Biochemie der Viren

• Einteilung nach Genom- Typ (RNA,DNA,+/- Strang), Replikation und Genexpression.
• Klassen:
• *I: DNA, ds(+/-), Doppelstrang-Viren
• *IIa: DNA, ss (+), mRNA ähnlich 
• *IIb: DNA, ss (-), komplementär zu mRNA
• *III: RNA, ds (+/-), mehrere Segmente
• *IV: RNA, ss (+), mRNA ähnlich, Synthese des komplementären Strangs f. mRNA
• *V: RNA, ss (-), komplementär zu mRNA
• *VI: RNA, ss (meist +), DNA umgeschrieben und Zellgenom eingebaut

• --> Entscheidend ist wie mRNA gebildet wird
• *Klasse IV und VI beide +--> es wird einmal RNA und einmal DNA gebildet

(+)-Strang: 5' -> 3' (mRNA), ssRNA, linear

(-)-Strang: 3' -> 5', ssRNA, linear, komplementär zu mRNA

• Lytisch: 
• *führt zum Zelltod
• *Zelle wird im Laufe der Virusvermehrung zerstört

• Persistent:
• *Dauernde Virusproduktion ohne massiven Zelltod
• *GG zwischen Wirt und Virus 
• *Zwei Versionen: 1. Virusvermehrung führt nicht zum Zelltod 2. Führt zum Zelltod, aber nur wenige Zellen sind infiziert, Ausbreitung im Wirtsorganismus ist eingeschränkt

• Latent:
• *Zeitabschnitt ohne Virusproduktion
• *Virusgenom ist präsent und evtl. auch virale Genprodukte

• Endocytose(Clathrin):
• *Polymerisation Clathrin Innenseite-->Inenseite Membran Senke-->Abschnürung der Membran mit Membran-rezeptor-Komplex

*pH herabgesetzt--> Ansäuern löst Fusion der Virusmembran mit Endosom durch HA aus--> benötigt Wirtsprotease, die HA aktiviert

*M2 erniedrigt pH innerhalb Virus-Membran-Hülle-->M1 dissoziiert RNP ab

*Freisetzung RNP ins Cytoplasma

M2 säuert durch H⁺-Transport an (pH 5-6)--> Änderung der Konformation des HA-->Fusion der Membran

• *Uncoating des Virus-Capsids durch Virus-Protease
• *Freisetzung des Virus-Capsids aus Endosomen durch Lyse 
• *Benötigt Kontakt zu pl30(CAS) und PI3-Kinase
• *Cytoplasmatischer Transport (Dyenin/Dynactin) zum ZK
• *Bindung an Kernpore
• *Entlassung der DNA in ZK
• *Virale DnA-Protein-Komplexe werden in ZK importiert, Capside bleiben im Cytoplasma

• *RNA-Genom aus 8 Fragmenten (Nucleoprotein)
• *Hülle aus Lipid- Bilayer und zwei Glycoproteinen (SPIKES): 1. Hämaglutinin: verklumpung roter Blutzellen 2. Neuraminidase: Abspaltung der Sialinsäure von Amino-Glycoproteinen-->verdaubar
• *Polymerasekomplex an Nucleoprotein
• *Matrix-Proteine (M1,M2): M2 Proteinleitender ionenkanal

*pH herabgesetzt--> Ansäuern löst Fusion der Virusmembran mit Endosom durch HA aus--> benötigt Wirtsprotease, die HA aktiviert

*M2 erniedrigt pH innerhalb Virus-Membran-Hülle-->M1 dissoziiert RNP ab*Freisetzung RNP ins Cytoplasma

* Epitop eines Virus-Hüllproteins erkennt B-Zelle und bindet an variable Domäne des B-Zellrezeptors-->Signalweiterleitung über Rezeptor/ITAM Proteine

*Internalisierung des Komplexes und Abbau der Virusproteine zu kurzen Peptiden-->Prozessierung zur Antigenpräsentation mit MHC-II-->Bindung des AG verstärkt die Effizienz der Präsentation an die T-Zelle

*Zur Aktivierung der B-Zelle muss sie von bewaffneter T-Helferzelle gebunden werden

*aufgrund der AG-Erkennung exprimiert die T-Zelle den B-Zell stimulierenden CD40-Liganden auf ihrer Oberfläche und sekretiert stimulierende Cytokine, welcge due Proliferation und Differenzierung der B-Zellen zu Plasmazellen (AK- sezernierend) fördern.

