Die Familie der Herpesviridae - Helmholtz Zentrum München · Herpesviridae Molekulare Virologie Ruth Brack-Werner; SS 2009 Die Familie der Herpesviridae Humanes Herpesvirus 8 (=

Herpesviridae

Ruth Brack-Werner; SS 2009Molekulare Virologie

Die Familie der Herpesviridae

Humanes Herpesvirus 8(= Kaposi sarcoma herpes virus)

Rhadinovirus

Humanes Herpesvirus 4(Epstein Barr Virus)

Lymphocryptovirusγ-HerpesvirinaeHumanes Herpesvirus 6,7RoseolovirusKeinMuromegalovirusHumanes Herpesvirus 5Cytomegalovirusβ-Herpesvirinae

Humanes Herpesvirus 3 (Varicella Zoster Virus)

Varicellovirus

Humanes Herpesvirus 2 (Herpes-simplex-Virus-2)

Humanes Herpesvirus 1 (Herpes-simplex-Virus-1)

Simplexvirusα-Herpesvirinae

Vertreter (Mensch)GenusUnterfamile

Herpesviridae


Herpesviridae: Gemeinsame, charakteristische Merkmale

.

• Partikel enthalten Faktoren, die u.a. die virale Transkription aktivieren und

die in die zelluläre Genexpression eingreifen;

• Zusammenbau der Viruskapside und Virus-Genomsynthese im Zellkern;

• Virusvermehrung = Zerstörung der Wirtszelle;

• Latenz;

• Kodieren mehrere Enzyme/Proteine für die Genomreplikation (z.B. DNA

Polymerase, Korrekturenzyme und Enzyme für die Bereitstellung von

Nukleotid-Bausteinen );

• Genome linear, dsDNA, bis zu 230 kB lang.

Herpesviridae


Herpesviridae: Merkmale der einzelnen Unterfamilien

http://www.vu-wien.ac.at/i123/SPEZVIR/HERPESGEN1.HTML

Zell-Spektrum

Zell-Spektrum

Zell-Spektrum

Herpesviridae


Struktur von Herpesviren

Schematische Darstellung (Beispiel: HCMV);http://www.biografix.de/

Lipidhülle; TegumentGrösse: 180-200 nM Durchmesser;

Elektronen Mikroskopische Aufnahmehttp://web.uct.ac.za/depts/mmi/stannard/emimages.html

Lipidmembran

Herpesviridae


Herpesvirus Genome

http://www-micro.msb.le.ac.uk/3035/3035pics/Herpes1.gif

Herpesviridae


Isomere des Cytomegalovirus Genoms

Aus”Molekulare Virologie”, Modrow, Falk, Truyen, 2.Auflage, 2003, Spektrum Akademischer Verlag, Kap. 19l, Fig.19.24B

Herpesviridae


Herpesvirus Genome liegen als Episom in infizierter Zelle vor

Gene für:DNA SyntheseKapsidMembranproteineLAT

Replikationsursprung

http://darwin.bio.uci.edu/~faculty/wagner/hsvimg04.jpg

Herpesviridae


Beispiele für Herpesvirus Promotoren

Fast jedes Gen hat seinen eigenen Promotor.Aus Fields Virology 4th edition, 2002, Chapter727, Lippincott, Williams and Wilkins, 2002 Fig. 67-6

Herpesviridae


Beispiel eines viralen Transkriptionsregulators:HSV VP16

Viru

s par

ticle

:http

://w

ww

.stdg

en.la

nl.g

ov/s

tdge

n/ba

cter

ia/h

hv1/

herp

es.h

tml

α-genesImmediate early

β-genesearly

γ-geneslate

-

+

Latency

VP16

500 - 1000 molecules

Herpesviridae


„Immediate early“ (α) virale Proteine: Beispiel HSV

Verhindert Präsentation von viralen Antigenen für CD8 Zellen;

ICP47

Transkriptionsaktivator; wirkt synergistisch mit ICP4; 79ICP0

Post-transkriptioneller Regulator; Trägt zur Ausschaltung der Expression zellulärer Proteine bei indem es Splicing inhibiert*Fördert den Export ungespleißter viraler mRNAs;

Phosphoryliert/ 63ICP27

Aktivierung der Transkription von β und γ Genen; Repression der Transkription von α-Genen (ICP0, ICP4)

Phosphoryliert; UDP und ADP-Reste/140

ICP4

FunktionenModifikation/Grösse (kD)Proteine

„Early“ Proteine/Enzyme für die virale DNA Replikation (I)

?38-40/BZLF1

70/UL84

94/UL9

Bindet an oriLyt

orf5950/BMRF1

52/UL44

62/UL42

Bindet ds DNA (processivity factor)

0rf40/41-/BBLF2/3

110/UL70

114/UL52

5’,-3’Helikase, DNA-Primasekomplex

Orf44

orf56

110/Orf6

Orf 9

HHV-8

-/BBL4

-/BSLF1

138/BALF2

110/BALF-5

EBVCMVHSV

140/UL57

124/UL29

Bindung von Einzelstrang DNA an Replikationsgabel

-/UL102?

