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Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Geschichte der Pockenkrankheit (Smallpox)
Mahalingam, S. et al., 2004, TRENDS Im., 637-639
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Poxviridae
Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
Variolavirus
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Poxviridae
Harrison, S
C. et al., 2004, P
NA
S 101, 11178-11192
Nur beim MenschenÜbertragbar von Tier auf Mensch
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Tropismus der Viren in kultivierten Zellen kann sich von dem Wirtstropismus unterscheiden
Tropismus = Vermehrungsfähigkeit
McFadden, G.2005. Poxvirus tropism. NatRevMicrobiol 3, 201-213
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Pockeninfektion von Tieren
McFadden, G.2005. Poxvirus tropism. NatRevMicrobiol 3, 201-213
Mousepox Camelpox
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Gemeinsame Eigenschaften von Chordopoxvirinae
•Grosse, ziegelsteinförmige DNA Viren
•Genome 130-300 kB
•Replikation ausschliesslich im Zytoplasma
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Variolavirus Varianten
Poxvirus variola maior30 - 40% Mortalitätsrate
Poxvirus variola minorca. 1% Mortalitätrate
Nur ca. 2% Unterschied zwischen beiden Genomsequenzen (ca. 185 000 Bp).
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Pockenviren Struktur: Modell Vaccinia Virus
DNA-abhängige RNA Polymerase; RNA-Prozessierungsenzyme
350 nm
IMV
250 nmHarrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
Poxviruses
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Verschiedene Formen von Vaccinia-Viren
IEV: Intracellular enveloped virionEEV: Extracellular eveloped virion CEV: Cell-associated enveloped
virion
Enthalten eine Lipid-Dopplemembran mehr als die IMV Form.Weniger empfindlich ggü neutralisierende AK, Complement-faktoren als die IMV;
IMV: Intracellular mature virion
IMV CEV
EEVEEV
Poxviruses
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Vaccinia-Virus Morphogenese
Smith, GL et al.,2002, JGenVirol. 83, 2915-2931.
Poxviruses
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Vaccinia-Virus DNA
Strukturproteine, Essentielle Enzyme
Virulence Proteine, Host-range Proteine,Immune Modulatoren
Komplette Sequenz der Kopenhagen und WR-Stämme bekannt.
191 kbp
Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
ITR ITR
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Replikation der Pockenviren.
Die Replikation der Pockenviren läuft vollständig im Zytoplasma ab;
Pockenvirus-Proteine werden an zelluläre Ribosomen synthetisiert;
Poxviruses
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Proteine für die Transkription von Vaccinia Virus Genen
Broyles S.S. 2003, JGenVirol 84, 2293-2303.
HostHost
Host
Poxviruses
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Auswahl von Pockenvirus-Enzymen für die DNA Synthese
Enzym FunktionDNA-Polymerase Synthese des viralen
dopplesträngigen DNA GenomsProcessivity factor Synthese des viralen
dopplesträngigen DNA GenomsDNA Ligase Replikation der viralen DNA; Bildung
der kovalent geschlossenen Enden des DNA Genoms;
Thymidinkinase Phosphorylierung von Thymidin-Nukleosiden zu TMP
Thymidylatkinase TMP -> TTP
Uracil-DNA-Glycosylase Teil des Reparatursystems; Entfernt Uracilreste aus der DNA;
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Vergleich der Thymidin-Kinasen von HSV-1 und Vaccinia VirusHSV-1 TK Vaccinia Virus TK
Typ I II
Größe (kDa) 40 20
Quartär-Struktur Dimer Tetramer
Feedback Regulation (Hemmung durch dTDP bzw. dTTP)
Nein Ja
Substratspezifität Gering: Phosphorylierung von Guanosine-Analoga (z.B. Acyclovir, Gancyclovir)
Hoch: Nur Thymidine, bzw. Bromdeoxyuridine;
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Vaccinia-Virus Replikationszyklus:Frühe Phase
