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GV III, WS11/12
Teil Virologie
Prof. Ralf BartenschlagerDepartment Infektiologie, Molekulare Virologie,
Med. Fakultät Heidelberg
www.klinikum.uni-heidelberg.de/Molecular-Virology
Antivirale Therapie und ImpfungDi24.1.12
R.B.
Pathogenese viralerInfektionen
Mo23.1.12
R.B.
Verlaufsformen von Virusinfektionen
Fr20.1.12
R.B.
Virale ReplikationsstrategienDo19.1.12
R.B.
Geschichte der Virologie, Virusaufbau, Klassifizierung, Nachweis von Viren
Virologie
Mi 18.1.12
R.B.
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)
Wichtige Begriffe
Verlauf der Poliovirus Infektion
ObereAtemwege
Grippale Symptome
Darm
Gastroenteritis
Moto-neuron
Nichtparalytisch Paralytisch
Bulbopontine
Poliomyelitis
Spinale
90 – 95% inapparent 4 – 8% Enteritis 1 – 2% NPPM 0,1 – 2% PPM
Dissemination
Carditis
AseptischeMeningitis/Encephalitis
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
• 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)
Beispiele für Virus-vermittelteVeränderungen der Wirtszelle
Flint et al., 3rd edition, 2009
Influenza Virus RNA Genom und mRNA
Flu (-) RNA Genom
Flu mRNA mit cap und poly(A)
Flu (+)RNA Intermediat
Zelluläre mRNA
Abschneiden vonzellulären mRNAsnahe dem 5‘Ende(10-13 nt)
mRNA-Fragmentdient als Primer für virale RNA-Synthese
Cap snatching (Influenza)
Flint et al., 3rd edition, 2009
Mechanismus: Zerstörung der eIF-4G Untereinheitcap-unabhängige Initiation bei Poliovirus
© Flint et al. Principles of Virology
Inhibierung der Proteinsynthesein Poliovirus-infizierten Zellen
© Flint et al. Principles of Virology
Poliovirus (PV)-vermittelte Spaltung von eIF-4Ginhibiert die Cap-abhängige Translation
Zelluläre mRNA
Translation zelluläremRNA blockiert
PV 2A Protease
PV (+)RNA Genom wird über IREStranslatiert und ist unabhängig von eIF4G
PV 2A Protease
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
häufigste Arbovirose (Überträger: Aedes spec)
100 Mio. klinisch manifeste Infektionen/Jahr
ca. 500.000 hämorrhagische Verlaufsformen/Jahr
40% der Weltbevölkerung lebt in Aedes-endem. Gebiet
Lipidhülle
E Homodimer
M
Nukleokapsid
RNA Genom
M
DEN-Serotypen1 - 4
DV2
Primär-infektion
DV2
DV2
DEN-2 Ak
Antikörper-vermittelte Steigerung der Infektion (ADE)
DV4DV4
DV4
Sekundärinfektion
vasoaktiveMediatoren
MonozytenMakrophagen
(DCs Ak-unabhängig)Schwere
Verlaufsformen(DHF, Schock)
Ak-Bindung ohne Neutralisation
DV2
Primär-infektion
DV2
DV2
DEN-2 Ak
Antikörper-vermittelte Steigerung der Infektion (ADE)
DV4DV4
DV4
Sekundärinfektion
vasoaktiveMediatoren
MonozytenMakrophagen
(DCs Ak-unabhängig)Schwere
Verlaufsformen(DHF, Schock)
Ak-Bindung ohne Neutralisation
durchgemachte DENV-Infektion prädisponiert für D
HF mit einem heterologen Serotyp
Immortalisierung
Induktion der unbegrenzten Teilungsfähigkeit
Transformationmorphologische und physiologische Änderungen einer Zelle wie etwa:
reduzierte Abhängigkeit/Verlust der Abhängigkeit von WachstumsfaktorenVerlust der Kontakthemmung (Foci)Wachstum in WeichagarAbrundung, Streßfasern, Metabolismus u.a.tumorigen im Versuchstier
verursacht durch:Infektion mit onkogenem VirusEinführung eines Onkogens,Behandlung mit Cancerogenen/Mutagenen
Onkogenese Entstehung von Krebs
Transformation & Onkogenese: Wichtige Begriffe
NichttransduzierendeViren
NichttransduzierendeViren
mit langer LatenzzeitEffizienz der Tumorinduktion
Latenzzeit
Erreger
Onkogenes Element
Transformation in Zellkultur
Transduzierende Viren
hoch (ca. 100%)
kurz (Tage)
Rekombinantes Viren, bis auf
Rous Sarcoma Virus defekt
zell-abgeleitetes Onkogen,
transduziert in Zielzelle
ja
hoch bis mittel
intermediär (Wochen, Monate)
intaktes Virus,
replikationskompetent
Aktivierung eines zellulären
Onkogens durch ungerichteteInsertion des Provirus
nein
sehr gering (< 5%)
lang (Monate, Jahre)
intaktes Virus,
replikationskompetent
virus-kodiertes, regulatorisches
Protein, das die virale
Transkription kontrolliert
nein
Onkogene Retroviren
Transduktionvon v-onc
Insertions-mutagenese
Transduktionvirales Gen
RSV: Prototyp einesschnell-transformierenden Retrovirus
Flint et al., 3rd edition, 2009
c-src (inaktiv) c-src (aktiv nach Phosphorylierung)
v-src:C-terminale Domäne deletiertkonstitutiv aktiv
Schalterproteine des Zellzyklus:Retinoblastomprotein
Rb: entdeckt in Retinatumoren
Tumorsuppressor, der Eintritt in die S-Phase reguliert
Phosphorylierung durch CyclinD-abh.Kinase
nukleäres Protein-bindendes Protein
RbP
Rb
+
-
Rb hemmt Transkription von E2f-abh. Genen
Replikationsenzyme (z.B.DNA-Polymerasen, Histone, Zellzyklusproteine)
Hemmung der Rb-Funktion durch virale Proteine
Virale Proteine verdrängen Rb aus Komplex mit E2f
E1A stabilisiert E2f
E7 induziert Degradation von Rb
Zelluläre Schalterproteine des Zellzyklus: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-Phasereguliert G1/S arrest (geringe DNA-Schäden)Apoptose (‚irreparable DNA-Schäden‘)
-
p53
Rb
RbP
Rb
+
-
Inaktivierung von p53 durch adeno- und papovavirale Proteine
(inaktiver Komplex)
Ubiquitin Proteinligase
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Aktivator Repressor