Klausurfragen

• Klasse 1: ds DNA -> Transkribiert in mRNA -> Translation -> Proteine

• Klasse 2: ssDNA -> Komplementäre Kopie erstellt = dsDNA -> Transkribiert in mRNA -> Translation -> Proteine

• Klasse 3: dsRNA -> aus (+) Strang wird mRNA generiert, aus (-) Strang werden mehr (+) Stränge synthetisiert

• Klasse 4: ssRNA (+) -> könnte direkt als mRNA verwendet werden, wird es auch, muss aber zusätzl. vervielfältigt werden, da es auch als genetisches Material für den Virus dient. -> daher wird der (+)-Strang als template verwendet um (-) RNA herzustellen -> um aus (-) RNA wieder (+) RNA herzustellen

• Klasse 5: ssRNA (-) -> (-)-Strang dient als Template um direkt mRNA herzustellen (DNA zu RNA -> DNA Polymerase) (RNA zu RNA -> RNA Polymerase)

• Klasse 6: ssRNA (meist + ) -> aus dieser wird dsDNA produziert -> dafür zunächst ssRNA in ssDNA /RNA Hybrid umwandeln (mittels reverse Transkriptase) -> ssDNA dient dann als Template für weitere ssDNA -> zusammensetzen zu dsDNA

• (+)-Strang:

  • mRNA ähnlich

    -> Codons können direkt abgelesen werden

  • 5‘ -> 3‘ (mRNA)

• (-)-Strang:

  • komplementär zu mRNA

  • 3‘ -> 5‘

• Lytische Virus-Infektion

  • Führt zum Zelltod

  • Zelle wird im Laufe der Virusvermehrung/-Freisetzung zerstört oder ihre Funktionsfähigkeit wird d. massive virusprodukt. eingeschränkt → führt zu Absterben

  • Bsp: Bakteriophagen lysieren Bakt. Zelle

• Persistente Virus-Infektion

  • Dauernde Virusproduktion ohne massiven Zelltod

  • Gleichgewicht zw. Wirtsorganismus und Virus oder zw. Zelle und Virus

  • 2 Versionen:

    • 1. Virusvermehrung führt nicht zum Zelltod,

    • 2. Führt zum Zelltod, aber nur wenige Zellen sind infiziert, Ausbreitung im Wirtsorganismus ist eineschränkt.

• Latenter Virus-Infektion

  • Zeitabschnitt ohne Virusproduktion

  • Virus-Genom ist präsent und evtl. auch virale Genprodukte

  • Bsp: Bakteriophage - wechselt zw. latent & lytisch

1. Bindung des Adenovirus an CAR + Integrin

   • das “Antennenprotein“ des Adenovirus (knob) bindet an CAR (CAR: „Coxsackie and Adenovirus Receptor“)

   • außerdem bindet das RGD-Peptid (besteht aus RGD = Arg-Gly-Asp) an Integrin aVb3 (= Oberfl.rezeptor)

   • -> Bindung an Integrin + CAR löst im Virus Konformationsänderung aus, die zur Destabilisierung der Penton-Bindung an die Virushülle führt

     -> teilweise Auspacken der Virushülle (partielle „Capsid Disassembly“)

     -> Dieser Schritt kann d. a-Defensine blockiert werden (Defensine eigentlich bekannt als anti-bakterielle Proteine; -> Auflösen der bakteriellen Membran)

2. Aufnahme der Viren in die Zelle (Clathrin-abhängige Endocytose)

   • Clathrin Polymerisiert (= lagert sich zu trimeren Komplexen zsm) dabei ist es an die Innenseite der Zellmembran gebunden und krümmt diese (Eigen-Krümmung des Clathrins!)

     -> dadurch bildet sich zunächst eine Senke („Pit“), dann eine Abschnürung der Membran (– mit Membran- Rezeptor-Komplexen).

     -> Clathrin-verkleidete Membranvesikel entsteht.

   • Dann wird Clathrin freigesetzt.

     -> Fusion mit „frühen” Endosomen

     (Endosomen = Vesikel in Cytoplasma)

3. Freisetzung aus spätem Endosomen

   • Freisetzung von Protein VI aus Virus

     -> Protein VI bindet innen an die Endosomen-Membran und führt zu ihrer teilweisen Auflösung (Membran-Lyse)

   • Isoliertes Protein VI inseriert sich in Membran und löst starke Membran-Krümmung aus

     -> Destabilisierung und Durchlässigkeit der Membran

     führt zu -> Freisetzung des Capsids aus “spätem Endosomem”

   • pH-Wert der Vesikel sinkt durch H+ ATPase und führt zu Export ins Cytopasma

4. Transport der Viruspartikel zum Zellkern

   (nach Freisetzen aus Endosomen)

   • Dynein-abhängiger Transport zum Zellkern, d.h. intrazelluläres Transportsystem wird ausgenutzt (-> Cytoplasmat. Transport)

   • Während Transport Richtung Zellkern wird Virus-Partikel nach und nach „ausgepackt“

   • am Zellkern Bindung an Kernpore

5. DNA in Kern injiziert

   • Entlassung der DNA in Zellkern

     -> Virale DNA-Protein-Komplexe werden in Zellkern importiert, Capside bleiben im Cytoplasma

   
   

2. Aufnahme der Viren in die Zelle (Clathrin-abhängige Endocytose)

• Clathrin Polymerisiert (= lagert sich zu trimeren Komplexen zsm) dabei ist es an die Innenseite der Zellmembran gebunden und krümmt diese (Eigen-Krümmung des Clathrins!)

  -> dadurch bildet sich zunächst eine Senke („Pit“), dann eine Abschnürung der Membran (– mit Membran- Rezeptor-Komplexen).

  -> für Abschnürung Dynamin Ring verantwortlich

  -> Clathrin-verkleidete Membranvesikel entsteht.

• Dann wird Clathrin freigesetzt.

