retroviridae historisches retroviren · leitet der das konzept der reversen transkription ab (nobel...

Retroviren

WS 2008/2009 Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie

RetroviridaeHistorisches

1908: Ellerman and Bang: Übertragung von Leukämie zwischen Hühnern durch Zell-freie Lysate

1910/1: Peyton Rous isoliert das infektiöse Agens für Sarkoma in Hühnern (RSV).

1960's: Howard Temin beobachtet, dass die Replikation von Retroviren durch Actinomycin D , ein bekannter Inhibitor der DNA Synthese, gehemmt wird. Daraus leitet der das Konzept der Reversen Transkription ab (Nobel prize awarded to Baltimore and Temin, 1975).

1969: Huebner and Todaro entwicklen die virale Onkogen-Hypothese : die Übertragung von viraler und onkogener Information als genetische Elemente.

1981: Entdecking des humanen T-Zell Leukaemia virus: das erste pathogene humane Retrovirus.1983: Human immunodeficiency virus discovered

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Retroviridae

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Retroviridae:Proteine, die in allen Retroviren vorkommen

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Retroviridae: Morphologien

A-Typ:Nicht-umhüllt; intrazelluläre Partikel: IAP

B-typ:Umhüllt; azentrisches Core:MMTV

C-Typ:Zentrales Core: MLV, ALV, HTLV, HIV

D-typ:Etwas grösser (120 nm); Spikes weiniger ausgeprägt; MPMV

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Retroviridae

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Retroviridae: Genome

Retroviren sind

die einzigen Viren, die ein DIPLOIDES Genom haben;

die einzigen RNA Viren, deren Genome von der zellulären Transkriptionsmaschinerie produziert wird;

deren Genom eine spezifische zelluläre RNA (tRNA) für die Replikation benötigt;

die einzigen (+)-Strang RNA Viren, deren Genome nicht als mRNA unmittelbar nach der Infektion dienen;

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Retroviridae: RNA Genome

R Region: sich wiederholende Seqeunzen an beiden Enden des Genoms;

PBS: primer binding site; 18 nt lang; Sequenz ist Komplementär zum 3’Ende der spezifischen Primer -tRNA;

Leader: 90 bis 500 nt nicht-translatierete Region. Enthält z.B. Verpackungssequenzen;

PPT: polypurine tract; ca. 10 A/G Nukleotide, die verantwortlich für die Initiierung der +-Strang Synthese bei der reversen Transkription sind.

U3: “Unique” Region am 3’ Ende.

U5: “Unique” Region am 5’ Ende.

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Retroviridae: Unterschiede zwischen RNA Genom und Provirus

U3 U5

RNA

DNA

RNA Genom

Provirus = integrierte DNA Kopie

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Retroviridae: Offene Leseraster (Provirus)

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Replikation der Retroviren:Eintritt in die Zelle

Anheftungsmoleküle: Moleküle, für das Anheften des Virus an die Zelloberfläche

Rezeptoren: Zelloberflächenmoleküle, die den Eintritt des Virus in die Zelle vermitteln

Das Virus kann an die Zelloberfläche binden ohne aufgenommen zu werden.

Besipiel: DC-SIGN auf der Oberfläche von dendritischen Zellen.

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Replikation der Retroviren:Anheftungsmoleküle

Anheftungsmoleküle: Heparan Sulfat, Proteoglykane, Nukleolin, Integrin αL, β2 (=LFA-1); DC-SIGN

Beispiel HIV

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Replikation der Retroviren:3 Typen von Rezeptoren

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Replikation der Retroviren:Rezeptormoleküle

Aktivierung von T-Helferzellen/

Chemokin RezeptoreCD4/CCR5 or CXCR4

HIV

Glucose-TransportGLUT-1Solute carrier family 20 member

HTLVHuman T-cell leukemia virus

Phosphat TransporterPIT-2Solute carrier family 20 member

GaLV Gibbon ape leukemia virus

Phosphat-TransporterPIT-1Solute carrier family 20 memmber

MLV, amphotropInfizierte Mauszellen und Zellen aus anderen Spezies

Aminosäure-Transport

CAT-1Cationic amino acid transporter

MLV, ecotropMurine Leukemia Virus(infiziert nur Mauszellen)

FunktionMolekülVirus

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Replikation der Retroviren:CAT-1, Rezeptor für ekotrope MLVs

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Replikation der Retroviren:HIV Rezeptore

www.thelancet.com Vol 370 July 7, 2007. Este´et al.

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Replikation der Retroviren:Eintrittswege

MLV: Endozytose

HIV: Fusion der viralen Membran mit derWirtszellmembran;

Endozytose = Dead-end!

HIV Zelleintritt (Fusion)

ww

w.th

elan

cet.c

om

Vol 3

70

July

7, 2

007.

