 5000
Bp; Ähnliche Genom-Organisation
2. Vermehrung: sehr enges Wirtsspektrum:Vermehrung hauptsächlich
in Epithelzellen und Fibroblasten;
3. Unbehüllt: Resistent gegen Lösungsmittel;
4. Maligne Transformation von Zellen in Kultur;
5. Verursachen nicht Tumore in ihren natürlichen Wirten (z.B. SV40 in
Rhesus Affen).
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Einige wichtige Entdeckungen der Zellbiologie,
die an Polyomaviren gemacht wurden. Transformation/Polyomavirus
1. Supercoiled DNA
2. Chromatin/Nucleosomen
3. Ursprung der DNA Replikation bei Eukaryonten
4. Enhancer
5. Promoter-Organisation (TATA Box)
6. Polyadenylierungssignal
7. Kernlokalisationssignal (NLS)
8. p53
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Struktur von Maus Polyomavirus-Partikel
Transformation/Polyomavirus
VP1: bildet 72 Pentamere; jedes Pentamer
besteht aus 5 Moleküle VP1;
VP1 ist das einzige nach aussen
gerichtete virale Strukturprotein;
VP1 bindet an Oligosaccharide mit SialylSäureresten auf der Zelloberfläche
Jedes VP1 Pentamer ist mit einem
Molekül VP2 oder VP3 verbunden.
Graphische Nachbildung eines
Viruspartikels: Durchmesser ca. 45 nm
Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams
and Wilkins, 2002 Fig. 63-1c
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Struktur des Polyomavirus-Genoms
Transformation/Polyomavirus
Nukleosomen:
Enthalten Histone
Ringförmige Supercoiled DNA
(= Episom)
Nukleosomenfreie Region
SV 40
“Minichromosom”
Elektronen Mikroskopische Aufnahme von SV40 DNA
Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-1a, b
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Verlauf der SV40 Replikation
Transformation/Polyomavirus
Idealisierte zeitliche Abfolge
T-Antigen
Virale Genome
freigesetzte
Viruspartikel
Zelluläre DNA
Synthese
Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-5
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Zelluläre Rezeptoren für Polyomaviren
Transformation/Polyomavirus
Virus
Rezeptor
Moleküle/Zelle Zell-Tropismus
Polyomavirus (PyV)
N-verknüpfte
Glykoproteine mit SialylSäure-Resten
25.000
Weit verbreit
Simian Virus 40 (SV40)
MHC Klasse I Proteine
90.000
Weit verbreitet
Lymphotropic Papovavirus
(LPV)
O-verknüpfte
Glykoproteine mit
Sialylsäure-Resten
1.800
B-Lymphozyten
BK Virus
Glykolipid mit SialylsäureResten
unbekannt
Weit verbreitet
JC Virus
N-verknüpfte
Glykoproteine mit SialylSäure-Resten
50.000
Oligodendrozyten,
Astrozyten, BLymphozyten
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Sialylsäuren
http://www.bme.jhu.edu/~kjyarema/monosaccharides/natural%20si
alic%20acids/natural%20sialic_acids.htm
Transformation/Polyomavirus
Molekulare Virologie
Haüfigste Form der
Sialylsäure beim
Menschen
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Transformation/Polyomavirus
http://www.bme.jhu.edu/~kjyarema/monosaccharides/natural%20si
alic%20acids/natural%20sialic_acids.htm
Sialylsäuren sind weitverbreitet auf
Zelloberflächen
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Replikationszyklus
Replikationszyklus
Polyomaviren
Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,
Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 16.
Expression von SV40 Proteinen:
Transformation/Polyomavirus
Strategien zur maximalen Nutzung des Genoms
1. Eine Region zur Regulation von verschiedenen Prozessen;
2. Multi-funktionelle virale Regulationsfaktoren;
3. Alternatives Splicing;
4. Multi-cistronische mRNAs;
5. Nutzung von mehreren Leserastern;
6. Zeitliche Koordinierung von Expressionsphasen.
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Das SV40 Genom
Synthese viraler
Genome
Early
Late
Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-2
Die Regulatorische Region des SV40-Genoms
Transformation/Polyomavirus
Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-3a
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Eigenschaften des SV40 T-Antigens
Transformation/Polyomavirus
1. Sequenzähnlichkeiten zu T-Antigenen aus anderen Polyomaviren
verschiedener Viren;
2. Post-translationelle Modifikationen:
1. Phosphorylierung;
2. 0-Glykosylierung ;
3. Poly-ADP-Ribosylierung;
4. Acetylierung am Amino-terminus;
3. Signal für Lokalisation im Kern;(NLS = nuclear localisation
signal)
4. 5 x 105 bis 5x106 Moleküle pro lytisch infizierte Zellen
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Funktionen des SV40 T-Antigens
Transformation/Polyomavirus
1.