  -> Fusion mit „frühen Endosomen“

  (Endosomen = Vesikel in Cytoplasma)

Als Polymerisation bezeichnet man den Vorgang, bei der sich Monomere zu langen Ketten, den Polymeren, verbinden

3. Freisetzung aus spätem Endosomen

1. Freisetzung von Protein VI aus Virus

   -> Protein VI bindet innen an die Endosomen-Membran und führt zu ihrer teilweisen Auflösung (Membran-Lyse)

2. Isoliertes Protein VI inseriert sich in Membran und löst starke Membran-Krümmung aus

   -> Destabilisierung und Durchlässigkeit der Membran

   führt zu -> Freisetzung des Capsids

3. pH-Wert nimmt von frühem Endosom (EE) über spätes Endosom (LE) und Endolysosom bis hin zu Lysosom immer weiter ab

   -> pH-Wert der Vesikel sinkt durch H+ ATPase und führt zu Export ins Cytopasma

   -> bei unterschiedl. Adenoviren gibt es jeweils pH-Optimum (im Sauren!) für d. Austreten d. Virus-Partikels aus dem Endosom nach Membran-Lyse

5. Transport der Viruspartikel zum Zellkern

(nach Freisetzen aus Endosomen)

1. Dynein-abhängiger Transport, d.h. intrazelluläres Transportsystem wird ausgenutzt (-> Cytoplasmat. Transport) zum Zellkern

   -> Während Transport Richtung Zellkern wird Virus-Partikel nach und nach „ausgepackt“

2. Am Zellkern Bindung an Kernpore

3. DNA in Kern injiziert

   • Entlassung der DNA in Zellkern

     -> Virale DNA-Protein-Komplexe werden in Zellkern importiert, Capside bleiben im Cytoplasma

pDC (plasmacytoide Dendritische Zelle):

1. Unspezifische Reaktion“ auf eine Virus- -Infektion

   -> des angeborenen Immunsystems

   → Schutz nicht- infizierter Zellen vor Virus-Infektion

2. setzen Virus-Signale in Interferon-Antwort um

   -> Bedeutend ist va. Bildung Interferone der Klasse I: Interferon a & β (IFNa/b)

   -> d. Freisetzung Interferone kann Virusvermehrung verhindert werden

3. nehmen Pathogene auf

   -> Antigenpräsentierende Zelle

4. Reaktion der PDC auf vorh. Virus-Nukleinsäure:

   -> Von pDCs werden spezialisierte Rezeptoren (z. B. TLRs-7 und -9) gebildet, die auf Erkennung von einzelsträng. RNA (TLR-7) bzw. einzelsträng. DNA (TLR-9) spezialis. sind

   -> dadurch wird vorh. Virus-Nukleinsäure als Alarmsignal erkannt

5. pDCs reagieren darauf, & sie sekretieren außer IFNa/b auch TNFa, Interleukin-6 (IL-6) und IL-12

-> Viren blockieren oft die Erkennung des Viralen Erbgutes über TLR, daher geben Infizierte Zellen oft virale Antigene (v.a. Erbgut) and pdcs weiter. (Durch Zell-Zell Kontakte)

NK-Zelle (Natural Killer-Zelle):

1. gehen viele Zell-Zell-Kontakt mit verdächtigen/infizierten Zellen ein

2. Freisetzung von Cytokinen (Interferon y)

3. Mehrere Zellrezeptoren (z.B. Ly49H) erhalten Signale von Liganden der untersuchten Zellen

   -> Dadurch werden aktivierende (ITAM) oder inhibierende (ITIM) Signale ausgelöst

   -> Überwiegt die Aktivierung, wird die infizierte Zelle direkt abgetötet (Apoptose durch Perforine und Granzyme = Zelltoxische Substanzen)

Liganden: Moleküle die spezifisch an Rezeptoren binden & dadurch Folgereaktionen auslösen (z.B. Hormone, Neurotransm., Cytokine, aber auch synthet. Stoffe, wie z.B. Arzneimittel).

1. Es gibt das angeborene Immunsystem

   -> dieses ist unspezifich

   -> reagiert unmittelbar auf Infektionen

   -> Zellen des Angeborenen Immunsystems:

   • I. PDC

     -> reagieren auf Virus-Nukleinsäure mit Ausschüttung von Typ I Interferon (INFA & INFB)

   • II. NK-Zellen

     -> können d. Ligand-Rezeptor-Bindung aktiviert werden um Virus-infizierte Zellen abzutöten + setzen Typ II Interferon (IFN-y) frei

   • III. Makrophagen:

     -> Nach Virenaufnahme (Virus-Nukleins. u. Virusprot.)

     -> Bindung an PRR-Rezeptoren (wie Toll-Like Receptors)

     -> & durch Typ II Interferon [IFN-g] (von NK-Zellen freigesetzt) werden Makrophagen zur Ausschüttung versch. Cytokine & NO (Stickstoff-Monoxid) stimuliert

2. und das adaptives Immunsystem

   -> Erregerspezifisch

   -> vollständige aktivierung erst nach mehreren Tagen aufgrund von komplexen Signalkaskaden

   -> Unterteilung in:

   • I. humoralen Immunanwort

     -> wird aktiv, wenn die Erreger im Blut sind, und nicht in der Zelle.

     -> Es werden Antigen-spezifische Antikörper gegen fremde Moleküle/Proteine gebildet

     -> v.a. B-Zellen (Plasmazellen, Antikörper, B-Gedächtniszellen)

   • II. zelluläre Immunantwort

     -> wird aktiv, wenn die Körperzellen infiziert sind.

