Paramyxoviren Filoviren Bornaviren

Molekulare Virologie
WS 2016/17
Paramyxoviren
Filoviren
Bornaviren
Mi 19.10.16
PD Dr. rer. nat. Stefan Finke
Friedrich-Loeffler-Institut, Greifswald - Insel Riems
[email protected]
Datum
Thema
Dozent
12.10.16
Umhüllte Viren mit negativem ssRNA-Genom (Rhabdoviren), Viren
mit segmentierter dsRNA (Reoviren)
S. Finke
19.10.16
Umhüllte Viren mit negativem ssRNA-Genom
(Paramyxo-, Filo-, Bornaviren)
26.10.16
Umhüllte Viren mit positivem ssRNA-Genom
(Toga-, Flaviviren)
02.11.16
Umhüllte Viren mit positivem ssRNA-Genom
(Coronaviren)
09.11.16
Umhüllte Viren mit segmentiertem ssRNA-Genom (Orthomyxo-,
Bunya-, Arenaviren)
J. Stech
16.11.16
Viren mit einer reversen Transkriptase (Retroviren)
23.11.16
ssDNA- und dsDNA-Viren ohne Hülle (Parvo-, Papillom-,
Polyomaviren)
J. Stech
R. Ulrich
30.11.16
Hepatitisviren (HCV, HBV, HDV)
J. Stech
07.12.16
T. Mettenleiter
14.12.16
Große umhüllte dsDNA-Viren I (Herpesviren)
Adeno- und DNA-Tumorviren
04.01.17
entfällt
11.01.17
Nichtumhüllte Viren mit positivem ssRNA-Genom (Picorna-, Calici-,
Astroviren)
T. M ettenleiter
18.01.17
Subvirale Pathogene und andere virusähnliche infektiöse Agenzien
T. Mettenleiter
25.01.17
Große dsDNA-Viren II (Pocken-, Baculoviren), Aufbau von
Virusvektoren
R. Ulrich
S. Finke
S. Finke
S. Finke
R. Ulrich
Klassifizierung von animalen RNA-Viren
aus Flint et al. 2004, Principles of Virology
Ordnung Mononegavirales
Viren (-virales) mit nicht-segmentierten (Mono-) RNA Genome negativer Polarität (-nega-)
wichtige Familien, Gattungen und Vertreter
Familie
Gattung
Bornaviridae
Bornavirus
Filoviridae
Marburg-ähnliche Viren
Ebolavirus-ähnliche Viren
Paramyxoviridae
Pneumoviridae
Pneumovirus
Metapneumovirus
Rhabdoviridae
Lyssavirus
Ordnung Mononegavirales
Viren (-virales) mit nicht-segmentierten (Mono-) RNA Genome negativer Polarität (-nega-)
wichtige Familien, Gattungen und Vertreter
Familie
Gattung
Wichtige Vertreter
Bornaviridae
Bornavirus
Virus der Bornaschen Krankheit
Filoviridae
Marburg-ähnliche Viren
Ebolavirus-ähnliche Viren
Marburgvirus
Ebolavirus
Paramyxoviridae
Respirovirus
Rubulavirus
Morbillivirus
Henipavirus
Avulavirus
Parainfluenzavirus Typ 1/3
Mumpsvirus
Maservirus
Hendravirus, Nipahvirus
Newcastle Disease Virus
Pneumoviridae
Pneumovirus
Metapneumovirus
Respiratorisches Synzytialvirus
Humanes Metapneumovirus
Rhabdoviridae
Lyssavirus
Vesiculovirus
Tollwutvirus (Rabies virus; RABV)
Vesicular Stomatitis (VSV)
Paramyxoviren
Ordnung: Mononegavirales
Familie: Paramyxoviridae
Unterfamilien: Paramyxovirinae
Pneumovirinae
Familie: Pneumoviridae
myxa = Schleim
para = neben (Abgrenzung zu „echten Myxoviren“ = Orthomyxoviren)
Paramyxoviruses – Virion und Genomorganisation
Beispiel: Hendra Virus
V
W
C
Masernvirus (Measles Virus); Genus Morbillivirus
Masern (Measles)
Transmission über Aerosole
(hoch kontagiös)
Infektion Epithelzellen des
Respirationstraktes
Ausbreitung in Lymphozyten
und Virämie
Replikation in Konjunctivae,
Respriationstrakt, Trakt, Urintrakt,
lymphatischen System,
Blutgefäße, ZNS
T-Zellantwort auf virusinfizierte
Endothelzellen in Kapillaren
verursacht Ausschlag
Komplikationen:
Postinfektiöse Masernenzephalitis
(Immunpathogenese)
Subakute Sklerotisierende
Panenzephalitis (SSPE)
(Virusmutanten)
Masernvirus
(humanpathogenes RNA-Virus; Genus Morbillivirus; Familie Paramyxoviridae).