Est

e´et

al.

Inhibitoren des HIV Eintritts

ww

w.th

elan

cet.c

om

Vol 3

70

July

7, 2

007.

Est

e´et

al.

Bukrinksy M., 2004,Molecular Medicine 10, 1-5

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Replikation der Retroviren:Reverse Transkription

Benötigte Komponenten:

Reverse Transkriptase

RNAse H

tRNA

Divalente Kationen: Mg2+ oder Mn2+

RNA-Matritze

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Replikation der Retroviren:tRNA Primer

Marquet et al., 1995; Biochemie 77, 113-124

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Replikation der Retroviren:Reverse Transkription

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Replikation der Retroviren:Vorgang der Reversen Transkription

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Replikation der Retroviren:Produkte der reversen Transkription

Linear DNA

One-LTR circle

2-LTR circles

Autointegrates

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Suzuki and Craigie Nature Reviews Microbiology 5, 187–196 (March 2007) | doi:10.1038/nrmicro1579

Retroviridae:Verschiedene Abhängigkeiten der Infektion

vom Zellzyklus

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Retroviridae:Transport HIV-DNA Kopie in den

Zellkern

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Retroviridae:Transport der DNA Kopie in den Zellkern

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Retroviridae:Transport der HIV-DNA Kopie in den Zellkern

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Retroviridae:Integration der HIV-DNA in das Wirtszellgenom

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Replikation der Retroviren:Integration am Bsp. von HIV

Engelman and Cherepanov, 2008, PLOS Pathogens 4

Raltegravir

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Replikation der Retroviren:Sequenzmerkmale der Integration

DuplicationDuplication

TG CA

Invariant dinucleotides at LTR ends

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Replikation der Retroviren:Beteiligung von zelllulären Proteinen bei

der Integration: Bsp. HIV /LEDGF

Engelman and Cherepanov, 2008, PLOS Pathogens 4

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Retroviren: Expression;Promoterbeispiel eines „einfachen“ Retrovirus (MLV)

Retroviren


Retroviren: Expression;Promoterbeispiel eines „komplexen“ Retrovirus (HIV)

Courtesy of Manja Meggendorfer

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Retroviren: ExpressionRetrovirale Trans-Aktivator Proteine der Transkription

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Retroviren: ExpressionDie RNA Binde-Region für Tat

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Retroviren: ExpressionTermination der Transkription

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Retroviren: ExpressionSplicing von „einfachen“ Retroviren

Retroviren


Retroviren: ExpressionSplicing von „komplexen“ Retroviren

Courtesy of Michelle Vincendeau

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Retroviren: Expression;Rev ist ein Aktivatorprotein das auf post-

transkriptioneller Ebene wirkt

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Retroviren: Expression;Aktivitäten von Rev

• Bindet an unvollständig oder ungespleißten Transkripten;

• Beeinflusst das Spleißen der RNA;

• Rekrutiert CRM1/Exportin1 für den Export seiner RNA-”Fracht” aus dem Zellkern in das Zytoplasma;

• Fördert die Translation der RNA;

• Fördert die Verpackung der genomischen viralen RNA.

Rev ist ein multi-funktionelles Protein

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Retroviren: ExpressionTranslationskontrolle

Balvay, L. et al., 2007; Nature Reviews Microbiology, 128-140; Fig. 5

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Retroviren: Expression;Genprodukte

RegulatorProteine

Proteine des Virus-partikels

“Akzessorische”Proteine

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Retroviren: Verpackung der RNA; Zusammenbau des Virions und Reifung

Courtesy of Michelle Vincendeau

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Retroviren: Zusammenbau der PartikelGag und Gag-Protease-Pol Fusions-Proteine

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Retroviren: Zusammenbau der PartikelGag-Domänen für den Zusammenbau

Myristylsäure

COOHNH2

Bukrinskaya , A.G., 2004; Arch Virol, 1067-1082

I: Gag-MultimerisierungM: Membranbindung

L: Budding

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Retroviren: Zusammenbau der Partikel;Verpackungssignale in der 5‘ Region der viralen RNA

Balvay, L. et al., 2007; Nature Reviews Microbiology, 128-140; Fig. 5

Beispiel: SIVmac

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Retroviren: Zusammenbau der Partikel:Mindestens drei verschiedene Wege

Zusammenbau und Knospung an interne Membrane

Zusammenbau und Knospungan der Zellmembran

Zusammenbau der Kapside im Zytoplasma, Assoziation mit den Hüllproteinen an der Zellmembran.

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Retroviren: Reifung

Von Schwedler, U.K. et al., 1998; The EMBO Journal 1555-1548; Fig. 1

HIV expression

Infectious virions

Integration: Point of no return

Assembly of virus particles

Early phase

Attachment, entry

The HIV replication cycle

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