     -> Wiedererkennung von infizierten Zellen + direkte abtötung

     -> v.a. T-Zellen (T-Helferzellen, T-Killerzellen, T-Gedächtniszellen, CTL)

   • Humorale & Zelluläre Immunantwort laufen meist gleichzeitig ab

   
   

   Zusatzinformation:

3. I. Dendritische Zelle (DC) nimmt Pathogen auf, macht daraus Antigen (AG) & präsentiert dieses (über MHC-II) einer naiven CD4+-Zelle [Signal 1]

   II. zusätzl. zu Signal 2 erhält CD4+ auch costimulierende Signale [Signal 2]

   III. Cytokine werden von DC ausgeschüttet [Signal 3]

   -> d. 3 Signale Aktivierung der CD4+ zur aktiven T-

   Helferzelle

   -> Cytokine lenken Entwicklung zur jeweil. T-Helferzelle

   IV. Aktivierung von B-Zelle

   -> B-Zelle präsentiert T-Helferzelle antigen

   -> passt dieses zur Information der T-Helferzelle

   -> aktiviert T-Helferzelle die B-Zelle

   V. DC licensing (DC Autorisierung)

   -> CD4+-Zelle stimuliert DC, wenn diese gleichz. einer

   CD8+-Zelle ein Antigen präsentiert (über MHC-I)

   -> sog. cross presentation

   -> DC ist jetzt in der Lage CD8+ zu aktivieren

   VI. CTL Aktivierung

   -> DC aktiviert CD8+ zu CTL (Zytotoxischer Zelle)

   -> präsentiert Infiz. Zelle nun der CTL das bekannte

   Antigen (über MHC-I), wird Wirtszelle sofort abgetötet

A + B -> das adaptives Immunsystem reagiert

1. APC [Antigen Präsentierende Zelle z.B. B-Zelle, Makrophage, dendritische Zelle] nimmt Pathogen auf, macht daraus Peptid =Antigen (AG) & präsentiert dieses (mithilfe des Proteins MHC-II)

2. eine naiven CD4+-Zelle bindet mit Ihrem TCR (T Zell-Rezeptor) an den MHC-Peptid-Komplex [Signal 1]

3. zusätzl. zu Signal 2 erhält CD4+ auch costimulierende Signale [Signal 2]

   -> Protein-Protein Wechselwirkungen z.B: APC tritt über ein Protein (z.B. B7- Familie) mit einem Signalprotein (CD28) als Rezeptor auf T-Zellen in Verbindung

   → Netto-Effekt von „Signal 2“ : Stimulierung (positiv; B7 -> B28) o. Inhibierung (negativ; PD-L1 -> PD-1) der T-Zelle

4. Cytokine werden von DC ausgeschüttet [Signal 3]

   -> d. 3 Signale Aktivierung der CD4+ zur aktiven T- Helferzelle

   -> Cytokine lenken Entwicklung zur jeweil. T-Helferzelle, je nach Cytokin differenziert s. die T-Helferzelle (IL12 -> Th1, IL4 -> Th2…  u.a)

5. Aktivierung von B-Zelle

   -> B-Zelle präsentiert T-Helferzelle antigen

   -> passt dieses zur Information der T-Helferzelle

   -> aktiviert T-Helferzelle die B-Zelle

6. DC licensing (DC Autorisierung)

   -> CD4+-Zelle stimuliert DC, wenn diese gleichz. einer CD8+-Zelle ein Antigen präsentiert (über MHC-I)

   -> sog. cross presentation

   -> DC ist jetzt in der Lage CD8+ zu aktivieren

7. CTL Aktivierung

   -> DC aktiviert CD8+ zu CTL (Zytotoxischer Zelle)

   -> präsentiert Infiz. Zelle nun der CTL das bekannte

   Antigen (über MHC-I), wird Wirtszelle sofort abgetötet

-> Familie der Orthomyxo-Viren

-> 3 Virustypen bekannt: Influenza A, -B und -C (v.a. Influenzavirus A – „Grippevirus“ verursacht weltweite Epidemien (Pandemien)

1. RNA-Genom aus 8 Fragmenten

   -> als Nukleoprotein verpackt

2. Lipidhülle mit 2 Glykoproteinen [HA- & NA-]

   -> HA Protein, Haemagglutinin (Trimer)

   • groß -> ca. 560 AS (Vorläuferprotein)

   • mit Signalsequenz am N-Terminus

   • hydrophobe Domäne am C-Terminus -> Membranbindung

   • bevorzugte Verankerung in „Lipid Rafts“ in der Zellmembran

     -> dafür Cysteine zur Palmitoylierung

     -> Palmitoylierung: Prozess, bei dem Palmitinsäure (Fettsäure) an Cysteinreste in Proteinen angehängt wird

     -> dient der Interaktion mit der Membran

   • Aufgaben:

     -> bewirkt die Verklumpung (Agglutination) von Erythrozyten

     -> Vermittelt die Anheftung des Virus an Wirtszelle

     -> HA bindet N-Acetyl-Neuraminsäuren (Sialinsäuren) die als Zellrezeptoren auf Zelloberflächen fungieren

   -> NA Protein, Neuraminidase (Tetramer)

   • Monomer, 46 AS

   • Aufgabe:

     -> Enzym dient Entfernung von Sialinsäuren

     -> dient Freisetzung der d. Replikation neu entstandenen Viren (kein „festhängen“ an Zelloberfläche)

     -> führt zu Ausbreitung der Infektion innerh. des Organismus & auf andere Organismen

     -> Außerdem verhindert NA ein HA-vermitteltes Anheften der Tochtervirionen an bereits infizierte Zellen (da durch NA kaum noch Sialinsäure auf Oberfläche)

3. Außerdem:

   • Matrixproteine [M1 & M2]

     -> M2-Protein (Tetramer);

     • bildet Ionenkanal, nach Virusaufnahme in die Zelle

     • sinkt innerhalb der Virusmembran der pH-Wert

     • dadurch wird HA Fusionsdomaine des HA aktiviert & es kommt zur Verschmelzung von Virus- und Endosomenmembran

     -> M1-Protein

     • verbindet Virusmembran mit Ribonukleoprotein

       -> Bindung an HA, NA, M2 (Membran-Innenseite) und NP (Capsid)

   • Ribonukleoprotein

     -> besteht aus

     • Nukleoprotein (NP)

     • virale RNA segmente

     • Polymerase Komplex:

       -> für Replikation & Transkription notwendig

     • RNA-Polymerase (PA)

     • Polymerase-bindenden Proteine (PB1, PB2)

Ablauf des Infektionsprozesses Influenza-Virus:

