03 Virology Lecture Ver2 filtered

Herzlich willkommen zu dieser dritten Vorlesung. Heute befassen wir uns mit diesem Teil der Iran-Replikation, wie man die virale genetische Information für vielfältige Zwecke nutzen kann.

Es gibt viele verschiedene Arten von Viren, tausende und tausende von verschiedenen Viren, aber zum Glück nur sieben verschiedene Genotypen. Diese Genome können einfach oder doppelsträngig sein und entweder werden sie direkt für die Replikation verwendet oder sie werden erst in ein anderes Material umgesetzt, das dann für die Replikation verwendet wird.

Wie ein Virus sich repliziert, hängt von der Art seines genetischen Materials ab. Wir können grundsätzlich in sieben verschiedene Gruppen eingeteilt werden, nach dem Schema, das erstmals von David Baltimore 1971 beschrieben wurde.

Anfänglich hatte dieses Schema nur sechs Gruppen, es wurde aber dann mit der siebten Gruppe erweitert. Hier sehen wir das Baltimore-System. Wir sehen, dass die Gruppe 1 doppelsträngige DNA-Viren sind, die Gruppe 2 sind Einzelstrang-DNA-Viren, die Gruppe 3 sind doppelsträngige RNA-Viren, die Gruppe 4 sind Einzelstrang-RNA-Viren, die Gruppe 5 sind Einzelstrang-RNA-Viren mit einem positiven Strang und die sechste Gruppe, die für mich die letzte Gruppe ist, sind die Retroviren, die mit einem Plus-Strang arbeiten, die aber zuerst in die Transkription gebracht werden.

Die siebte Gruppe, die dazu gekommen ist, sind auch die Viren, die über Transkription sich replizieren. Diese Viren haben nicht nur ihre genetische Substanz, sondern eher DNA.

In den nächsten Vorlesungen werden wir die verschiedenen Gruppen im Detail anschauen. Wir fangen heute mit der Gruppe 1 an, die Viren, die eine doppelsträngige DNA haben. Diese Gruppe kann wieder in zwei Untergruppen unterteilt werden.

Die erste Gruppe, die am meisten ausmacht in dieser Klasse, sind die Viren, wo die Replikation ausschließlich im Zellkern stattfindet. Die Replikation von diesen Viren hängt im Wesentlichen von der Anwesenheit von zellulären Faktoren ab.

Die zweite Gruppe, eine kleinere Gruppe, sind doppelsträngige DNA-Viren, wo die Replikation im Zytoplasma stattfindet. Sie gelangen gar nicht in den Kern hinein und diese Viren sind relativ groß und müssen alles mitbringen, was nötig ist für die Replikation. Dadurch sind sie relativ unabhängig von zellulären Faktoren.

Wenn wir die erste Unterteilung anschauen, sind das zum Beispiel die Herpesviren, die Adenoviren und die Papillomaviren. Wir sehen, dass sie alle im Kern sich replizieren.

In der zweiten Gruppe, die wir hier haben, sind die Pockenviren, die sich im Zytoplasma replizieren. Diese Viren haben eigentlich die selben Gene, die wir haben, und daher brauchen sie diese Enzyme, dieselben Faktoren, die wir brauchen, um unsere Gene zu replizieren.

Sie brauchen zum Beispiel eine DNA-abhängige RNA-Polymerase, um mRNA zu machen, die dann verwendet werden kann für die Proteinherstellung. Diese RNA muss auch modifiziert werden; sie muss zum Beispiel gekappt oder polyadenyliert werden.

Dafür braucht man wieder Enzyme und sie müssen auch die DNA replizieren. Dafür benötigen sie eine DNA-abhängige DNA-Polymerase plus zusätzliche Faktoren, wie Proteine.

All diese Enzyme findet man in einer normalen Wirtszelle, weil das die Proteine sind, die nötig sind für unsere eigene Genexpression. Diese Proteine findet man im Kern.

Die meisten Enzyme, die diese Viren brauchen, um sich zu replizieren, sind eigentlich nur in der S-Phase vorhanden. Der Grund dafür ist, dass diese Enzyme normalerweise für die Zellteilung gedacht sind und auch nur dann aktiv sind, wenn die Zelle sich in der S-Phase befindet.

Das sind Enzyme wie die DNA-Polymerase, RNA-Polymerase, verschiedene Endonukleasen und DNA-bindende Proteine. Es ist aber bekannt, dass die meisten tierischen Zellen und menschlichen Zellen sich nicht dauernd in der Teilung befinden.

Das bedeutet, die meisten Zellen in einem Tier oder einem Menschen sind eigentlich quieszent und teilen sich nicht. Damit die DNA in diese verschiedenen Proteine, die während der S-Phase benötigt werden, gelangen kann, muss die Zelle in die S-Phase geschoben werden.