Tenazität : Sehr empfindlich gegenüber erhöhten Temperaturen, Licht, UVStrahlen, Fettlösungs- und Desinfektionsmitteln.
Vorkommen:
weltweit ( 454 000 Todesfälle in 2004)
vor allem in Entwicklungsländern (Afrika)
Deutschland:
2001 gemeldet 5.780 Fälle
Reservoir: ausschließlich Menschen
Infektionsweg: (eine der ansteckendsten Krankheiten)
Einatmen infektiöser Exspirationströpfchen, z.B. Sprechen, Husten, Niesen) oder
durch infektiöse Sekrete aus Nase oder Rachen.
Kurzer Exposition führt zu einer Infektion (Kontagionsindex nahe 100 %) und löst bei
über 95 % der ungeschützten Infizierten klinische Erscheinungen aus.
Inkubationszeit :
8-10 Tage bis zum Beginn des katarrhalischen Stadiums
14 Tage bis zum Ausbruch des Exanthems.
Dauer der Ansteckungsfähigkeit:
~ 9 Tage, bereits 5 Tage vor Auftreten des Exanthems und bis 4 Tage nach
Auftreten des Exanthems an. Unmittelbar vor Erscheinen des Exanthems am
größten.
Klinik
systemische, sich selbst begrenzende Virusinfektion mit
zweiphasigem Verlauf.
1. Phase:
Fieber, Konjunktivitis, Schnupfen, Husten und Exanthem am
Gaumen. (Kopliksche-Flecken: kalkspritzerartige weiße
Flecken an der Mundschleimhaut).
2. Phase:
charakteristisches makulopapulöse Masernexanthem
(bräunlich-rosafarbene konfluierende Hautflecken)
3.–7. Tag nach Auftreten der initialen Symptome.
Beginn im Gesicht und hinter den Ohren, geht über den
ganzen Körper, Dauer 4–7 Tage
Am 5.–7. Krankheitstag kommt es zum Temperaturabfall.
Eine Masernerkrankung hinterlässt lebenslange
Immunität!
Therapie:
keine spezifische antivirale Therapie
 bei bakteriellen Superinfektionen, z. B. Otitis media und Pneumonie: Antibiotika
Prävention:
Impfung (Lebendvirusimpfstoff, hergestellt aus abgeschwächten Masernviren)
Monovakzine oder Kombinationsimpfstoff mit Mumps- und Rötelnvirus angeboten
(MMR-Vakzine) bzw. MMRV-Vakzine ( + Varizella Zoster Virus)
Mögliche Komplikationen
1.
bakterielle Superinfektionen (Immunsuppression durch Masernvirus)
am häufigsten Otitis media (Mittelohrenzündung, Bronchitis, Pneumonie, und
Diarrhoe)
2.
akute postinfektiöse Enzephalitis
4-7 Tage nach Auftreten des Exanthems bei 0.1% der Erkrankten
davon bei 10-20% tödlich, bei 20-30% Residualschäden am ZNS
3. subakute sklerosierende Panenzephalitis (SSPE)
sehr seltene Spätkomplikation (1–5 Fälle pro 1 Mio. Erkr.)