1. Infektion

   -> Mensch- oft Atemtrakt, Wirtszellen sind Epithelzellen

2. Virus-Rezeptor-Bindung

   -> Virales HA bindet an Sialinsäuren (N-Acetyl-Neuraminsäure) von Glyko-proteinen o. -lipiden der Wirtszelle (Sialinsäure fungiert als Zellrezeptor auf Zelloberfläche)

3. Endocytose mit Vesikel-Abschnürung

4. Fusion des primären Vesikels mit Endosom

5. Protonen-Eintransport in Endosom

   -> Ph sinkt im späten Endosom (pH <6)

6. Protonen-Eintransport im Virus selbst

   -> d. Ionenkanal M2: erniedrigt den pH-Wert innerh. d. Virus-Membran-hülle

7. Membranfusion

   -> Die Ansäuerung im Virus löst die Fusionsdomäne des HA aus

   -> wodurch die Virusmembran mit der Endosomenmembran verschmilzt

   -> außerdem dissoziiert Matrixprotein M1 von Ribonukleoprotein (RNP) ab, wodurch d. Kernlokalisierungssignal des NP exponiert wird

8. Freisetzung des RNP (Ribonukleinprotein)

   -> Virus-Genom (Nucleocapsid) ins Cytoplasma

9. Import in Zellkern

   -> Über Kernlokalisierungssequenz des NP erfolgt Import des RNP in Zellkern,

   -> möglich ohne M1 (Bindung an Karyopherin)

10. RNA-Synthese im Zellkern

    -> hier Transkription (Cap snatching) & Replikation d. Polymerase-Trimer (PA + PB1 + PB2)

11. mRNA-Export ins Cytoplasma

    -> hier Translation (nach RNA-Vorlage am Ribosom Proteinherstellung)

12. Assembly

    -> RNP wird zusammenfügt: Bindung d. strukturellen Proteine & Polymerase-Komplex aus PA, PB1 und PB2 & NP-Protein bindet an restliche virale RNA

    -> export RNP an Membran (durch Virus-Exportprotein NEP + M1)

    -> hier restl. Zusammenbau (an Lipid-Rafts) mit Membranproteinen HA, NA und M2 (kommen via Golgi dazu)

13. Exit

    -> Dabei Apoptose der Zelle

„Antigen-Shift“: Neukombination von viralen Genom-Fragmenten

Ablauf:

1. Gleichzeitige Infektion einer Zelle mit 2 Virus Subtypen:

   H1 N1 bzw HxNx

2. Freisetzung von 2x8 Genom Fragmenten

3. Vermehrung (Replikation) beider Sätze von Genom Fragmenten

4. gemeinsamer Pool aus beiden Genomen

5. virale Proteinsynthese

6. zufällige Zusammensetzung neuer Viruspartikel

   theoretisch: 2^8 = 256 Möglichkeiten

Antigen Drift: Mutationen im Virusgenom führen zu veränderter Aminosäuresequenz und Antikörper-Bindung bei Virusproteinen

• Wird bei Influrnza Typ A und Typ B gefunden

• Kann zu veränderungen sowohl von Hämagglutinin, als auch von Neuraminidase führen

Genom des Influenza-Virus:

-> 8 RNA-Semente, (-) – Strang

-> jedes Segment hat eigene Transcriptase (RNA-Polymerase, aus 3 Untereinheiten: PA, PB1, PB2).

-> Ablauf des CAP snatching:

1. Transkriptase zunächst inaktiv, aktivierung durch zelluläre mRNAs (o. pre-mRNAs)

2. Pb2 bindet an CAP der Wirtszell mRNA

3. PA schneidet von (pre)-mRNA das 5‘-CAP & ca. 10 – 17 Nukleotide (NT)

   -> passiert noch im Zellkern (vor mRNA-Export)

4. CAP & NT werden durch PB1 an Virus Genom angefügt (an RNA-(-)- Strang)

5. Essenziell wichtig für virale Proteinsythese, da CAP-Oligonukleotide als Primer für die mRNA-Synthese dienen

   -> daher hängt virale Proteinsynt. von laufender zellulärer mRNA-Synthese ab!

-> Anfügen eines poly-A-Endes an die Influenza A-Virus mRNA durch ungenaues Ablesen einer oligo-U-Sequenz bei der Transkription

1. „RNA-abhängige RNA-Polymerase“ (Trimer PB1, PB2 und PA) verlängert den CAP-RNA-Primer; mit viraler RNA („vRNA“) als Matrize (Template) im RNP-Komplex.

2. Schließlich erreicht das Enzym eine oligo-U-Sequenz am Ende der RNA, wo es vermutlich zu einer Blockade durch Bindung (gelbe UE) an 5‘-Ende der vRNA kommt.

3. In Folge wird oligo-A auf der Matrize versetzt, um weiteres oligo-A abzuschreiben -> poly-A-Ende

1. APCs (wie DC) tragen best. Rezeptoren: die PRRs

   -> Bsp. PRR („Pattern- -recognition receptors“):

   • Oberflächen-PRRs (Plasmamembran):

     TLR (Toll-like Rezeptor)

   • Intrazelluläre PRRs:

     NLR (NOD-like-Rezeptor) oder RLR (RIG-I-ähnliche)

2. An PRRs binden Moleküle von infektiösen Erregern

   -> sog. PAMPS o. DAMPS (dienen als Alarmsignal d. Zelle)

   -> Bsp. PAMPs (Pathogen-associated molecular patterns):

   • moleküle von Infektiösen Erregern

     (bakt. Zellwand, Lipide, Lipoproteine, Virus-Nukleinsäuren, bakt. DNA)

3. Bindet nun ein PAMP an einen PRR, wird die Cytokin Sekretion ausgelöst

   -> Oft Parallel zur Antigen-Präsentation

4. Durch Cytokine wird T-Zell Differenzierung gesteuert

   -> Unterschiedl. Cytokine von DCs lassen die T-Zellen zu unterschiedl. Varianten von T-Helferzellen (Th1, Th2,...) differenzieren

   -> z.B. IL-12 -> Th1-Entwicklung,

Zusatzinformationen:

-> DC präsentiert Antigen; gleichz. wird zum PAMP/PRR passendes Cytokin ausgeschüttet:

• TLR3 -> IL-12

• TLR2 -> IL-23

• IFNb v. anderen Zellen

-> Vers. PAMPs binden an jeweiligen PRR- Rezeptor, wie z. B.