Das bedeutet, alle Viren mit der Ausnahme von Pocken, die sich im Zytoplasma replizieren, müssen Enzyme mitbringen, die in der Lage sind, die Zelle in die S-Phase zu schieben.

Schauen wir uns jetzt diese verschiedenen Viren an, angefangen mit den Papillomaviren. Eine von drei Arten, die wir uns anschauen werden, die im Kern sich replizieren.

Die Papillomaviren sind kleine Viren, die nicht umhüllt sind und eine reguläre doppelsträngige DNA haben. Wo kommt das Wort Papillomavirus her? Es ist eigentlich kein einziges Virus, sondern ein zusammengesetztes Wort, das aus drei verschiedenen Virusgruppen besteht: den Papillomaviren, den Polyomaviren und den Stämmewachstumsviren.

Papillomaviren sind mit Warzen assoziiert und einige Papillomaviren sind sogar mit Tumoren assoziiert. Das hat auch der Herr zur Hausen den Nobelpreis eingebracht.

Die Klasse 1 der Papillomaviren hat schöne Ideen, wie zum Beispiel Cholera. Diese Viren treten in die Zelle über Interaktion mit ihren Rezeptoren ein und dann kommt es zu einer Einteilung zwischen der frühen und der späten Expression.

In der frühen Expression werden hauptsächlich regulatorische Gene exprimiert und während der späten Expression dann hauptsächlich Strukturproteine, die nötig sind für die neue Viruspartikelproduktion.

Experimentell zwischen diesen zwei Phasen findet man die Replikation, wo die DNA repliziert wird. Diese Viren sollten auch die Eigenschaft haben, dass sie in die Latenz gehen können nach der frühen Expression und dann reaktiviert werden, um die späte Expression durchzuführen.

Nach der späten Expression kommt es zum Assembling, wo die Kapsidproteine und die neu produzierten DNA zusammengebaut werden. Die Viren werden dann hauptsächlich durch einen lysischen Vorgang freigesetzt.

Wir sehen hier, dass die Papillomaviren drei Phasen verwenden, um sich zu vermehren. Nach der Infektion findet man die frühe Genexpression, hauptsächlich regulatorische Genprodukte, die zum Beispiel nötig sind für die Replikation.

Die frühen Genprodukte regulieren die zelluläre Genexpression und wie diese frühen Genprodukte findet man auch Proteine, die die Zelle in die S-Phase schieben. Nach der Replikation sieht man die späte Phase, wo hauptsächlich Strukturproteine, Kapsidproteine oder Membranproteine produziert werden.

Der Switch zwischen früher und später Expression wird reguliert durch virale Proteine. Hier sind wir bei einem Beispiel vom HPV. Die Proteine, die in der frühen Phase exprimiert werden, sind die Proteine, die nötig sind für die DNA-Replikation, sind regulatorische Proteine und regulieren die Wirtszelle in ihrem Zyklus.

Es ist auch wichtig, dass alle diese Proteine von einer Seite des Genoms exprimiert werden und in überlappenden Leserahmen. Wir haben zwei wichtige Proteine hier: das große T-Antigen und das kleine E7-Protein.

Nach dieser frühen Expression von Proteinen in der frühen Phase kommt es zum Beginn der viralen DNA-Replikation. Das große T-Antigen wird benötigt für die Replikation aller viralen Gene und die Produkte, die von der frühen Phase produziert werden.

Dieses virale Genprodukt bindet an den Replikationsursprung und kann dann die Replikation der viralen DNA einleiten. Für diese Replikation braucht man die Wirts-DNA-Polymerase, eine DNA-abhängige DNA-Polymerase.

Hier sehen wir bildlich, dass das große T-Antigen an der Replikationsursprung bindet und das erlaubt die Replikation der DNA, durchgeführt von der zellulären DNA-abhängigen Polymerase.

Wie schaut dieser HPV-Origin of Replication aus? Es ist ein kurzes Stück mit drei essentiellen Elementen: einer T-Antigen-Bindungsstelle, einer reichhaltigen Sequenz und einem perfekten Palindrom. Diese Sequenz wird erkannt von dem großen T-Antigen.

Um das Ganze zu erklären, ist Vincent Gallo der Star. Wichtig ist, dass das Kapsid zuerst aufgemacht werden kann, damit die Replikation stattfinden kann.

Nachdem die Replikation fertig ist, können der neue und der alte Strang auseinander gefaltet werden. Dafür verantwortlich sind die Topoisomerasen. Hier sieht man bildlich, wie diese Topoisomerasen funktionieren, indem sie erst mal einen Strang von der doppelsträngigen DNA schneiden und dann das Ganze wieder zusammenfalten.

Durch das Schneiden können die zwei zirkulären Moleküle, die miteinander vernetzt sind, auseinander gefaltet werden.

Zusammenfassend wissen wir jetzt, dass die Replikation im HPV bidirektional ist. Es gibt zwei Replikationsgabeln und die Replikation läuft in beide Richtungen.

