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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 viraler InfektionenMo23.1.12

R.B.

Verlaufsformen von Virusinfektionen

Fr20.1.12

R.B.

ViraleReplikationsstrategien

Do19.1.12

R.B.

Geschichte der Virologie, Virusaufbau, Klassifizierung, Nachweis von Viren

Virologie

Mi 18.1.12

R.B.

LogarithmischePhase

Lag-

Phas

e

1 2 3 4

Stunden

Zellz

ahl

101

102

103

104

• Anpassung an die Kulturbedingungen(Lag-Phase)

• logarithmische Vermehrung durch Zweiteilung

• Verlangsamung der Teilung nach Aufbrauchen der Nährstoffe (Sättigung)

Vergleich der Vermehrungsstrategievon Bakterien und Viren in Kultur

Eklip

se

Late

nzpe

riode

• Infektöse Partikel dringen in die Zelleein und zerfallen (Eklipse)

• Bildung und Freisetzung von vielen Virusnachkommen pro Zelle

• Ende der Wachstumsphase durch Todder Wirtszellen

extrazellulär

PFU

/ml

12

102

104

106

108

24 36 48

Stunden

intrazellulär

Bsp: Adenovirus

Grundzüge der Virusvermehrung

Wirtszelle

Viruseintritt (entry)Spezifischer Wirt und spezifische ZelleRezeptor-vermittelt

UncoatingFreisetzung des Genoms

Replikationdes Genoms

Proteinsynthese

Montage(assembly)

Virusaustritt (release)durch Knospung (budding)oder Lyse der Zelle

Virusgenome kodieren Genprodukte und Informationen für

Partikelbildung und Verpackung des GenomsReplikation des VirusgenomsRegulation des Replikationszyklus (z.B. Umprogrammieren der Zellen)Ausschalten zellulärer AbwehrmechanismenVerbreitung auf andere Zellen und Wirtsorganismen

Virusgenome kodieren nicht

Proteinsynthese-Maschinerie (rRNA etc; Ausn. Mimiviren)Enzyme des EnergiestoffwechselsFaktoren der MembranbiosyntheseTelomere, Zentromere

Eigenschaften von Virusgenomen

Virale Replikationsstrategien („Baltimore-Schema“)

Infektion

Virale DNA im Nukleus

Start der viralenDNA-Replikation

Neue Viren

late (L)early (E)

• Vorbereitung virale DNA Replikation• Regulation der viralen Genexpression• Regulation der zellulären Genexpression• Induktion der S-Phase

• Viruskomponenten (Kapsid- undHüllproteine)

Genexpression und DNA-Replikationbei DNA Viren

© Flint et al. Principles of Virology

SV40: Ein Modell für DNA-Replikation


EARLY

LATE

SV40 Replikationszyklus

DNA Virus Replikation

Wo (Nukleus oder Zytoplasma)?

Nukleus TranskriptionSpleißenDNA-Replikation

Wann?

S-Phase

S-phase ist essentiellVirus-induzierte S-Phase (Ausnahme: Parvoviren- Stärkere Abhängigkeit von ‚normalem‘ Zellzyklus)S

AUG.....................................UAA5‘ 3‘+

Plus-Strang: Genom = mRNA

UAC.....................................AUU3‘ 5‘-

Minus-Strang: Antigenom = mRNA

AUG.....................................UAA5‘ 3‘+

AUG..................UAA UUA.................. CAU5‘ 3‘

UAC..................AUU AAU..................GUA3‘ 5‘

Ambisense: Genom und Antigenom = mRNA

Genompolarität von RNA Viren

3D-Struktur einer RNA-abhängigen RNA Polymerase

Right-hand shape fully encircled active siteThumb Palm Fingers

NS5B desHepatitis C Virus

Strukturhomologien von Polymerasen

Palm

Finger

Thumb

©Flint et al. P

rinciplesof V

irology

Klenow T7 RNAP HIV-I RT 3Dpol

Struktur des Poliovirus: (+)RNA Virus


Genomorganisation des Poliovirus: (+)RNA



ReplikationszyklusPoliovirus: (+)RNA

Struktur desVesikulären Stomatitis Virus (VSV): (-)RNA Virus


leader

Kapsid-protein

Phospho-protein

Matrixprotein

Glycoprotein

RdRp


Genomorganisation desVesikulären Stomatitis Virus (VSV): (-)RNA

The (extinct!) ‚central dogma‘ of molecular biology:Direction of flow of information in biological systems:

DNA RNA Protein Reverse Transcriptase

Information flows ‚backwards‘ (latin: retrorsum or retro)

How to win the Nobel Prize IVDon‘t be afraid of a dogma

Retroviren:In vielen Organismen zu finden wie etwa:

Rous Sarcoma Virus (Huhn)Mouse Leukemia Virus (Maus)Mouse Mammary Tumor Virus (Maus)Humane Retroviren (HIV und HTLV)Gypsy (Drosophila)Endogene Retroviren (IAP, PERVs, HERVs)

Pararetroviren:Hepadnaviren (Hepatitis B Virus)Caulimoviren (bei Pflanzen)

Retro- und Pararetroviren

Haben alle eine Reverse Transkriptase

HIV RT ist ein Heterodimer

Polymerase RNaseHp66

p51

Identische Primärstruktur – unterschiedliche3D Struktur

Struktur und Genomorganisationeines einfachen Retrovirus


• 2 Genomkopien/Kapsid

• Reverse Transkription

• Obligatorische Integration(Provirus)

• Reorganisation virale RNAvs. Integrierte DNA-Kopie(Provirus)


RetroviralerReplikationszyklus

DNA Viren nutzenzelluläre DNA-Polymerasen

Replikation im Zellkern

Ausnahmen:Orthomyxo-, Bunyaviren: Nutzen splicing

Retroviren: Integration ins Zellgenom

Ausnahme Poxviren: Replikation im Zytoplasma;haben eigene Replikationsenzyme

Die Replikationsstrategiebestimmt den Ort der Replikation

RNA Viren benötigen eigene Polymerasen

Replikation im Zytoplasma

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