1. Viruseintritt (IMV oder EEV)Fusion von vir. und zellul. MembraneEnthüllung des Virus; Freisetzung des viralen Kerns.
2. Synthese von frühen mRNA im Virus-Kern
3. Produkt. der frühen Proteine
4. Sekretion von Proteinen:Immunmodulatoren und Proteine die dasWachstum von umliegenden Zellenbeeinflussen.
5. Freisetzung der viralen DNA aus dem Virus-Kern; Ende der Expression von frühen viralen Genen;
Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
Poxviruses
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Vaccinia-Virus Replikationszyklus:Mittlere („intermediate“) Phase
6./7. Replikation des viralen Doppelstrang DNA-Genoms
8. Transkription von “intermediate Phase” mRNAs;
Relokation des Wirtsproteins Vitf2 in dasZytoplasma
9, 10. Synthese von Proteinen für die Spät- Phase:
RNA polymerase;Transkriptionsfaktoren; Virus-Bestandteile;
Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
Poxviruses
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Vaccinia-Virus Replikationszyklus:Frühe Phase
11. Synthese von Virionproteine12-14 Synthese des IMV15. Freisetzung des IMV nur
durch Zellyse.16. Erwerbung einer zweiten
Doppelmembran und Bildung des IEVs;
17. Transport zur Zelloberfläche; und Aktinpolymerisation: CEV;
18. Transfer des CEV zu Nachbarzelle oder Freisetzung als EEV
Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Virale Proteine zur Tarnung der infizierten Zellen
Virokine: Imitate vonZytokinen,Complementfaktorenund anderenImmunmolekülen des Wirtes
Virorezeptoren: Imitate von Rezeptoren für Zytokine, und andere proinflam-Matorische und antivirale Moleküle
Stützproteine für das Überleben der Zelle als Virusproduzent
Virale Proteine für das ÜberlebenInfizierter Zellen
Johnston JB, and McFadden G, 2003, JVi. 6093-6100
Poxviruses
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Pocken als Krankheit
Die letzten bekannten Fälle: 1949 USA1972 Yugoslavian1977 Somalia
Ab 1979 galt die Pockenkrankheit offiziell als ausgelöscht (WHO)
Verbreitung des Virus: über Tröpfchen und Kontakt;
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Progression of Smallpox
Source: Foege, Lane, and Millar, Am J. Epi, 1969
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
Verfärbung i.d. Haut
Kleine Hauterhebung
Flüssigkeitsgefüllte Blase
Eiter
Schorf
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Typical Progression of Smallpox
• Incubation Period• Pre-eruptive Stage• Macules• Papules• Vesicles• Pustules• Scabs• Scars
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
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Smallpox Erupt ion Over Time
• A major diagnostic characteristic of smallpox is that lesions in a given area are similar in appearance and feel.
• Progression occurs, however, from area to area:– Pharynx, Palate.– Face.– Proximal Extremities.– Hands and Feet.
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
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Variolation
VORTEIL10-fache Abnahme der Mortalität bei Pockenerkrankung
ABER2.5% der Menschen starben bei der Variolation(Cotton Mather und Zabdiel Boyleston(e) ca. 1720 in Boston:Variolation von 244 Menschen: 6 Todesfälle)
Variolierte Menschen sind infektiös.
TROTZDEMBefahl George Washington 1776, dass die gesamte Continental Army sich der Variolation unterzog.
Gesunde werden dem Schorf aus Pusteln erkrankter Personen ausgesetzt
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Vaccinia Virus
• Origin of vaccinia virus unknown.
• Genetically distinct from cowpox and variola.
• May be a virus now extinct in nature.
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
Poxviruses
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Smallpox Vaccine
1796 Edward Jenner develops vaccine
1805 Use of cows to produce vaccine
1940’s Freeze-drying technology
1965 Licensure of bifurcated needle
1971 Routine vaccination stopped in US
1975 Attenuated strains - Japan
1983 Vaccine removed from civilian markethttp://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
Poxviruses
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Vaccine Product ion
• Grown on skin of calves, sheep, water buffalo.
• Lesions harvested before crusting:– Maximizes viral titer.
• Pulp ground.• Mixed with 40%-60% glycerol.• Distributed in glass capillary tubes.
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
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Dryvax Smallpox (Vaccinia) VaccineAdminist rat ion Schedule
Schedule:• 1 Successful Dose >18 years of age.
Revaccination:• 10 Years - nonhighly-attenuated vaccinia
and recombinants.• 3 Years – highly attenuated
orthopoxviruses.http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview/
Poxviruses
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New Smallpox Vaccines, 2003
• Live vaccinia virus produced using cell culture technology.
• Distributed as a freeze-dried powder.• Vaccine does not contain antibiotics.• Diluent contains glycerin and phenol.
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Smallpox Vaccine Administ rat ion
• Vaccinia virus may be cultured from the site of a primary vaccination from 2-3 days after vaccination until the scab separates.
• Care must be taken to prevent spread of the virus to other parts of the body or other persons.
• Hands must be washed after every contact with the vaccination site or any materials (clothing, dressing, etc.) that has come into contact with the vaccination site.
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Smallpox Vaccine Adverse React ion Rat es*
ReactionPrimary
Vaccination
Inadvertent inoculation 25-529
Generalized vaccinia 23-242
Eczema vaccinatum 10-39
Progressive vaccinia 0.9-1.5
Post-vaccinial encephalitis 3-12
Death 1
*Rates per million primary vaccinations
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bt.c
dc.g
ov/a
gent
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allp
ox/tr
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Poxviruses
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Gründe für die erfolgreiche Ausrottung der Pockenkrankheit
Mahalingam, S. et al., 2004, TRENDS Im., 637-639
Poxviruses
© 2010 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Vaccinia Virus: Viele offene Fragen
Was ist (sind) der Zelloberflächen- Rezeptor (e)?
Wie wird die Transkription reguliert?
Wir werden die mRNAs prozessiert?
Wie bewegt sich das Virus?
Warum kann sich das Virus in einigen Zelltypen vermehren, in anderen aber nicht?
Kann man antivirale Therapien gegen Pockenviren entwickeln?
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