Der Prozess der DNA-Replikation ist sehr ähnlich zu dem, was normalerweise in der Wirtszelle abläuft. Der einzige Unterschied ist, dass man hier das große T-Antigen braucht, um das Ganze in Gang zu bringen.

Wichtig ist, dass die Wirtszelle verwendet wird, um die neu gemachte DNA zu komplexieren. Nachdem das Virus die Zelle infiziert hat, kommt es erst mal zu der frühen Phase, wo die Proteine, die nötig sind für die DNA-Replikation, produziert werden, unter anderem das große T-Antigen.

Danach kommt es zur Replikation der DNA, wie man gerade gesehen hat, durch dieses zirkuläre Modell. Nur danach fangen wir an mit der späten Phase, wo die neuen Strukturproteine gemacht werden.

Es gibt im Wesentlichen drei Hauptstrukturproteine des Virus: das VP1, das VP2 und das VP3. Diese werden alle von der anderen Seite des Genoms exprimiert und sie haben wieder überlappende Leserahmen.

Hier sehen wir, dass alle drei Proteine dasselbe Genom sequenzieren, jedoch verwendet VP1 den normalen Leserahmen und VP2 und VP3 verwenden den -1 Leserahmen, eine Verschiebung von 1, die in der Ablesung des Sequenzes resultiert.

Was sind die Funktionen des großen T-Antigens? Wir haben schon gesehen, dass es eine sehr wichtige Rolle spielt bei der DNA-Replikation. Es spielt auch eine wichtige Rolle bei der Steigerung der Transkription der späten Genprodukte, das sind dann diese Strukturproteine.

Gleichzeitig kommt es dazu, dass die Transkription der frühen Genprodukte unterdrückt wird. Was uns das sagt, ist, dass das große T-Antigen eigentlich das wesentliche Protein ist, das zuständig ist für den Switch zwischen der frühen Phase und der späten Phase.

Es reguliert die DNA-Replikation. Nachdem die Replikation fertig ist, steigert sich die Transkription der späten Genprodukte, die nötig sind, wie die Strukturproteine des Virus, und gleichzeitig wird die Transkription der frühen Genprodukte herunterreguliert.

Eine wichtige Funktion des großen T-Antigens ist die Transformation der Zelle und dieses Protein ist involviert bei der Zellinduktion. Das werden wir noch im Detail diskutieren.

Nach der späten Phase und der Produktion der Strukturproteine kommt das Zusammenbauen, wo die Kapsidproteine zusammen mit der neu produzierten DNA zusammengebracht werden. Danach werden die neu produzierten Viren freigesetzt über eine Zelllyse.

Wesentlich haben wir jetzt den ganzen Zyklus durchgemacht: über die Anlagerung, die Penetration, die frühe Genexpression, wo die frühen Genprodukte, die regulatorischen Produkte, unter anderem das große T-Antigen, produziert werden, die Replikation der DNA über den zirkulären Mechanismus mit Hilfe des großen T-Antigens, die späte Expression der Strukturproteine, das Zusammenbauen dieser Proteine zusammen mit der neuesten DNA und dann letztendlich die Freisetzung aus der Zelle durch Lyse.

Die wichtigen Merkmale der Replikation der Papillomaviren sind, dass es frühe und späte Funktionen gibt. Wir werden immer wieder sehen, dass die frühen Funktionen immer die regulatorischen Funktionen sind, die späten Funktionen immer die Strukturproteine.

Verwendet dieselbe DNA-Sequenz, um mehrere Proteine zu kodieren. Die Proteine, die kodiert werden, sind multifunktional. Das Genom ist sehr klein und wird klein gehalten durch diese Strategie, dass man von sieben Stücken DNA kopiert, die die Wirtszelle zur Verfügung stellt, sowohl die DNA-Syntheseapparatur als auch die RNA-Syntheseapparatur und die Histone.

Das kann es machen, weil die Replikation der DNA hier und alle anderen Vorgänge eigentlich identisch sind zu dem, was normalerweise in der Wirtszelle abläuft.

Das nächste Virus, das wir besprechen werden, ist das Adenovirus, das sich ebenfalls im Kern repliziert. Wir kennen diese Viren schon. Sie sind klein, haben einen Durchmesser von etwa 70 Nanometern, sie haben ein lineares doppelsträngiges DNA-Molekül und sie sind nicht umhüllt.

Adenoviren sind assoziiert mit Infektionen der oberen Atemwege, Konjunktivitis, Infektionen des gastrointestinalen Trakts und auch Tumoren bei Tieren. Die Replikation von Adenoviren kann in frühe und späte Phasen eingeteilt werden, so ähnlich wie wir es bei den Papillomaviren gesehen haben.

