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Das Prinzip der Bedeutung von doppelsträngiger DNA und mRNA-Synthese in der Baltimore-Klassifizierung der Virus-Genome.
- 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
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Definition des Plus-Stranges bzw. des Minus-Stranges eines Virusgenoms
(+)-Strang: 5' -> 3' (mRNA), ssRNA, linear
(-)-Strang: 3' -> 5', ssRNA, linear, komplementär zu mRNA
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Kurze Beschreibung von lytischer, persistenter und latenter Virus-Infektion
- 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
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Beschreibung der Clathrin- abhängigen Endocytose von Ligand-Rezeptor-Komplexen
- 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
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pH-Wert der enstehenden Endosomen, seine Ursache und seine Wirkung auf aufgenommene Adenoviren
M2 säuert durch H+-Transport an (pH 5-6)--> Änderung der Konformation des HA-->Fusion der Membran
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Weg der Virus-DNA in den Zellkern
- *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
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Beschreibung der Struktur von Influenza-Viren
- *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
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Mechanismen während der Influenzavirus-Infektion, an denen HA und M2-Protein beteiligt sind
*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
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Prinzip der B-Zellaktivierung nach Bindung der Zellen an Influenza-Viren:
a) Prinzipien der Beteiligung von rezeptor- und MHC-Proteinen an der Aktivierung
b) Rolle der T- Helferzelle bei der Aktivierung
* 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.
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Synthese und Aktivierung des MHC-II-Proteins zur Antigen-Präsentation
*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
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Strukturprinzip und Funktion von Antikörpern (IgG)
* Gehören zum adaptiven Immunsystem
*Erkennungs-Moleküle
*Werden als Reaktion auf Antigene gebildet
*Struktur:
*Funktion: Binden an Fremdpartikel-->Verklumpung , Markierung-->Makrophagen
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Struktur des T-Zellrezeptors und Funktion der Untereinheiten:
*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
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Eigenschaften von dendritischen Zellen zur Antigen-Aufnahme; Veränderung der Zellen vor Wanderung in Lymphknoten zur Antigenpräsentation.
*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
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Beschreibung von Antigen-Shift und Antigen-Drift bei Influenza Viren
- *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
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Mechanismus, wie Influenzavirus mRNAs zu einer CAP-Struktur am 5' Ende kommen
- - 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)
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Beschreibung der Anknüpfung eines poly-A-Endes an die mRNA des 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
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Liganden, die die Toll-like Rezeptoren TLR-3,7,9 stimulieren; und biologischer Effekt ihrer Stimulierung
- 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
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Strukturmerkmale von Nukleinsäuren, die RIG-1 und MDA5 stimulieren
- - 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)
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Funktionelle Domäne von RIG-1
- - CARD: Domäne für Weiterleitung des Signals
- - Helicase-Domäne: wichtig für Erkennung der Virus-RNA
- - CTD (C-terminale Domäne): RNA-Bindedomäne
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Inhibierung der Interferon Typ-I-Induktion durch Virusproteine: Mechanismen der Inhibierung durch Influenza A-Virus NS1 bzw. Hepatitis C-Virus NS3-Protein
- 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
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Überblick zu Immunabwehr von Virusinfektionen: angeborenes und adaptives Immunsystem
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Genexpression von Picornaviren, Beispiel Poliovirus
a) wie werden Virusproteine gebildet?
b) Unterschied zu mRNA und Proteinsynthese zellulärer Proteine
- 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
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Typische Maßnahmen von Herpesviren, wie CMV, um eine adaptive Immunantwort gegen infizierte Zelle zu verhindern
- - 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
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Gegenreaktion von NK-Zellen: Mechanismus zur erfolgreichen Bekämpfung der Infektion
- - 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
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Prinzipien der Gegenmaßnahmen von CMV, die dennoch
- 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
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Beschreibung der Veränderung, die CMV-Proteine bei MHC-I sowie HLA-E hervorrufen und Konsequenzen der jeweiligen Maßnahmen
- - 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
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Wie können plasmacytoide und ,,normale'' myeloide dendritische Zellen die antivirale Funktion von NK-Zellen unterstützen?
- - 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
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Erklärung des Prinzips permissiver und nicht-permissiver Zellen bei Polyomaviren verschiedener Spezies?
- - 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
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