• dsRNA (o. poly I:C) an TLR3*,

• unmethylierte DNA an TLR9,

• LPS an TLR4,

• PGN an TLR2 (-Heterodimer)

-> Angriffspunkt NS1 Protein: die zelluläre Proteinkinase R (PKR).

-> PKR ist ein wichtiger Sensor viraler Infektionen der Zelle.

-> Die Aktivierung von PKR wird durch Bindung viraler dsRNA getriggert

-> Aktivierungsprozess der PKR:

1. virale ds RNA wird von RNA-Erkennungsprotein: RIG-I erkannt

2. dadurch Aktivierung von Transkriptionsfaktoren (IRF-3, NF-KB, ATF2/cJun, IRF-7)

3. & dadurch synthese Interferon a/b und weiterer Cytokine

4. IFN A/B führt zur Konformationsänderung der PKR

5. Es kommt zum Translationsarrest und darauffolgender Abschaltung der Proteinsynthese  

   -> über die Phosphorylierung von eIF-2α

  -> Verhindert Virusvermehrung       

-> Das Influenza A-Virus-Protein NS1 bindet an RIG-I und inhibiert seine Funktion

-> dadurch:

1. keine Signalübertragung zu den Transkriptionsfaktoren IRF und NFKB

2. blockierung der RNA-abhängige Konformationsänderung der PKR

   → keine Translationsabschaltung der Zelle

3. blockierung mRNA-Transport von IFN a/β und anderen anti-viralen mRNAs aus dem Zellkern

4. blockiert Interferon-Antwort der infizierten Zelle

Zusatzinformation:

NS1-Protein: im Zellkern und Cytoplasma

-> Mutanten mit NS1-Gen-Deletion zeigen stärkere IFNa/b-Induktion, weniger starke Erkrankung, geringere Mortalität

3 Arten der Blockade:

1. In später Infektionsphase:

   ->Virus-Genom ist repliziert und trägt 5‘-Triphosphat/ dsRNA (= PAMP) -> dadurch RIG-I–Helikase-Aktivierung (PRR) -> löst Cytokin Sekretion aus

   -> aber: NS1 bindet an RIG-I & inhibiert seine Funktion -> keine Signal-Übertragung zu IRF-3 und NF-KB

2. Proteinkinase R (PKR) wird nur schwach exprimiert, aber durch IFNa/b induziert, durch RNA aktiviert;

   -> PKR schaltet durch Phosphorylierung von eIF2a die Translation der Zelle und somit auch der IAV-Gene ab

   -> NS1 blockiert die RNA-abhängige Konformationsänderung der PKR (-> keine Translations-Abschaltung)

-> Inflammasome (INF) sind Zytosolische Multiproteinkomplexe des angeborenen Immunsystems

-> bei Infektion d. Bakterien o. Viren werden (neben TLRs) auch PRRs (Pattern Recognition Receptors) im Cytoplasma aktiviert

-> Dadurch bildet sich das Inflammasom & entzündungsfördernde Cytokine werden freigesetzt: IL-1; IL-18.

-> PRR werden durch Alarmsignale der Zelle aktiviert )Alarmine) sogenannte:

1. PAMPs (Pathogen-assoziierte molekulare Muster)

   -> TLR-Agonisten (TLR-Signale: Liganden aus Zellwand, Nukleinsäuren)

2. oder DAMPs (Schaden-assoziierte molekulare Muster)(DAMPs: Danger-associated molecular patterns)

   -> Zellinhaltsstoffe - setzen Zellen frei die d. Bakterien/Viren infiziert wurden

   -> Bsp. für DAMPs

   • Atp, Hyaloron, HMGB1, Calprotectin, IL1a

Zusatzinformationen:

-> in Makrophagen, DCs, Neutrophilen

-> Bsp. PRRs:

• NLRs (NOD-like receptors) z.B NLRP3

• AIM2 (Absent in melanoma 2) d. Viren Aktiviert

• IFI16 (IFN-inducible protein 16) d. Viren aktiviert

• und Pyrin

-> Nach Infektion und Zellschädigung:

-> Aktivierung INF:

1. PAMPS o. DAMPS (z.B. ATP) binden an PRR (z.B. NLR)

   -> Es kommt zur niedrigen K+-Konzentration

2. dadurch binden PRRs an das Adapterprotein ASC

   -> ASC polymerisiert

3. & aktiviert Caspase-1 durch proteolytische Spaltung

4. diese aktiviert Inflammasom

   -> freisetzung d. entzündungsfördnernder Cytokine IL-1β & IL-18 (Stimulierung T-Helferzell-Entwicklung: IL1b -> Th17-Zellen & IL18 -> Th1-Zellen

5. Caspase 1 spaltet proteolytisch Cytokinvorläuferproteine: pro-IL-1β und pro-IL-18.

   -> Dadurch entstehen reife Cytokine: IL-1β und IL-18,

   -> die sekretiert werden und T-Helferzellen in ihrer Reifung stimulieren und Entzündungen fördern

Zusatzinformationen:

C) Aktivierung von Pyroptosis

1. Neben der Aktivierung des Inflammasomes kann die Pyroptose folgen.

2. Ausgelöst wird der zelluläre Prozess durch niedrige Kaliumkonzentrationen.

3. Caspase 4/5 oder 11 aktivieren Gasdermin D (GSDMD), welches sich in die Membran zu 20 nm großen Poren zusammenlagert.

4. Durch die Poren strömen Interleukine ein und lösen starke Entzündungsreaktion oder Cytokinsturm aus.

5. Diese werden auch als Fiebertod bezeichnet

ATP steuert Inflammasom-Aktivierung

1. Das DAMP-Signal ATP löst über Bindung an 2 Rezeptoren v.a. einen Ausstrom von Kalium-Ionen aus.

2. Niedrige K+ -Konzentration -> Alarmsignal

3. vers. NOD-like Receptors (wie NLRP1) im Cytosol assoziieren z.B. mit Protein ASC und Caspase 1 (Komplex 1.1), (evtl. zstl. Caspase 11 oder -4/-5)