Die frühen Gene sind wieder die Proteine, die nötig sind für die Replikation und für die Regulation. Unten sehen wir thematisch dargestellt, es geht um das Adenovirus.

Jetzt möchte ich wissen, ob Ihnen etwas auffällt, wenn man dieses Genom anschaut. Normalerweise, wenn man einen DNA-Strang zeichnet, zeichnet man es so, dass der kodierende Strang oben ist mit dem 5'-Ende links und dem 3'-Ende rechts.

Der nicht kodierende Strang wird unten gezeichnet mit dem 3'-Ende links und dem 5'-Ende rechts. Wir sehen aber, dass das Adenovirus alles umgezeichnet wird. Der kodierende Strang wird oben gezeichnet und sein 5'-Ende ist rechts, während der nicht kodierende Strang unten gezeichnet wird mit dem 3'-Ende rechts.

Jetzt bei Adenoviren sind beide Stränge komplementär. Das bedeutet, wir kriegen die Expression, die abgeleitet wird, sowohl vom oberen als auch vom unteren Strang.

Die Art, wie man Adenoviren zeichnet, mit dem kodierenden Strang oben und dem 5'-Ende rechts, ist historisch bedingt. Es wurde immer so gezeichnet. Es ist das einzige Virus, das so gezeichnet wird.

Wenn Sie also nur ein Virus zeichnen oder eine Abbildung sehen, müssen Sie immer daran denken, dass Adenoviren anders gezeichnet werden als alle anderen DNA-Moleküle.

Im Gegensatz zu den Papillomaviren, die die Wirtszelle eigene DNA in die DNA-Polymerase verwenden, codiert das Adenovirus seine eigene DNA-Polymerase. Der Grund dafür ist, dass Adenoviren ihre DNA durch einen anderen Mechanismus replizieren, einen sogenannten "strand displacement"-Mechanismus.

Dieser Mechanismus läuft ohne Okazaki-Fragmente. Beide Stränge werden kontinuierlich synthetisiert. Die Polymerase ist allgemein nicht in der Lage, gegen die DNA zu ziehen, sie braucht immer einen Primer.

Im Fall von Adenoviren funktioniert das virale codierte Terminal-Protein als Primer. Dieses Protein ist immer kovalent an das 5'-Ende gebunden. Hier sehen wir bildlich dargestellt die Replikationsstrategie von Adenoviren.

Ein doppelsträngiges lineares DNA-Molekül ist hier gezeichnet und wir sehen, dass an jedem 5'-Ende ein Terminal-Protein gebunden ist. Dieses Terminal-Protein wird erkannt durch eine zweite Kopie, die hier in rot gezeichnet ist, von diesem Terminal-Protein, das als Initiationsstelle dient für die Synthese vom ersten Strang.

Hier in rot markiert ist die Struktur, die erkannt wird, das Terminal-Protein in Zusammenhang mit einem freien 3'-Ende. Das erlaubt dann, dass das neue Terminal-Protein sich hineinlegt und die Replikation beginnt.

Die Replikation geht weiter und der obere Strang wird immer weiter deplatziert, bis die Replikation zu Ende gegangen ist und wir ein neues Molekül oder einen neuen Strang haben. Der alte Strang ist hier in rot gezeichnet.

Im Verlauf der Deplatzierung wird der deplatzierte alte Strang geschützt von diesem Terminal-Protein, das den Strang vor Abbau schützt.

Zusammenfassend haben wir jetzt diese Situation: Wir haben ein doppelsträngiges Molekül, das besteht aus dem alten Strang und dem neuen Strang, und einen deplatzierten alten Strang, der geschützt ist von diesem Terminal-Protein.

Die Sequenzen hier und hier in diesem Strang sind komplementär. Das bedeutet, der Strang kann sich zurück auf sich selbst falten und eine Struktur bilden, wie ein Haarnadel.

Diese komplementären Sequenzen können miteinander interagieren und was wir hier sehen, ist, dass diese Struktur am Ende ein Terminal-Protein hat, das identisch ist mit der ursprünglichen Struktur, die erkannt worden ist.

Das bedeutet, dass ein zweites Molekül vom Terminal-Protein jetzt diese Struktur erkennen kann und kann wieder denselben Vorgang hier anfangen, indem es hier einen neuen roten Strang platziert.

Gleichzeitig wird dieses schützende Protein abgebaut und am Schluss haben wir dann einen zweiten Strang produziert, der wieder entsteht aus einem alten Strang und einem neuen Strang.

Hier sehen wir die Adenovirus-Replikation im Detail. Wir sehen doppelsträngige DNA und am 5'-Ende sehen wir das gebundene Terminal-Protein mit einer Größe von 55 kDa.

Dieses 5'-Ende, das 55 kDa Protein, wird erkannt vom zweiten Terminal-Protein, das eine Größe von 80 kDa hat und das auch ein freies 3'-Ende zeigt.