115/UL105

150/UL50

99/UL5

5’,-3’Helikase, DNA-Primasekomplex

80/UL8Stimuliert Primersynthese

140/UL30

DNA Polymerase:Polymerase und Exonukleaseaktvität

Grösse (kD) /Genort )Funktion

Polymerase-komplex

Helikase-Primase-Komplex

Herpesviridae


Replikation des Genoms zur Verpackung in Virione: „Rolling circle“ Mechanismus

Aus”An Introduction to Genetic Analysis” Griffiths, Miller, Suzuki, Lewontin, Gelbart, , 7th Ed, 2000, W.H. Freeman and Co, Fig. 8-19,

Herpesviridae


Beteiligung von Herpesvirus Proteinen bei der lytischen Genomreplikation

Aus”Molekulare Virologie”, Modrow, Falk, Truyen, 2.Auflage, 2003, Spektrum Akademischer Verlag, Kap. 19l, Fig.19.25

„Early“ Proteine/Enzyme für die virale DNA Replikation (II)

Orf3770/BGLF5-/UL9868/UL12Alkalische Endo-/Exonuklease: Auflösung von Verzweigten Strukturen in der DNA.

orf4678-88/BKRF3

-/UL114

39/UL2

Uracilglycosylase: Katalysiert die Freisetzung von Uracil aus DNA: DNA Reparatur?

orf55

Orf60

Orf61

Orf 21

HHV-8

-/BLLF3

34/BaRF1

85/BORF2

70/BXLF-1

EBVCMVHSV

-/UL45

140/UL39

Ribonukleotidreduktase* Untereinheit (gross)

-/UL72

?

-/-

38/UL40

Ribonukleotidreduktase* Untereinheit (klein)

39/UL50

dUTPase: dUTP -> dUMP zur Verhinderung des Einbaus von dUTP in die DNA;

41/UL23

Thymidinkinase; Phosphoryliert Thymidine und andere Nukleoside;

Grösse (kD) /Genort )Aktivität

*Katalysiert die Umwandlung von Ribonukleotiden zu Desoxyribonukleotiden; Essentiell für die Replikation in nicht-teilenden Zellen.

Herpesviridae


Exemplarische „Späte“ Proteine

153/-/orf25

HHV-8

154/-/BCLF1

-/-/BPLF1?

EBVCMVHSV

153/-/UL86155/VP5/UL19

Hauptkapsidprotein

71/-/UL82

Diverse Membranproteine (Glykosyliert)

54/α-TIF, ICP25, VP16, UL48

Tegument Protein; aktiviert die Transkription der “immediate early” Gene

Grösse (kD)/Bezeichnung /Genort )Aktivität

Herpesviridae


VP16 funktioniert als Komplex mit zellularen Faktoren

POU domains

Oct-1: Octamer 1 transcription factor

HCF-1: human factor C1

Acidic activation domain

Wysocka J and Herr W. 2003.TIBS 28, 294-304.

Herpesviridae


Replikationszyklus: Eintritt in die Zelle (HSV)

HS: Heparan sulphate

HVEM: Herpes virus entry mediator: Mitglied der TNF-α Rezeptor Familie

3-O-S: 3-O-Sulfotransferase; spezifische durch 3-O-S modifizierte HS können als Fusionsrezeptoren dienen.

Nectin 1, 2: Mitglieder der Immunoglobulin superfamilie

Spear PG et al. 2004,

= Entry

Herpesviridae


Heparin Sulphat

Disaccharid bestehend aus D-glucosamin und N-Acetyl-D-Glucosamin

GAG: glycosaminoglycan

http://www.med.unibs.it/~airc/hspgs.html

Negative Ladungen

Aus: Molecular Biology of the Cell. 4th ed. Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter. New York: Garland Publishing; 2002.Fig. 19-39

Herpesviridae


Bindung von Herpesviren an Zelloberfläche führt zur Transduktion von Signale (Bsp. HCMV)

Compton T. 2004. TCB. 14, 5-9.

Replikationszyklus: HSV I

“Immediate Early”Ereignisse 1-9: Anheftung des Virus an Zelloberfläche; Fusion der viralen und zellulären Membrane; Eintritt des Kapsids und Ausschüttung der Tegumentproteine in die Zelle; Transport des NC zur Kernpore und Freisetzung der HSV DNA in den Kern; Expression der α-Gene und Synthese der Proteine;

“Early” Ereignisse 10-11: α-Proteine aktivieren die Synthese der β-Proteine;

“Späte” Ereignisse 12-24-: DNA Replikation: Bildung von Konkatameren, die zur Transkription der γ -Gene verwendet werden; Synthese von Hüllproteinen am ER; Transport von viralen Glykoproteinen in den Golgi; Zusammenbau von Nukleo-Kapsiden (NC) im Kern; Ausknospung von NC in das ER und dann ins Zytoplasma; Fusion der zytoplasm. NC mit Golgi-Membran; Erneute Behüllung des Virus; Ausknospung des behüllten Virus in Vesikel und Freisetzung der Vesikel durch Exozytose

Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 6.