   => bilden Multimer „Inflammasom“

4. durch Aktivierung d. Caspase 1 kommt es zu:

   • Proteolyse von Cytokin-pro-Formen* (pro-IL1b + pro-IL-18),

   • Induktion von pro-IL1b- und pro-IL18-mRNAs durch TLR- (DAMP) oder Cytokin-Rezeptoren

5. Freisetzung der reifen IL1b u. IL-18 -> Immunreaktion („Inflammation“), Th17 bzw. Th1

6. Inflammasom in Makrophagen, DCs, Neutrophilen

-> einige Viren können Immunreaktion d. Aktivierung immunsuppressiver Treg-Zellen (regulatorischer T-Zellen) verhindern

-> entstehung Treg-Zellen:

1. direkt im Thymus (tTreg),

2. o. bei d. Antigen-Präsentation [= Antigen-spezifisch] im lymphatischen Gewebe (pTreg)

   => entstehen d. Freisetzung von Cytokinen (wie IL-10 o. TGFb) durch APCs

   
   

Funktion Treg: Toleranz gegen Eigen-Antigene, dadurch Verhindern von Auto-Immun- und Auto-Inflammatorischen Erkrankungen

Mechanismen:

A. Cytokine: Freisetzung von IL-10 und/oder TGFb, beide immunsuppressiv, auf andere Immunzellen

B. Proteine an Zelloberfläche (CTLA4, LAG3) binden Proteine für Antigen-Präsentation; oder Treg übertragen zyklisches AMP (cAMP, AMPc) via GAP junctions -> Suppression

C. wie NK-Zellen oder CTLs können Treg-Zellen mit Ausschüttung von Granzym B und Perforin hier andere Immun-zellen in Apoptose schicken

D. Treg-Zellen fangen mit Membran-gebundenem oder löslichem CD25- -Protein den Wachstumsfaktor IL-2 ab; dadurch können T-Zellennicht mehr differenzieren, evtl. sterben sie ab

! Viren entwickelten Mechanismen, wie die eigenen Proteine effizient gebildet werden, während die zelluläre Proteinsynthese weitgehend abgeschaltet wird.

-> durch Modulierung von Initiationsfaktoren:

1. Adenovirus-Infektion:

   -> Dephosphorylierung von eIF-4E, Blockade von Mnk1 durch 100K-Virusprotein → eIF-4E nur noch 5-10% aktiv → es wird praktisch nur Virus-RNA translatiert

2. Encephalomyocarditis-Virus (EMCV):

   -> verhindert Phosphorylierung von 4EBP-1 → blockiert eIF-4F

3. Vesicular Stomatitis Virus (VSV):

   ->Inhibierung der zellulären Translation durch Dephosphorylierung von eIF-4E und 4E-BP1

4. Junin-Virus:

   -> bildet alternatives CAP-Bindeprotein N, das vermutlich eIF-4E ersetzt → bevorzugte Translation der Virus-mRNA mit CAP

5. Blockade von eIF-4E auf der mRNA- oder Protein-Ebene

Zusatzinformationen:

-> Das eIF-4E Protein ist für die zelluläre Translation essenziell

-> Diese beginnt meist am 5’ CAP-Ende

-> eIF-4E hat die Funktion dieses CAP Ende zu Binden

-> 2 Arten das CAP-Bindeproteins eIF-4E zu regulieren:

1. Stimulierung der Proteinsynthese durch Phosphorelierung des Inhibitors

   -> eIF-4E erstmal inanktiv -> eIF-4E ist durch 4E-BP1 gebunden und damit blockiert

   -> kommt Signal (von z.B.) Insulin wird eine Proteinkinase aktiviert -> die BP1 Phosphorelliert -> dadurch eIF-4E wieder frei -> Translation kann starten

2. Stimulierung der Proteinsynthese durch direkte Phosphorelierung

   -> Das Protein Mnk bindet nach Phosphorylierung an EIF-4E und führt so zu dessen aktivierung

-> NK-Zellen: Natural Killer Cells

Funktion:

1. Teil des angeborenen („innate“) Immunsystems

2. frühe aktivierung dämmt Virusinfektion ein, da NK-Zellen infizierte Zellen abtöten.

   (Ohne NK-Zellen kann Virus-Infektion innerh. der ersten Tage zum Tode führen)

3. Sie setzen Cytokine oder zelltoxische Substanzen frei

   => Abtöten der Zellen (Perforin, Granzym)

Regulation:

1. Aktivierung NK-Zellen d. Typ I-Interferone (IFN A/ IFN B) & Cytokine (TNFa & IL-12)

2. Zudem gehen NK Zellen viele Zell-Zell-Kontakte mit infizierten/ verdächtigen Zellen ein

3. dabei erhalten mehrere Zellrezeptoren Signale von Liganden der untersuchten Zellen

    (inhibierende/ aktivierend)

4. Je nachdem welches Signal überwiegt wird die Zelle abgetötet oder verschont.

5. Rezeptoren:

   • Aktivierende Rezeptoren (MICA) sorgen d. Stresssignale für aktivierende Signale (ITAM)

     => NK-Zellaktivierung -> Abtöten d. überprüften Zelle

   • Inhibierende Rezeptoren (MHC-I) sorgen für inhibierende Signale (ITIM)

     => mehr inhibierende Signale: Überleben der verdächtigen Zelle

A) Ausschüttung der Granula („granula exocytosis pathway“): Intrazelluläre Vesikel fusionieren mit Zellmembran

-> Ausschüttung verschiedener Proteine, die Poren in der Zielzelle bilden (Perforin) bzw. einer Protease (Granzyme), die in die Zielzelle gerät und dort bestimmte Proteine spaltet