*invariable Kette (li) bildet Komplex mit MHC-II (im ER gebildet) und blockiert Bildung von falschen Peptiden und falsch gefalteten Proteinen

*li wird in angesäuertem Endosom geschnitten-->CLIP (Peptidfragment) bleibt am MHC-II gebunden

*durch Endocytose aufgenommene Antigene werden abgebaut, CLIP verhindert Bindung von Peptiden

*Blockade wird durch HLA-DM aufgehoben-->HLA-DM bindet an MHC-II und entlässt CLIP 

*Peptid bindet und MHC-II-Molekül wandert an Zelloberfläche und präsentiert Peptid den T-Zellen

* Gehören zum adaptiven Immunsystem

*Erkennungs-Moleküle

*Werden als Reaktion auf Antigene gebildet

*Struktur: 

*Funktion: Binden an Fremdpartikel-->Verklumpung , Markierung-->Makrophagen

*Variable Bereiche um große Anzahl an Peptiden zu erkennen

*2 Alpha, Beta- Heterodimere bilden 6 akzessorische Ketten-->tragen ITAM- Sequenzen im cytoplasmatischen Teil

*Nach MHC/Peptid-Bindung-->komplexe Signalübertragung

*Unreife dendritische Zellen (Dcs) können Krankheitserreger nach Bindung an spezielle Rezeptoren aufnehmen oder Substanzen unspezifisch durch Macropinocytose-->können aber noch keine T-Zellen stimulieren.

*DCs wandern zu Lymphknoten, durch Reifung steigen MHC-II und B7- Expression-->Fähigkeit zur Antigenaufnahme geht verloren.

*Antigenpräsentation für naive T-Zellen

• *Antigen-Shift: Neukombination von viralen Genom-Fragmenten
• Gleichzeitige Infektion einer Zelle mit 2 Virus- Subtypen H1N1 + HxNx
• Freisetzung von 2x8 Genom-Fragmenten
• Vermehrung beider Genom-Sätze-->gemeinsamer Pool aus beiden Genomen
• Virale Proteinsynthese 
• Zufällige Zusammensetzung neuer Viruspartikel
• Theoretisch 2^8=256 Möglichkeiten

• *Antigen-Drift:
• -Mutation im Virusgenom führen zu veränderter Aminosäuresequenz und AK-Bindung bei Virusproteinen
• -Bei Influenza-Virus Typ A und B 
• -Veränderung von HA und NA
• -Neuer Virus-Subtyp mit veränderten HA-Protein-->schlechtere Bindung durch AK

• - Virale Proteinsynthese hängt von laufender zellulärer mRNA-Synthese ab
• o Transkriptase des Virus wird durch zelluläre mRNAs aktiviert
•  Durch die UE PB2 wird 5‘-CAP + 10-17 Nukleotide von mRNAs abgespalten (im ZK)
•  CAP-Oligonukleotide = Primer für mRNA-Synthese (Virus)

• RNA-abhängigr RNA-Pol. (PB1, PB2, PA) verlängert CAP-RNA-Primer
• - Virale RNA als Matrize-->Oligo-U am Ende der RNA-->Blockade durch Bindung an 5‘-Ende der vRNA-->oligo-A wird auf Matrize versetzt, um weiteres oligo-A abzuschreiben-->poly-A

• TLR: membranständige Rezeptoren, in Endosomenmembrano
• TLR-3: dsRNAo
• TLR-7: ssRNAo
• TLR-9: CpG-enthaltende DNA

• Biologische Effekte:
• o Stimulierung der TLRs führt zur Signalaktivierung und Freisetzung von Cytokinen (IL-1, 18, 33) und Chemokinen, die auf Immunzellen wirken und sie anlocken
• o Signalweiterleitung über cytoplasmatische Domäne (TIR): Bindung von Adaptor-Proteinen, Signale und Transkriptionsaktivierung--> Immunreaktion
• o Autophagie

• - RIG-1: fehlen der CAP-Struktur bei RNA, dafür 5‘-Triphosphat (auch ssRNA mit 5‘-ppp)
• - Beide binden dsRNA (RIG-1: kurze dsRNA, MDA5: lange dsRNA)

• - CARD: Domäne für Weiterleitung des Signals
• - Helicase-Domäne: wichtig für Erkennung der Virus-RNA
• - CTD (C-terminale Domäne): RNA-Bindedomäne

• NS1:
• o Bindet an RIG-I und inhibiert seine Funktion--> keine Signalübertragung zu IRF und NF-KB
• o Blockiert RNA-abhängige Konformationsänderung der Proteinkinase R--> keine Translationsabschaltung der Zelle
• o mRNA-Transport von IFNα/β und anderen antiviralen mRNAs aus dem ZK sind blockiert