Nach der Erkennung des doppelsträngigen Moleküls bindet sich das 80 kDa Protein und verdrängt den zweiten Strang. Die Synthese findet in diese Richtung statt und verwendet als Matrize diesen Strang.

Der zweite Strang wird verdrängt und die Synthese geht weiter, bis der zweite Strang vollständig verdrängt ist. Am Schluss haben wir jetzt diese Situation: Wir haben ein doppelsträngiges Stück, wo der ursprüngliche Strang hier in blau gezeichnet ist und der neue Strang hier in rot.

Dann haben wir ein einzelsträngiges Stück, das der verdrängte ursprüngliche Strang ist. Dieser ursprüngliche Strang trägt hier und hier komplementäre Sequenzen, die miteinander hybridisieren können und produzieren diese Struktur, wo die komplementären Sequenzen miteinander interagieren.

Aber wir haben hier einen nicht komplementären Teil. Es schaut wie eine Haarnadelstruktur aus. Das Terminal-Protein wird erkannt, wie schon gesagt, die Struktur hat ein freies 3'-Ende, das eingebunden ist in ein kleineres Terminal-Protein.

Diese Struktur ist hier wieder vorhanden. Nun kann das große Terminal-Protein wieder hier binden und kann diesen Prozess wieder anfangen.

Die Synthese läuft bis zum Ende und dann haben wir wieder ein doppelsträngiges Molekül, das identisch ist mit dem ursprünglichen Strang, der hier in blau gezeichnet ist und der neue Strang in rot.

Während dieses ganzen Prozesses wird der verdrängte Strang immer geschützt durch die Bindung von einem Terminal-Protein. Dieses Terminal-Protein wird dann entfernt, weil es in die Synthese des zweiten Strangs involviert ist.

Wie gesagt, Adenoviren haben eine klassische frühe Expression und eine späte Expression. Die frühe Expression stellt die ganzen regulatorischen Proteine, die nötig sind für die Replikation, her.

Die Replikation wird durchgeführt, wie wir schon gerade gelernt haben, und dann kommt es zur späten Expression, wobei die späte Expression die Expression von den Strukturproteinen ist.

Wie diese späte Expression angeschaltet ist, ist noch nicht gut verstanden. Wir wissen aber, dass es einen späten Major-Transkript gibt.

Jetzt, wie kann ich von einem Virus mehrere Proteine ins Visier nehmen? Wir wissen, dass bei Adenoviren die Situation so ist, dass die mRNA in einem polycistronischen Modus vorliegt.

Das bedeutet, die mRNA hat eine Kapselstruktur und ein polyadenyliertes Ende. Diese Kapselstruktur wird erkannt von der RNA-Polymerase und die Synthese von Kapsidproteinen läuft bis zum Stop-Codon oder dem Intron.

Diese Annahme wird dann in ein primäres Transkript umgewandelt. Falls es mehr offene Leserahmen hintereinander gibt, wie hier gezeigt, sagt man, dass sowohl beim ersten Stop als auch beim zweiten es so ist, dass es ein großes primäres Transkript gibt, das dann prozessiert wird, um verschiedene Proteine zu produzieren.

Die Prozessierung passiert am 3'-Ende und prozessiert auch am 5'-Ende durch die Entfernung von Introns. Der Mechanismus ist möglich, weil das Ganze intern abläuft.

Hier sehen wir, dass das erste primäre Transkript produziert wird von einer Kapselstruktur bis zum 3'-Ende. Dieses Transkript wird dann prozessiert, es wird zurückgeschnitten von 3'-Enden und es wird vom 5'-Ende modifiziert, indem die Introns herausgeschnitten werden.

So dass wir am Schluss kleinere mRNAs produzieren, die monocystronisch sind. Jede mRNA kodiert nur für ein Protein. Hier ist das primäre Transkript, ein Transkript.

Es gibt viele, viele primäre Transkripte, die hier gezeigt werden. Nachdem die Transkripte gemacht worden sind, werden sie vom gleichen Tag prozessiert, also zurückgeschnitten, so bestimmte Punkte.

Dann werden am 5'-Ende die Introns entfernt, sodass am Schluss wir Einsätze von verschiedenen mRNAs haben, die alle verschieden sind und jeweils für ein Protein kodieren.

Der Zusammenbau von Adenoviren findet im Zellkern statt. Wir kriegen diese Anlagerung von Viruspartikeln intern und letztendlich werden diese Viruspartikel freigesetzt durch Lyse.

Zusammenfassend sind die wichtigen Merkmale der Adenovirus-Replikation, dass dieses Virus größer und komplexer ist als die Replikation, die wir bei den Papillomaviren gesehen haben.

Das Virus muss eine eigene DNA-Polymerase kodieren und die DNA verpacken, weil es nichts hat, was die normale DNA-Replikation verwendet, wie die Wirtszelle.