-> Zelltod durch Caspase-Aktivierung

B) Aktivierung „Todes-Rezeptoren“ Die Familie der Fas-Rezeptoren (FAS, TRAIL-R, TNF-R u.a.) wird von Liganden wie FasL (TRAIL, TNFa) gebunden

-> Auslösen des extrinsischen Apoptose-Signalweges, der die Zelle abtötet

1. Programmierter Zelltod – „Apoptose“ Ligand-Rezeptor-Interaktion aktiviert den extrinsischen Weg

   • Die Familie der TNF- (Tumornekrosefaktor-) Rezeptoren, insbesondere die Untergruppe Death Receptors (Fas), kann nach Bindung durch Ligand (hier: FasL) eine Signalkaskade in der Zelle auslösen, die „programmierten Zelltod“ als geordneten Prozess auslöst. Zentrale Rolle: Gruppe von Proteasen, genannt Caspasen.

   • Wird dann z. B. die Caspase 3 aktiviert, werden DNA-Abbau (s.u., CAD-Enzym), Membranvesikel-Abschnürung, Proteolyse von „Death Substrates“ eingeleitet.

   • Wird der interne Signalweg aktiviert, verändern sich die Mitochondrien (Porenbildung)

     -> Freisetzung best. Proteine, wie Apaf-1 + Cytochrom C -> Caspase 9 -> Casp. 3 -> Zelltod

2. Perforin und Granzym B aus NK-Zellen töten Zielzellen ab

   • Bei Aktivierung: von NK-Zellen oder CTLs (cytotoxische T-Lymphozyten) durch Exocytose, zwei Proteine ausgeschüttet: Perforin und verschiedene Granzyme (-A, -B u.a.), Proteasen, die Zielproteine spalten.

   • Perforin bildet Poren, was die Zellen durch Verlust der Membranpolarisierung und durch Ionenaustausch schädigt.

   • Granzym B kann auf zwei Wegen den Zelltod auslösen:

     • 1. proteolytische Spaltung von Bid -> (intrinsischer Weg) – Mitochondrien-Durchlässigkeit erhöht (Bax-Protein: Porenbildung)

     • 2. Spaltung von Caspase 3, was direkt Zelltod durch Apoptose auslöst

3. Beteiligte Proteine bei Attacke auf Zielzelle durch Effektorzelle (NK-Zelle, CTL): Aktivierung „intrinsischer Weg“

   • oben: aktivierte Effektorzelle schüttet ihre Granula auf Seite der Zielzelle aus -> Perforin-Pore wird gebildet (Zell-Zell-Kontakte sich nicht gezeigt)

   • Eingedrungenes Enzym Granzym B kann durch seine Proteolyse-Aktivität …

     links: Bid spalten -> tBid aktiviert Bax und Bak, die Proteine aus den Mitochondrien ins Cytoplasma durchlassen;

   • Freisetzung Cytochrom C + Apaf-1 (-> Apoptosom) aktiviert Caspase 9, diese dann die Caspase 3 rechts: Granzym B aktiviert Caspase 3 durch Proteolyse der Pro-Caspase -> Apoptose wird ausgelöst (unten rechts: Zellkern, wo DNA gespalten wird)

-> p53 = Zellstress-Wächter

-> Das Protein p53 wird bei „Zellstress“ aktiviert um bleibende Schäden & damit Krebsentstehung zu verhindern

-> Bei aktivierung wirkt es als Transkriptionsfaktor & kann Gene aktivieren & andere reprimieren

-> p53 kann so auf 3 Wegen reagieren:

1. Zellzyklus Arrest:

   -> der Zellzyklus wird angehalten mit dem Ziel DNA zu repariern

2. programm. Zelltod:

   -> Apoptose oder Nekrose

3. Seneszenz:

   -> Einstellen der Zellteilung (ohne Absterben der Zelle)

Zusatzinformation:

-> P53 als Sensor von Virusinfektion:

• Bei Replikation der Virus-DNA könnten nicht-geschlossene Lücken und DNA-Enden als eine Art der DNA-Schädigung erkannt werden

• P53 scheint als Suppressor von DNA-Rekombination und –Amplifikation zu fungieren, was bei Replikation des Virus-Genoms möglich ist

• vorzeitiger Eintritt in die S-Phase durch Virus-Proteine soll durch P53 verhindert werden

-> P53 - Wächter d. zellulären Genoms - durch verschiedene „Stress-Signale“ aktiviert:

1. Hypoxie (erniedrigte Sauerstoff-Konzentration)

2. Entzug von Nährstoffen

3. Hitze- oder Kälteschock

4. Blockade der Zellteilungsspindel durch Giftstoffe

5. Oncogen-Aktivierung

6. Virus Infektion

7. aber auch: Ribosomaler Stress, ROS, Transkriptionsfehler, DNA-Strang Brüche, Uv-Strahlungen, Telomerveränderungen … usw

Aktivierung:

-> Phosphorylierung von P53 aktiviert seine genregulierende Aktivität

1. Stress-Signal kommt in Zelle an (Uv-Strahlung, Hypoxie…)

2. führt zu DNA Schädigung

3. Darauf werden 2 Gruppen von Proteinkinasen (ATR & CHK1 bzw bei Ds.bruch ATM & CHK2) aktiviert

4. Diese Phosphorylieren das p53

5. dadurch wird es aktiviert

   
   

Regulierung von p53:

-> MDM2 und ATF regulieren die Aktivität von P53

• MDM2 inhibiert P53:

  -> indem es P53 Ubiquitiniert -> dadurch Abbau durch Proteasom

  (MDM2 ist die Ubiquitin-Ligase von P53 = MDM2 selbst markiert p53 zum Abbau d. Proteasom)

• ARF (p14ARF) verhindert P53 Abbau d. Wegfangen von MDM2

  -> wird bei Oncogen-Aktivierung aktiv (also durch weitere Zellstress-Signale)

  -> ARF blockt Inhibitor MDM2 -> Dadurch wird P53 nicht abgebaut => p53 aktiviert

• MDMX stabilisiert p53

  -> sobald MDM2 inhibiert ist kommt MDMX als Platzhalter & stabilisiert p53 => p53 kann jetzt seiner Aufgabe nachgehen

*Ubiquitin-Proteasom-System

= Abbausystem für Proteine

->basiert auf der Markierung der Proteine durch Ubiquitin-Modifikationen, die zur Erkennung und dem Abbau durch das Proteasom führen.