Manifestation 6–8 Jahren nach Infektion.
progredienter Verlauf mit neurologischen Störungen und Ausfällen bis zum
Verlust zerebraler Funktionen.
Neurological complications of measles
Figure 44-17 Time after infection of the three neurologic complications of measles: infections or acute disseminated
encephalomyelitis (ADEM), measles inclusion body encephalitis (MIBE), and subacute sclerosing panencephalitis (SSPE).
Table 44-2
Fields Virology 4th edition, 2002,
Chapter 44, Lippincott, Williams and
Wilkins, 2002
Masern ist keine „banale Kinderkrankheit“
Probleme:
1. Zusätzliche Infektion durch Bakterien
2. Endzündung des Gehirns
~1 von 1.000 Erkrankten
~1 von 10.000 Erkrankten stirbt
~1 von 10.000 Erkrankte mit bleibenden Hirnschäden
3. SSPE (Subakute Sklerosierende Panenzephalitis):
immer tödlich, tritt nach Jahren der Masernerkrankung au
~1-5 von 1.000.000 Erkrankten
2010: 139.300 Todesfälle durch Masern weltweit
(~ 380 Todesfälle jeden Tag)
The MMR Vaccine
From Murray et. al., Medical Microbiology 5th
edition, 2005, Chapter 59, published by
Mosby Philadelphia,,
Masern ist keine „banale Kinderkrankheit“
Robert Koch-Institut: SurvStat, http://www3.rki.de/SurvStat, Datenstand: 09.10.2013
2010: 139.300 Todesfälle durch Masern weltweit
(~ 380 Todesfälle jeden Tag)
Mumpsvirus
(humanpathogenes RNA-Virus; Genus Rubulavirus; Familie Paramyxoviridae).
Erkrankung: Parotitis epidemica, Ziegenpeter, Mumps
Tenazität: sehr empfindlich gegenüber: erhöhten Temperaturen, Licht, UV-Strahlen
Fettlösungs- und Desinfektionsmitteln.
Vorkommen: weltweit verbreitet.
Reservoir: infizierte und akut erkrankte Menschen.
Infektionsweg: hauptsächlich aerogene Übertragung
(Einatmen infektiöser Exspirationströpfchen, z.B. Sprechen,
Husten, Niesen)
Ansteckungsfähigkeit: 2 Tage vor bis 4 Tage nach dem Erkrankungsbeginn
(auch klinisch inapparente Infektionen)
Klinik:
Mumps ist eine systemische Infektionskrankheit (Inkubationszeit 16-18Tage)
typisch: Entzündung von Speicheldrüsen (Glandula parotis, tw. auch Gl.
submandibularis oder sublingualis) in Verbindung mit Fieber
Wichtige Manifestation:
seröse Meningitis (klinisch auffällig in 3-10% der Fälle), kann zur
Innenohrschwerhörigkeit führen (seltener: Pankreatitis, Orchitis, Epidimyditis,
Oophoritis, Mastitis)
Manifestation und Komplikationen auch ohne manifeste
Speicheldrüsenentzündung
Bei Schwangeren kann die Infektion im ersten Trimenon zum Abort führen. Fetale
Fehlbildungen oder Frühgeburten sind nicht bekannt.