Die Wirtszelle stellt die RNA-Synthesefaktoren zur Verfügung, die nötig sind für die RNA-Synthese und Modifikation. Das Ganze läuft im Kern ab, weil diese Faktoren und auch die Maschinerie im Kern vorhanden ist.

Die dritte Gruppe der DNA-Viren, die wir besprechen werden, sind die Herpesviren. Diese Viren replizieren sich ebenfalls im Kern. Dieses Bild zeigt die typische Struktur von Herpesviren.

So schaut es ähnlich aus wie ein Spiegelei. Dort sieht man die weißen Membranen. Es sind große Viren. Zu den Herpesviren zählen unter anderem das Epstein-Barr-Virus, das Herpes-simplex-Virus oder das Varizella-Zoster-Virus.

Diese Viren kennt man als menschliche Virus-Erreger. Das Herpes-simplex-Virus zum Beispiel ist bekannt als das Virus, das Lippenbläschen oder Herpes genitalis verursacht.

Das Varizella-Zoster-Virus ist bekannt als das Virus, das Windpocken verursacht und später bei Reaktivierung Gürtelrose produziert.

Das Epstein-Barr-Virus ist bekannt als das Virus, das der Auslöser für infektiöse Mononukleose oder das Pfeiffer-Drüsenfieber ist.

Hier sieht man ein sehr typisches Beispiel für Herpes-simplex-Viren, viele Bläschen, die an der Lippe stehen, können aber auch im ganzen Gesicht entstehen.

Hier sieht man das Herpes-simplex-Virus genitalis und die gleichen Bläschen an den genitalen Organen. Es gibt auch mehrere humane Herpesviren, zum Beispiel das Herpesvirus 6, das 1986 entdeckt wurde, das Herpesvirus 7, das 1994 entdeckt wurde, und das Herpesvirus 8, das bei AIDS-Patienten vorkommt.

Jetzt sehen wir ein paar Videos, die zeigen, wie die Replikation des Herpesvirus abläuft. Ein wichtiges Merkmal bei Herpesviren ist, dass sie in die Zelle eintreten durch Oberflächenfusion.

Das heißt, Fusion beim physiologischen pH. Die bloße Interaktion zwischen jedem Oberflächenprotein und Rezeptor führt zu Konformationsänderungen und zur Fusion der zwei Membranen.

Das wird hier wirklich gezeigt. Wir sehen, dass das Herpesvirus hier durch den Rezeptor an seine Rezeptoren bindet. Wir sehen, dass das dazu führt, dass die zwei Membranen miteinander fusionieren und letztendlich ein Tor entsteht, wodurch das Kapsid in den Zytoplasma der Zelle hineinwandern kann.

Am Schluss hat man die Situation, dass das Kapsid zitiert wird und dass die virale Membran vorhanden ist in der Zellmembran als Teil der Zelle.

Jetzt ist auch wichtig zu wissen, dass nicht nur die virale Membran vorhanden ist, sondern auch die Oberflächenproteine des Virus, unter anderem die glykosylierte Proteine, jetzt auch in der Zelle vorhanden sind.

Diese ermöglichen, dass infizierte Zellen, die auf der Oberfläche diese glykosylierte Proteine zeigen, mit nicht infizierten Zellen, die nur Rezeptormoleküle auf der Oberfläche haben, fusionieren.

Genau dieser Prozess, den wir hier gesehen haben, kann zwischen zwei Zellen ablaufen, wo die eine Zelle virale Proteine in ihrer Oberfläche trägt und die andere Zelle nur die Rezeptormoleküle trägt.

Wenn die zwei Zellen miteinander interagieren, können wir dieselbe Reaktion sehen, wie wir schon gesehen haben, dass die zwei Zellen miteinander fusionieren.

Es entsteht eine riesenzelle, die doppelt so groß ist wie normal. Das nennt man auch Syncytium.

Die Replikation des Herpesvirus kann weder in frühe noch in späte Phasen eingeteilt werden, genauso wie die anderen DNA-Viren. Aber bei Herpesviren hat man zusätzlich eine Unterteilung in die frühen Phasen zwischen die unmittelbar frühen Proteine und die frühen.

So dass wir hier nicht nur früh sagen, sondern wir sagen unmittelbar früh und früh. Wir sehen hier jetzt im Video, wie diese unmittelbaren Phasen ablaufen.

Anfangen muss die Wirtszelle eine Polymerase den Alpha-Promoter für die unmittelbar frühen Transkripte erkennen. Um das zu ermöglichen, bringt das Virus mit sich ein programmiertes Protein.

Dies ist ein spätes Protein, das mit verpackt ist in das Viruspartikel und nachdem dieses Protein mit Hilfe der Wirtszelle-Polymerase die Expression der unmittelbar frühen mRNAs erlaubt, werden diese Proteine in den Zytoplasma transportiert und die Proteine werden wieder zurück in den Kern transportiert.

