Polyomaviridae Taxonomie Ehemals Unterfamilie der … · 2011. 5. 8. · K-Papovavirus (KPV) Maus: Simian Virus 40 (SV40) Rhesus Affe: Lymphotropic Papovavirus (LPV) Afrikanische

Transformation/Polyomavirus

Ruth Brack-Werner; SS2011Molekulare Virologie

Polyomaviridae

Taxonomie

Ehemals Unterfamilie der Papovaviridae;

Jetzt unabhängige Virusfamilie mit 13 Mitgliedern



Mitglieder der PolyomaviridaeVirus WirtPolyomavirus (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



Entdeckung der Polyomaviren

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.



Gemeinsame Merkmale der Polyomaviren

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. Können �Zellen in Kultur transformieren;

5. Verursachen nicht Tumore in ihren natürlichen Wirten (z.B. SV40 in

Rhesus Affen).



Einige wichtige Entdeckungen der Zellbiologie, die an Polyomaviren gemacht wurden.

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



Struktur von Maus Polyomavirus-Partikel

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 Sialyl-Säureresten auf der Zelloberfläche

Jedes VP1 Pentamer ist mit einem Molekül VP2 oder VP3 verbunden.

Graphische Nachbildung eines Viruspartikels: Durchmesser ca. 45 nmAus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 41, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-1c



Struktur des Polyomavirus-Genoms

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

Ringförmige Supercoiled DNA (= Episom)

Nukleosomen-freie Region

Nukleosomen:Enthalten Histone



Verlauf der SV40 Replikation

Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-5

Idealisierte zeitliche Abfolge

Virale GenomeT-Antigen freigesetzte Viruspartikel

Zelluläre DNA Synthese



Zelluläre Rezeptoren für Polyomaviren

Virus Rezeptor Moleküle/Zelle Zell-TropismusPolyomavirus (PyV) N-verknüpfte

Glykoproteine mit Sialyl-Säure-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 Sialylsäure-Resten

unbekannt Weit verbreitet

JC Virus N-verknüpfte Glykoproteine mit Sialyl-Säure-Resten

50.000 Oligodendrozyten, Astrozyten, B-Lymphozyten



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Haüfigste Form der Sialylsäure beim Menschen



Sialylsäuren sind weitverbreitet auf Zelloberflächen

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Replikationszyklus

Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,

Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 16.

ReplikationszyklusPolyomaviren



Expression von SV40 Proteinen: 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.


Synthese viraler Genome

LateEarly

Das SV40 Genom



Die Regulatorische Region des SV40-Genoms

Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-3a



Eigenschaften des SV40 T-Antigens

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



Funktionen des SV40 T-Antigens

1. Optimierung der Zelle für die Virusvermehrung:1. Vorantreiben des Zellzyklus bis zur S-Phase:Freisetzung von E2F

2. Verhinderung der Apoptose: Sequestrierung von p53

2. Transkriptionsregulation:1. Autoregulation (Effekt Konzentrationsabhängig);

2. Aktivierung der späten Transkription

3. DNA-Replikation:

1. Fördert die Entwindung der DNA Stränge;

2. Rekrutierung von DNA Polymeraseα-Primase für die Synthese der Okazaki-

Fragmente und die DNA Polymerase δ für die Verlängerung der

neusynthetisierten DNA Stränge;



Domänenstruktur des T-Antigens

Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter 63, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 63-6a



Polyomaviren bei Menschen


BK-Virus im Urin JC-Virus im infizierten Oligodendrozyten im Gehirn



JC-Virus und BK-Virus Genome




Merkmale der JC- und BK-Virus Infektion

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);



Progressive multifokale Leukoenzephalopathie (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. Prävention: deutliche Besserung durch HAART bei HIV-Infizierten



Kann SV40 bei Menschen Krebs auslösen?

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 Menschen1. In einigen Tumorarten (Osteosarkome, Lmyphome und Mesotheliome)

2. Nachweis der SV40DNA auch bei Menschen die nachweislich NICHT

geimpft wurden;

3. Nachweis der SV40DNA auch in Normalgeweben;

4. In einigen Fällen handelte es sich um Labor-Plasmide mit SV40 Seqeunzen

3. Zusammenhang zwischen SV40 DNA und Krebs1. Fraglich;

2. Keine Hinweise für einen kausalen Zusammenhang



Weiterführende Literatur



Polyomaviren: Zusammenfassung

1. Einige Vertreter haben transformierendes Potential

2. Unbehüllte Viruspartikel

3. Ringförmige dsDNA Genome

4. Virale Expression1. Eine zentrale Kontrollregion für ide Transkriptionssteuerung

2. Mehrere mRNAs; Bildung durch alternatives Splicing

3. Bicistronische mRNAs

5. T-Antigen: Multi-funktionelles, frühes virales Protein;

6. Human-Pathogene Vertreter: JC-Virus: PML

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Polyomaviridae Taxonomie Ehemals Unterfamilie der … · 2011. 5. 8. · K-Papovavirus (KPV) Maus: Simian Virus 40 (SV40) Rhesus Affe: Lymphotropic Papovavirus (LPV) Afrikanische