Zusatzinformation:

-> aktivierung von p53 bedeutet dass eine stark erhöhte p53 Konzentration vorliegt

-> P53 wird d. Virusproteine (v. Polyoma-, Papilloma-, Adenoviren) in seiner Funktion blockiert (-> Genregulation zu Zellreaktion)

-> Funktion RB:

• RB ist ein regulator der Zellteilung (=Tumorsepressor)

• Es kontrolliert den Übergang von der G1- zur S-Phase des Zellzyklus.

• indem es Transkriptionsfaktoren (der Proteine E2F & DP) bindet und somit blockiert

  -> E2F & DP sind in der S-Phase des Zellzyklus wichtige Enzyme, die die DNA-Synthese stimulieren

• Viren stimulieren Zellteilung durch RB Bindung

  -> Virusproteine stimulieren durch RB-Bindung die Freisetzung der Transkriptionsfaktoren E2F und DP & somit den Eintritt in die S-Phase (anschließend G2-, M-Phase) des Zellzyklus

Mechanismus:

1. In der Ruhephase blockiert RB die Transkription der Transkriptionsfaktoren E2F & DP & gleichzeitig die Histon-deacetylase => damit sind die entscheidenen Gene für die Zellteilung abgeschlatet

2. Wird jetzt die Zellteilung stimuliert (d. mitogene Signale wie z.B. Wachstumsfaktoren) werden die Cyclin-abhängige Proteinkinasen aktiv

3. Die Kinasen Phosphorylieren das RB-Proteins

   -> dadurch dissoziiert RB von E2F & DB ab (= RB wird inaktiviert)

   -> Aktivierung von Genen zur S-Phase (Zellteilung)

Virusproteine binden in der G1-Phase der Zelle an RB105

-> dadurch wird RB105 inaktiviert

-> & E2F wird freigesetzt

-> Genaktivierung = es komm verfrüht zur S-Phase

Dadurch z.B. Zellwucherung (Warze) o. Tumorbildung

-> v.a. bei Epithelzellen -> Differenzieren & Teilen sich nicht -> für Viren Notwendig (Papillomavirus)

• nur bei Lentiviren, kleines Protein (8-14kDa)

• wird zuerst synthetisiert und wandert dann in den Zellkern

  (-> Transportsignal „basisch“).

• Tat wirkt als trans-aktivierendes Protein verstärkend auf die virale Transkription ein (-> Elongation)

• Entscheidend für die Tat-Funktion:

  „TAR“-Element = Sekundärstruktur-Sequenz im 5‘-Bereich, Teil des gen HIV Codes

• Erkennungsregion für Tat Prot

• TAR = RNA-Enhancer der Transkription

• TAR wird vom Tat-Protein gebunden

• neben Tat auch eine Bindestelle für ein zelluläres Protein: P-TEFb

  -> enthält ein Cyclin sowie eine Cyclin-aktivierte Proteinkinase (CDK9), die die Elongaton der Transkription stimuliert.

  -> Dies geschieht d. Hyper-Phosphorylierung d. großen Untereinheit der RNA-Polymerase II an ihrem C-Terminus „CTD“, und zwar an Serin in Position 2 (Ser2) -> Erhöhung der Elongations-Aktivität der RNA-Polymerase (Prozessivität)

Domänen des Rev-Proteins:

1. Rev bindet an die RRE-Sequenz der HIV-mRNAs

   -> „RRE“ (Rev-responsive element)

2. Problem: ungespleißte mRNAs werden nicht ohne weiteres aus dem Zellkern exportiert

3. das Rev-Protein wandert in den Zellkern,

   -> bindet einerseits an HIV-mRNA („RRE“, Stemloop II),

   -> & gleichz. an „Export-Protein“XPO/CRM1 im Komplex mit dem G-Protein Ran (GTP zu GDP) [PO = Exportin-1 (CRM1), bindet Rev über dessen NES-Domäne]

   -> Export von ungespleißter HIV-RNA aus dem Zellkern

   -> dann Recycling von Rev

   -> Zellkern

gilt für natürliche Immunreaktion; aber auch für Impfung, dort Antikörper noch wichtiger

1. Antikörper (Antibodies) -> MArkieren von AG für Effektorzellen

2. CD4-positive T-Helferzellen (Th1?) -> Akt. B-Zellen, DC Licensing

3. Cytotoxische T-Lymphozyten (CTL) -> Elimination infiz. Zellen mit bek. MHC1-Peptid Komplex

-> bei Schwer verlaufende SARS-CoV-2:

1. Wenn Epithelzellen (meißt der Lunge) mit SARS-CoV-2 infiziert werden, entstehen dysfunktionale T-Zellen (pathogene TH1-Zellen) ( „T cell exhaustion“).

2. Diese aktivieren Makrophagen und sorgen d. erhöhte Cytokinausschüttung für einen sog. Cytokinsturm, der vermutlich zu Gewebsschäden führt.

3. Auch Chemokine werden freigesetzt.

4. Diese Überreaktion führt zu Organschädigungen (Niere, Lunge, Herz) da neutrophile Granulozyten & Monozyten in die Epithelzellen einwandern

5. Es kommt zum Schock und zu neurologischen Problemen

Zusatzinformation:

-> SARS CoV2 dockt an ACE2 Rezeptor d. Epithelzellen d. Lunge

-> führt zu SIRS (Systemic inflammatory response syndrome)

einschließlich Sepsis

• häufig lebensbedrohlich, mit Induktion mehrerer entzündlicher Cytokine

• Schädigung einzelner Organe

• legt nahe dass Cytokine (bestimmte) zu Organschäden führen können