Diese können dann den Beta-Promoter aktivieren, der für die frühen Gene notwendig ist. Die frühen Gene kodieren für Proteine, die nötig sind für die Replikation, zum Beispiel die DNA-Polymerase, die DNA-Proteine und die natürliche Chinesische Reduktase.

Die Expression dieser frühen Beta-Proteine resultiert in einer Unterregulierung der Proteine, die in den unmittelbar frühen oder Alpha-Routinen kodiert werden, indem die alten mRNAs reduziert werden.

Das Problem bei der Replikation von linearen DNA-Molekülen ist, dass wir wissen, die DNA-Polymerase immer einen Primer braucht. Wenn zum Beispiel ein RNA-Primer verwendet wird, ist die DNA-Polymerase nur in der Lage, die DNA von 5'-Richtung zu 3'-Richtung zu synthetisieren.

Der Bereich, der bedeckt ist vom RNA-Primer, kann niemals nachsynthetisiert werden, weil das eine Synthese in Richtung 3'-zu-5'-Richtung erfordern würde und es gibt keine Enzyme, die das ermöglichen.

Hier sehen wir das Problem bildlich. Wenn wir hier diese RNA-Primer anschauen, können die verwendet werden, um die Synthese in diese Richtung immer zu initiieren.

Aber am Schluss haben wir die Situation, dass ein freies 3'-Ende des Stranges sitzt und wenn der Primer abgebaut wird, würde man eine Synthese in die andere Richtung brauchen und diese Enzyme gibt es nicht.

Das bedeutet, mit jedem Vorgang wird die neu synthetisierte DNA kürzer um die Länge des Primers. Dieses Problem kennen wir bei der genomischen DNA.

Wir wissen, dass unsere Chromosomen auch dieses Problem haben und wir haben Telomere, die immer kürzer werden, jedes Mal, wenn die DNA repliziert wird.

Das Problem ist, wie können die idealen Genome repliziert werden, ohne dass wir immer die neue DNA um die Länge des Primers verkürzen? Es gibt zwei Strategien, wie das gemacht werden kann.

In der realen Welt wird eine Strategie von den Bakterien verwendet, zum Beispiel Bakteriophage T7, das auch eine lineare DNA als Genom hat. Diese Bakterien replizieren ihre DNA über Überlappungen.

Hier sehen wir die doppelsträngige DNA vom Bakteriophage T7. Wir können diese Replikation durch Überlappungen mithilfe von RNA-Primer sehen.

Wir kriegen immer dort, wo der RNA-Primer war, ein Loch, das nicht aufgefüllt werden kann, weil dieses 5'-Ende nicht verlängert werden kann. Wir sehen das gleiche am zweiten Strang.

Was macht der Bakteriophage? Er verknüpft die zwei Stränge, die produziert werden, diesen Strang, das ist die Kopie vom oberen Strang, und diesen Strang, das ist die Kopie vom unteren Strang.

Er verknüpft die zwei zusammen über diese komplementären Sequenzen. Das bedeutet, dass sie miteinander interagieren können.

Wir sehen, dass wir hier eine Komplementarität haben, die zusammenkommt und wir kriegen ein längeres Molekül, die doppelsträngige DNA.

Die zwei alten Stränge sind miteinander verknüpft über diese komplementären Sequenzen. Wir sehen auch, dass wir hier kleine Löcher haben, die können aber verknüpft werden, weil wir hier ein freies 3'-Ende haben.

Das bedeutet, wir können die wieder auffüllen. Nach diesem Vorgang führen wir eine zweite Spaltung durch. Die Spaltung kommt aber hier zustande und hier.

Ursprünglich war die Spaltung hier und hier und das führt zu dieser Struktur. Der Unterschied ist jetzt, dass diese Struktur jetzt ein freies 3'-Ende hat.

Diese Struktur hat auch ein freies 3'-Ende, das verlängert werden kann. Das bedeutet, wir können das in diese Richtung verlängern.

Wir kennen dieses 3'-Ende, das in diese Richtung verlängert wird. Am Schluss können wir zwei identische Kopien herstellen, die die vollständige Sequenz haben, die ursprünglich im Bakteriophage T7 vorhanden war.

So habe ich das Ganze wieder gezeichnet. Hier sehen wir die ursprüngliche doppelsträngige DNA, die verknüpft wird, wie ein Haarnadel.

Wir nehmen den oberen Strang und produzieren einen neuen Strang. Hier verknüpfen wir einen RNA-Primer an den unteren Strang und erhalten einen neuen Strang.

Danach werden diese RNA-Stränge abgebaut und wir kriegen die Situation, die hier gezeigt wird. Hier war die RNA, die hier war, und hier war der alte Strang.

Wichtig ist, dass die zwei Sequenzen hier komplementär sind. Das bedeutet, sie können miteinander interagieren und wir kriegen eine Sequenz, wie hier gezeigt, wobei wir zwei Löcher haben.