Therapie
keine antivirale Therapie (Analgetika, Antipyretika)
Prävention
Impfung (Lebendvirusimpfstoff, hergestellt aus abgeschwächten Mumpsvirus)
Monovakzine oder
Kombinationsimpfstoff mit Mumps- und Rötelnvirus angeboten (MMR-Vakzine)
bzw. MMRV-Vakzine
Mumps
Transmission über Aerosole
(hoch kontagiös)
Infektion Epithelzellen des
Respirationstraktes
Virämie
Replikation in Speicheldrüse,
Hoden, Respirationstrakt, ZNS
Eliminierung abhängig von
Zellulärer Immunantwort
Mumps – clinical presentation
White and Fenner, “Medical Virology”, 4th edition, Academic Press, Page 467 (left)
Mims, Playfair et. al., “Medical Microbiology, (1993), Fig. 29.5
Mumps in den USA: Verlauf nach Einführung der Impfung
Parainfluenzaviren (Typen 1 bis 4)
BOX 59-6
BOX 59-5
From Murray et. al., Medical Microbiology 5th
edition, 2005, Chapter 59, published by
Mosby Philadelphia,,
Respiratory Syncytial Virus (RSV); Paramyxovirinae
BOX 59-9
BOX 59-10
TABLE 59-4
From Murray et. al., Medical Microbiology 5th
edition, 2005, Chapter 59, published by
Mosby Philadelphia,,
Paramyxoviren
Aufbau, Genomorganisation, Replikation
Genomorganisation Negativ Strang RNA Viren
Paramyxovirus Transkription und Replikation
(+) RNA
P L
3‘ gp
N
P
N P L
5‘
RNP-abhängige RNA Polymerase
M
F
HN/H/G
L
(-) RNP
N P L
agp (+) RNP
Genomorganisation Mononegavirales
• Genomorganisation (Anordnung der Gene) konserviert:
(NPMGL)
• „core“-Proteine: N/P  Interaktion mit RNA  RNP
• Hüllproteine: Matrixprotein und Glykoproteine
• Polymerase L
• Paramyxoviren/Filoviren: zusätzliche Genprodukte
zusätzliche (akzessorische) Gene
Translation unterschiedlicher Genprodukte (RNA editing)
• Paramyxoviren: zwei Oberflächenglykoproteine
(Attachment und Membranfusion getrennt)
Paramyxovirus - Partikel
Polymerase (P/L)
from Murray et. al., Medical Microbiology 5th edition, 2005, Chapter 59, modified
Genomorganisation Paramyxoviridae
Paramyxovirinae
Paramyxovirus - Mumps
Pneumovirinae
Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 41-5
Replikationszyklus eines Paramyxovirus
Attachment an zellulären Rezeptor
pH-unabhängige Fusion mit Zytoplasmamembran
Replikation im Zytoplasma
Assembly an Zytoplasmamembran
Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 41-18
Oberflächen-Glykoproteine
Attachment-Proteine: Bindung an zelluläre Rezeptoren
Typ II Membranproteine (N-Terminus innen)
HN: Hämagglutinin/Neuraminidase
Respirovirus (PIV), Rubulavirus (Mumpsvirus)
Spaltet Sialinsäure vom Rezeptor
H: Hämagglutinin
Morbillivirus (Masernvirus)
Bindung an CD46 (ubiquitär, Rezeptor für Vakzinestämme) oder
SLAM (selektiv exprimiert auf T und B-Zellen)
G: Glykoprotein
Pneumovirus (RSV), Henipavirus (Hendravirus)
Bindung an Heparansulfate (Glucosaminoglycan) oder
Ephrin B2 (Ephrin Rezeptor, Tyrosinekinasefamilie)
keine Fusionsaktivität!