• NS3:
• o Protease-->spaltet Mitochondrien-gebundenes Protein IPS-1 und unterbindet so RNA+RIG-1-Signalweg-->keine IFNβ-Synthese

• a) Bildung Virusproteine:
• o Translation in Eukaryoten erfordert CAP-Struktur am 5‘-Ende
• o Viren: Startcodon auf mRNA einige 100 Nukleotide vom 5‘-Ende entfernt: Inititation CAP-unabhängig
• o Zur Erkennung des Startcodons und Bindung des 40S-Ribosoms dient „Internal Ribosome Entry Site“ (IRES)
•  Translation des Leserahmens -->es entsteht Polyprotein-->Spaltung durch Virusproteasen (2A, 3CD, 3C)

• b)- Unterschied zu zellulärer Proteinsynthese:
• o Spaltung eIF4G in zwei Fragmente durch Virusproteasen
• o CAP-unabhängig (VPG+IRES)

• - Unterdrückung zellulärer Proteinsynthese durch Viren:
• o Prinzip: Störung der CAP-abhängigen Translation, Virus-Translation über IRES möglich
• o Vesicular Stomatitis Virus (VSV): Inhibierung der zellulären Translation-->Dephosphorylierung von eIF-4E und 4E-BP1
• o Adenovirus: Dephosphorylierung von eIF-4E-->Deaktivierung der CAP-abhängigen Translation
• o Picornaviren: Poliovirus bildet zwei Proteasen, die Translationsfaktoren spalten und dadurch Translation zellulärer mRNAs behindern
•  2Apro: Spaltung eIF-4G
•  3Cpro: PABP-->Abspaltung der C-terminalen Domäne

• - Mehrere Proteine führen zu Verarmung an MHC-I in infizierten Zellen-->keine Antigen-Präsentation für T-Zellen
• - Fehlen von MHC-I würde zur Abtötung durch NK-Zellen führen-->CMV blockiert Prozess, da ein Virus-Protein als Ligand für Rezeptor der NK-Zelle genutzt wird, sodass das inhibierende Signal an NK-Zellen überwiegt-->keine Zelllyse

• - NK-Zellen verfügen über mehrere Rezeptoren, die Signale zum Abtöten der Zelle vermitteln
• o Lektinähnliche aktivierende Rezeptoren-->erkennen Kohlenhydrate der körpereigenen Zellen
• o Killerhemmende Rezeptoren (KIR) erkennen MHC-I und verhindern abtöten-->Kontrollsystem (Hochregulation von HLA-E)
• o NKG2D-Liganden:
•  Körpereigene, MHC-I-verwandte Proteine, werden bei Zellstress (Infektion, Tumor) gebildet-->NK-Zell-Aktivierung

• CMV-Proteine:
• o M157 bindet an zellaktivierenden Rezeptor NKG2D
• o UL16: verhindert Prsentation der NKG2D-Liganden durch direkte Bindung
• o UL18: Imitation von MHC-I
• o UL40: Stimulierung der HLA-E-Expressiono UL83: Tegument-Protein in Viruspartikeln; direkte Bindung an Rezeptor NKp30
• o UL142: verhindert MICA.Lokalisierung an der Zelloberfläche
• o UL111A: imitiert Funktion von IL-10

• - Bei starker MHC-I-Expression wird durch Prozessierung Signalpeptid abgespalten und von spezialisierten HLA-E auf Zelloberfläche präsentiert-->Bindung an inhibitorische NK-Rezeptoren NKG2A/CD94-->ITIM-Signal
• o CMV bildet UL40-Protein mit exakt gleicher Signalsequenz-->bindet an HLA-E-->es entsteht auch ohne MHC-I ein inhibierendes Signal
• - UL18 imitiert MHC-I
• - Transport von Peptiden ins ER zur Präsentation durch das TAP-Protein wird durch Virusprotein US6 verhindert

• - Plasmacytoide Zelle nimmt freie Viruspartikel auf-->TLR9-->Typ-I-IFN-Ausschüttung-->aktiviert NK-Zelle-->IFNγ-Ausschüttung
• - Dendritische Zelle erkennt TyP-I-IFN oder Viruspartikel (TLR3)-->Freisetzung IL-15, IL-12
• o IL-15: Differenzierung und Aktivierung von NK-Zellen, wird an löslichen IL-15a-Rezeptor gebunden und von DCs präsentiert
• o IL-12: wichtig für IFNγ-Freisetzung durch NK-Zellen

• - Permissive Zellen:
• o Zellen, in denen Virusvermehrung stattfindet
• - Nicht-permissive Zellen:
• o Keine Virusvermehrung, aber Transformation in Tumorzelle möglich, dabei oft Integration der viralen DNA in Genom