Herpesviridae


Verbreitung von HSV im Wirt

Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, p.853.

Herpesviridae


HSV-Seroprevalenz

Anteil der Bevölkerung Alter

40% 12-19

> 80% über 60

Herpesviridae


Weitere HSV-1 und HSV-2 assoziierte Krankheiten


http://pathmicro.med.sc.edu/virol/herpes.htm

Herpesviridae


HSV Latenz und Aktivierung


Herpesviridae


Reaktivierung von HSV

• Verletzungen;

• Schwere Erkrankungen mit Intubationen;

• Chirurgische Eingriffe in dem Trigeminus Nerv;

• Immunsuppression, z.B. nach Organtransplantationen;

Herpesviridae


Latente Infektion (HSV)

Schritte 1-6: Wie bei produktiver Infektion;

Zirkularisierung des viralen Genoms; Snythese der LAT (Latency Associated Transcripts

Neuron in Ganglion

Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Appendix, Fig. 6.

Herpesviridae


HSV LatenzLAT RNA

• Die LAT RNAs sind die einzigen RNAs deren Expression während der

Latenz nicht unterdrückt wird.

• Lat Promotoren (2) sind Neuronen-spezifisch;

• LAT-RNAs sind komplementär zu mRNAs die für ICP0 kodieren (Inhibition

durch Antisense-Effekt?)

• Werden gespleißt zu stabilen, ringförmigen RNAs;

• Vermutlich nicht kodierend;

Herpesviridae


LAT Transkripte sind komplementär zu ICPO Transkripte

Jones C., 2003. Clin.Microb. Reviews 16, 79-95.

Herpesviridae


Verbreitung von Varicella zoster Virus im Wirt


T-cells

Herpesviridae


Varizella Zoster assoziierte Krankheiten


Reaktivierung der Infektion (Erwachsener): Gürtelrose

Primäre Krankheit (Kind): Windpocken

http://www.lib.uiowa.edu/hardin/md/dermatlas/chickenpox.html

Herpesviridae


Vakzine gegen Varizella

• Zwei Vakzine verfügbar:

• Varivax® (Zostoavax®)

• Varilrix®

• “Lebender” attenuierter Virusstamm (“Oka”)

• Kann zu Hautauschlag mit Virämie führen (Verbreitung des Virus durch die

geimpfte Person!)

• Schutz beruht in erster Linie auf zelluläre Immunantwort (Antigene:

Peptide aus Glycoprotein E und Tegumentprotein IE62)

Herpesviridae


Cytomegalovirus: Verbreitung


Herpesviridae


Zytomegalovirus-assoziierte Krankheiten

• Infektion ist meistens inapparent;

• Ernsthafte Erkrankungen

• Bei Neugeborenen, die im Zuge der primären Infektion der Mutter

infiziert wurden (Kongenitale Krankheit): Geistige Behinderung,

Taubheit.

• Bei Immunsupprimierten Personen (AIDS, Organtransplantation):

CMV Retinitis (u.a.);

Herpesviridae


Epstein-Barr Virus: Krankheiten und Verbreitung


Herpesviridae


Epstein-Barr Virus-assoziierte Krankheiten

• Verschiedene B-Zell Lymphome;

• Burkitt’s Lymphom: Tumor im Gesicht-Kiefer Bereich; (Aktivierung der c-

myc Expression auf Grund von einer Translokation zwischen den

Chromosomen 8 und 14); Endemisch in Äquatorial Afrika;

• Nasopharynx Karzinom: Endemisch in Afrika;

• Infektiöse Mononukleose: Kommt vor bei Jugendlichen bei primärer

Infektion;

Herpesviridae


Tumorerkrankungen assoziiert mit Infektionen von γ-Herpesvirinae

Herpesviridae


Epstein-Barr Virus Latenz-Gene/Proteine

Principles of Virology, 2004. Flint SJ, Enquist LW, Racaniello VR,Skalka AM, 2nd edition. ASM Press. Fig. 16..

Damania, B. Oncogen ic gamma-herpesviruses: comparison of viral proteins involved intumorigenesis.Nat Rev Microbiol. 2004 Aug ;2(8):656-

Herpesviridae


Latenz-Gene/Proteine von γ-Herpesvirinae


Herpesviridae


EBV Latenz-Muster und ihre Assoziation mit verschiedenen Tumorerkrankungen


Replikationsgabel in Säugetierzellen

© 2002 by Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter

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