Proteolytische Prozessierung des F-Proteins
in ER und Golgi
Oberflächen-Glykoproteine
Fusionsprotein:
Fusion von Virus- und Zellmembran
Typ I Membranproteine (C-Terminus innen)
F0: Vorläuferprotein von F2 und F1, wird im Golgi-Apparat proteolytisch
gespalten zu F2 und F1
F2: N-terminale Region von F0
F1: C-terminale Region von F0, Fusionspeptid am NH2-Ende
Transmembranregion
Das Fusionsprotein F liegt als heterodimerer Komplex aus
F1 und F2 vor, der durch Disulfidbrücken zusammengehalten wird
Rezeptorbindung und Insertion des hydrophoben
Fusionspeptids in die Zytoplasmamembran
 Einleitung der Membranfusion
Zellfusion nach Paramyxovirus-Infektion
nicht infiziert
infiziert
Genomorganisation Paramyxoviridae
Paramyxovirinae
Paramyxovirus - Mumps
Pneumovirinae
Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 41-5
Expression zusätzlicher Genprodukte
from Sakaguchi T, Kato A, Kiyotani K, Yoshida T, Nagai Y. Proc Jpn Acad Ser B Phys Biol Sci. 2008;84(10):439-51. Review.
Sendai Virus: P mRNA mit vielen Genprodukten
leaky scanning
ribosomal
shunting
RNA Editing
P-Protein
V-Protein
V-Protein
P-Protein
Box: stabilste Form
 Measles
+ 1G
 Mumpsvirus + 2G
RNA Editing
Paramyxoviridae (z.B. Sendai-, Masern- oder Mumpsvirus)
P Gen: Insertion von 1 oder 2 G an definierter Stelle
 Frameshift in der mRNA in einem Teil der Transkripte
Template an Insertionsstellen: pyrimidinreiche Sequenz
1. Stop der Elongation
2. Polymerase gleitet zurück (ähnlich wie bei
Transkriptionstermination)
3. Fortsetzen der Strangelongation
 Insertion von Extranukleotiden in die
mRNA
 Translation C-terminal unterschiedlicher
Genprodukte (V-Proteine)
Henipaviruses – Zoonotic BSL4 Pathogens
Negative Strand RNA Viruses
order: Mononegavirales
familiy: Paramyxoviridae (subfamily Paramyxovirinae)
genus: Henipavirus
species: Nipah Virus, Hendra Virus, Cedar Virus
• Severe respiratory and neurological disease
• Hendra Virus: case fatality rate in humans and horses >
50%
Emerging Paramyxoviruses: Henipavirus
Hendravirus / Nipahvirus
Auftreten von Hendravirus
September 1994, Australien:
- 2 Personen erkrankten
(1 letal)
- 20 Pferde erkrankten
(13 letal)
 Endeckung und Charakterisierung des Hendravirus
Nipahvirus
Familie: Paramyxoviridae
Subfamilie: Paramyxovirinae
Genus: Henipavirus
erstmals beschrieben: 1999
September 1998 bis April 1999, Malaysia :
- 265 Personen erkrankten, 105 Personen starben
März 1999, Singapore :
- 11 Personen erkrankten, 1 Person starb
Alle Personen hatten Kontakt mit Schweinen.
Nipahvirus
Bats host major mammalian paramyxoviruses
from: Drexler et al., Nat Commun. 2012 Apr 24;3:796.
Familie: Filoviridae
Genus
Marburg-ähnliches Virus
Ebola-ähnliches Virus
Geschichtliches
1967: Übertragung von Affen aus Uganda auf Laboranten des Labors
des Pharmaherstellers Behringwerke in Marburg
von 31 erkrankten Personen starben 7 Personen
Erreger: MARBURGVIRUS
1976:
erster bekannter Ausbruch einer Epidemie verursacht von einem
zweiten Filovirus:
Erreger: EBOLAVIRUS (benannt nach einem Fluss in Zaire)
Subtypen des Ebolavirus:
- Zaire
- Sudan
- Elfenbeinküste
- Ebola-Reston (entdeckt 1989 in Affen in Reston, Virginia, USA
Affen importiert von den Philippinen)
Outbreak 2014
Ebolavirus
Marburgvirus
Übertragungswege:
Kontakt mit infizierten Fledermäusen oder Primaten
Kontakt mit Körperflüssigkeiten von kranken oder verstorbenen Personen
(z.B. Blut, Erbrochenes, Urin, Schweiß, Samenflüssigkeit, Speichel)
Kontaminierte Objekte (Nadeln, medizinische Geräte).
