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Poxviruses
© 2009 by Ruth Brack-WernerMolekulare Virologie
Geschichte der Pockenkrankheit (Smallpox)
Mahalingam, S. et al., 2004, TRENDS Im., 637-639
Poxviruses
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Poxviridae
Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
Variolavirus
Poxviruses
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Poxviridae
Harrison, S
C. et al., 2004, P
NA
S 101, 11178-11192
Nur beim MenschenÜbertragbar von Tier auf Mensch
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Variolavirus Varianten
Poxvirus variola maior30 - 40% Mortalitätsrate
Poxvirus variola minorca. 1% Mortalitätrate
Nur ca. 2% Unterschied zwischen beidenGenomsequenzen (ca. 185 000 Bp).
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Pockenviren Struktur: Modell Vaccinia Virus
DNA-abhängige RNA Polymerase; RNA-Prozessierungsenzyme
350 nm
IMV
250 nmHarrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
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Verschiedene Formen von Vaccinia-Viren
IEV: Intracellular enveloped virionEEV: Extracellular eveloped virion CEV: Cell-associated enveloped
virion
Enthalten eine Lipid-Dopplemembranmehr als die IMV Form.Weniger empfindlich ggü neutralisierende AK, Complement-faktoren als die IMV;
IMV: Intracellular mature virion
IMV CEV
EEVEEV
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Vaccinia-Virus Morphogenese
Smith, GL et al.,2002, JGenVirol. 83, 2915-2931.
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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;
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Proteine für die Transkription von VacciniaVirus Genen
Broyles S.S. 2003, JGenVirol 84, 2293-2303.
HostHost
Host
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Auswahl von Pockenvirus-Enzymen für die DNA Synthese
Teil des Reparatursystems; Entfernt Uracilreste aus der DNA;
Uracil-DNA-Glycosylase
TMP -> TTPThymidilatkinase
Phosphorylierung von Thymidin-Nukleosiden zu TMP
Thymidinkinase
Replikation der viralen DNA; Bildungder kovalent geschlossenen Endendes DNA Genoms;
DNA Ligase
Synthese des viralen dopplesträngigen DNA Genoms
Processivity factor
Synthese des viralen dopplesträngigen DNA Genoms
DNA-Polymerase
FunktionEnzym
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Vergleich der Thymidin-Kinasen von HSV-1 und Vaccinia Virus
Hoch: Nur Thymidine, bzw. Bromdeoxyuridine;
Ja
Tetramer
20
II
Vaccinia Virus TK
Gering: Phosphorylierungvon Guanosine-Analoga (z.B. Acyclovir, Gancyclovir)
Substratspezifität
NeinFeedback Regulation (Hemmung durch dTDP bzw. dTTP)
DimerQuartär-Struktur
40Größe (kDa)
ITyp
HSV-1 TK
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Vaccinia-Virus Replikationszyklus:Frühe Phase
1. ViruseintrittFusion 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; Endeder Expression von frühenviralen Genen;
Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
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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 fürdie Spät- Phase:
RNA polymerase;Transkriptionsfaktoren; Virus-Bestandteile;
Harrison, SC. et al., 2004, PNAS 101, 11178-11192
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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 Bildungdes 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
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Virale Proteine zur Tarnung der infizierten Zellen
Virokine: Imitate vonZytokinen,
Complementfaktorenund anderenImmunmolekülen
des Wirtes
Virorezeptoren: Imitate von
Rezeptoren fürZytokine, und andere proinflam-Matorische und antiviraleMoleküle
Stützproteine für das Überleben der Zelle als Virusproduzent
Virale Proteine für das ÜberlebenInfizierter Zellen
Johnston JB, and McFadden G, 2003, JVi. 6093-6100
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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
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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 Eruption 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
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Smallpox Vaccine
Vaccine removed from civilian market1983
Attenuated strains - Japan1975
Routine vaccination stopped in US1971
Licensure of bifurcated needle1965
Freeze-drying technology1940’s
Use of cows to produce vaccine1805
Edward Jenner develops vaccine1796
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
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Vaccine Production
• 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
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
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Dryvax Smallpox (Vaccinia) VaccineAdministration 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/
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New Smallpox Vaccines, 2003
• Live vaccinia virus produced using cell culture technology.
• Distributed as a freeze-dried powder.• Do not contain antibiotics.• Diluent contains glycerin and phenol.
http://www.bt.cdc.gov/agent/smallpox/training/overview
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Smallpox Vaccine Administration
• 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
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Smallpox Vaccine Adverse Reaction Rates*
3-12Post-vaccinial encephalitis
1Death
0.9-1.5Progressive vaccinia
10-39Eczema vaccinatum
23-242Generalized vaccinia
25-529Inadvertent inoculation
Primary VaccinationReaction
*Rates per million primary vaccinations*Rates per million primary vaccinations
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Gründe für die erfolgreiche Ausrottung der Pockenkrankheit
Mahalingam, S. et al., 2004, TRENDS Im., 637-639
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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?