2.
3.
Optimierung der Zelle für die Virusvermehrung:
1.
Vorantreiben des Zellzyklus bis zur S-Phase:Freisetzung von E2F
2.
Verhinderung der Apoptose: Sequestrierung von p53
Transkriptionsregulation:
1.
Autoregulation (Effekt Konzentrationsabhängig);
2.
Aktivierung der späten Transkription
DNA-Replikation:
1.
Fördert die Entwindung der DNA Stränge;
2.
Rekrutierung von DNA Polymeraseα-Primase für die Synthese der OkazakiFragmente und die DNA Polymerase δ für die Verlängerung der
neusynthetisierten DNA Stränge;
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Domänenstruktur des T-Antigens
Transformation/Polyomavirus
Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-6a
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Polyomaviren bei Menschen
Transformation/Polyomavirus
BK-Virus im Urin
JC-Virus im infizierten Oligodendrozyten im Gehirn
Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 64, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 64-1
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
JC-Virus und BK-Virus Genome
Transformation/Polyomavirus
Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 64, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 64-2
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Merkmale der JC- und BK-Virus Infektion
Transformation/Polyomavirus
1. Infektion: in der frühen Kindheit
2. Persistenz: Nierenepithel; Lymphozyten; Knochenmark (JC-Virus)
3. Pathogenes Potential: Hauptsächlich bei Immun-Supprimierten
Personen
1. BK-Virus?
2. JC-Virus: PML Progressive multifokale Leukoenzephalopathie
4. Onkogenes Potential:
1. Maligne Tumore in Nagetieren (JC und BK Virus);
2. Maligne Gehirntumore in Neuweltaffen nach Inoculation direkt in
den Schädel (lange Inkubationszeit);
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Progressive multifokale Leukoenzephalopathie
Transformation/Polyomavirus
(PML)
1. Demyelinisierungs-Herde im Gehirn durch den Tod von
infizierten Oligodendrozyten;
2. Neuropathologie: Multifokale Plaques: enthalten u.a. Makrophagen,
Astrozyten mit anomalen Morphologien, veränderte Oligodendrozyten
3. Klinisches Erscheinungsbild: Muskelschwäche, Geh-,
Sehschwierigkeiten, Lähmungen, kognitive Störungen (“Demenz”).
4. Überlebenszeit: Wenige Monate bis zu einem Jahr nach Auftreten
von Symptome;
5. Diagnose: endgültige Diagnose nur durch Nachweis von DNA in
Gehirnmaterial;
6. Behandlung: deutliche Besserung durch HAART
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Kann SV40 bei Menschen Krebs auslösen?
Transformation/Polyomavirus
1.
Vor 1963 wurden in den USA Polivirus Impfstoffe in SV40-haltigen
Affenzellen hergestellt; In den USA wurden ca. 98 Millionen Personen
diesen Impfstoffen ausgesetzt
2.
Nachweis der SV40 DNA bei Menschen
1.
In einigen Tumorarten (Osteosarkome, Lmyphome und Mesotheliome)
2.
Nachweis der SV40DNA auch bei Menschen die nachweislich NICHT
geimpft wurden;
3.
3.
Nachweis der SV40DNA auch in Normalgeweben;
4.
In einigen Fällen handelte es sich um Labor-Plasmide mit SV40 Seqeunzen
Zusammenhang zwischen SV40 DNA und Krebs
1.
Fraglich;
2.
Keine Hinweise für einen kausalen Zusammenhang
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Weiterführende Literatur
Transformation/Polyomavirus
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010
Transformation/Polyomavirus
Molekulare Virologie
Ruth Brack-Werner; SS 2010