Übertragung nur nach Auftreten von Symptomen.
Symptome 2 – 21 Tage nach Exposition
Fieber, Kopfschmerz, Erschöpfung, Diarrhoe, Erbrechen, Kopfschmerz,
Blutungen, Muskelschmerzen
Lethalität: 50%
Nach 21 Tagen keine Symptome: keine Ebola
From:
How Ebola and Marburg viruses battle the immune system
Mansour Mohamadzadeh, Lieping Chen & Alan L. Schmaljohn
Nature Reviews Immunology 7, 556-567 (July 2007)
Prävention / Therapie
• Symptomatische Behandlung
• Passive Immunisierung mit Cocktail aus 3 monoklonalen
Antikörpern (ZMapp)
• Nur experimentelle Impfstoffe vorhanden (clinical trials):
- replikationsdefekte Adenoviren (cAd3-EBO Z)
- replikationskompetentes VSV (VSV ZEBOV)
From: http://viralzone.expasy.org/all_by_species/207.html
Schematischer Aufbau der Genome
des Marburg - und Ebolavirus
P
P M
zusätzliches Matrixprotein
VP30: Transkriptionsinitiationsfaktor
* überlappende Trankriptionseinheiten
Transkription und Translation des GP der Filoviren
GP-ORF1
GP-ORF2
Filovirus Replikationszyklus
rezeptorvermittelte Endozytose, pH-abhängige Membranfusion
from: Takada (2012) Filovirus tropism: cellular molecules for viral entry. Frontiers in Microbiology
Familie: Bornaviridae
Genus: Bornavirus
from: http://viralzone.expasy.org/all_by_species/279.html
Bornavirus
(tierpathogenes RNA-Virus, Genus Bornavirus, Familie Bornaviridae)
Vorkommen: Bisher nur in Europa isoliert
Reservoir: Pferd / Schaf, aber vermutlich auch Katzen, Ziegen, Rindern
Experimentell Infektion von Kaninchen, Ratten,
Meerschweinchen, Mäusen, Rhesusaffen, Vögel
Infektionsweg: vermutlich Tröpfcheninfektion
Inkubationszeit: Wochen bis Monate.
Klinik:
Pferd:
Excitation, Depression, motorische Störungen, Spasmen und
Speicheln.
Schafe: fallen um, bleiben für kurze Zeit am Boden liegen um dann ganz
normal aufzustehen
Prognose: experimentell infizierte, erkrankte Pferde sterben bis zu 90%
Klinik:
- Excitation, Depression, motorische Störungen, Spasmen und Speicheln (Pferd).
- Schafe fallen um, bleiben für kurze Zeit am Boden liegen um dann ganz
normal aufzustehen
- ABER: Nicht alle infizierten Tiere zeigen Symptome. Nach einer zerebralen
Affektion mit Episoden der Apathie und Müdigkeit kann es zur kompletten
Remission kommt.
.
Prognose:
Bei experimentell infizierten Pferden sterben bis zu 90% der Erkrankten.
Bornaviruserkrankung beim Menschen?
- bisher keine überzeugenden Beweise -
Science, 1985
From The Journal of Infectious Diseases 186(s2):S241–S247. © 2002 by the Infectious Diseases Society of America.
Besonderheiten der Bornaviren gegenüber anderen
Vertretern der Ordnung Mononegavirales
1. Transkription der viralen mRNA und Replikation
der genomischen RNA erfolgt im Zellkern
2. Transkription der mRNA erfolgt sowohl mono- als auch
polycistronisch.
drei Transkriptionsstart (S) und vier Transkriptionsendsignale (E)
.
3. Ein Teil der transkribierten mRNA wird durch den
zellulären Spleißmechanimus prozessiert.