Diese können aber auch gefüllt werden mithilfe von RNA-Primer. Dieses 3'-Ende kann verlängert werden.

Wir sehen diese Auffüllung des 3'-Endes, die wird verlängert. Diese Stränge werden verlängert, dann wird das Ganze geschnitten und verknüpft.

Am Schluss haben wir eine intakte Sequenz wieder, wie hier gezeigt. Der Unterschied ist jetzt, dass wir zwar zwei Moleküle von der doppelsträngigen DNA haben, aber dass das Terminal-Protein hier nur einmal vorhanden ist.

Um dieses Terminal-Protein hier zu reduzieren, müssen wir wieder die DNA aufschneiden, und zwar hier und hier. Es sind jetzt andere Stellen als ursprünglich.

Ursprünglich war der Schnitt hier und hier und wir kriegen dann diese Situation, wo wir ein freies 3'-Ende haben.

Dieses 3'-Ende kann verlängert werden auf diese Matrize und dieses freie 3'-Ende kann verlängert werden auf diese Weise.

Wie das durch die RNA-Primer gesehen wird, am Schluss haben wir diese zentrale Sequenz verdoppelt. Wir haben einmal ABC und einmal ABC hier.

Am Schluss haben wir zwei Kopien produziert. Jede Kopie ist identisch zu der ursprünglichen.

So haben wir den zweiten Weg, wie die Adenoviren ihre linearen Genome replizieren können. Zunächst wird die Erbmasse reduziert.

Das erste, was passiert, ist, dass die doppelsträngige DNA denaturiert wird. Wir denken an ein einzelnes Molekül, das hier gezeigt wird, und dann wird ein kleines Loch gesetzt.

Das erlaubt, dass die Struktur sich hier hin ausdehnt, wie hier oben gezeigt. Hier haben wir ein freies 3'-Ende, das wieder in diese Richtung verlängert werden kann, bis zum Ende des Templates.

Danach sehen wir, dass wir hier auch Basenpaarungen haben. Das bedeutet, wir können zum Beispiel zwischen den verschiedenen Sequenzen, die oben liegen und unten liegen, zurückhalten und kriegen zwei Haarnadelschleifen.

Hier ist wichtig zu wissen, dass dieses Ende hier ein freies 3'-Ende darstellt, das wieder verlängert werden kann in diese Richtung.

Dieses 3'-Ende wird verlängert auf diesen Strang hier. Das bedeutet, wir können das in diese Richtung verlängern. Danach kommt es zu einer zweiten Spaltung.

Hier sehen wir, dass wir dann zwei Moleküle produzieren, die hier gezeichnet sind. Der obere Strang ist das originale und hier sehen wir den neuen Strang.

Hier ist das neue und hier ist der alte. Diese zwei Stränge hier sehen schon identisch aus zu den ursprünglichen Strängen.

Das ganze Modell kann man auch so durchführen, wie auf der rechten Seite gezeigt, indem man zwei Löcher setzt.

Das bedeutet, dass wir zwei freie 3'-Enden haben, die weiter verlängert werden können in diese Richtung beziehungsweise in diese Richtung.

Am Schluss haben wir das gleiche Produkt, wie ich hier gezeigt habe. Die neue doppelsträngige DNA wird verwendet, um erstens RNA-Moleküle zu produzieren für die intermediären Genprodukte.

Wie schon erwähnt, wird auch RNA produziert, die für die späten Proteine kodiert. Diese RNA wird dann in die Strukturproteine umgewandelt.

Die Strukturproteine kommen dann zusammen mit der neuesten DNA und man kriegt die Formation von Viruspartikeln.

Die MV sind infektiöse Viruspartikel, können aber die Zelle nur durch Lyse verlassen.

Die MV können aber auch eine zweite Membranstruktur bekommen durch den Golgi-Apparat oder andere interne Strukturen.

Diese MV sind ebenfalls infektiös. Wir sehen, dass wir uns zusammenbauen, Plasma ist ein relativ langsamer Prozess.

Ein Teil der Viren wird durch die Golgi-Membran eingewickelt und das sind die MV. Die Viren verlassen dann die Zelle hauptsächlich durch Lyse.

So, die wichtigen Punkte bei den Pockenviren sind, dass die ganze Replikation im Zytoplasma abläuft, weil sie alles mitbringen müssen.

Sie sind sehr große Viren, sie machen sehr viel selbstständig und sie haben ungewöhnliche Fähigkeiten.

Zusammenfassend haben wir heute fünf verschiedene Wege der DNA-Replikation diskutiert. DNA-Viren können entweder über den klassischen Weg sich replizieren, wie zum Beispiel das HPV.

Sie können mit Hilfe von einem Protein-Primer sich replizieren, wie zum Beispiel das Adenovirus. Sie können mehrere Moleküle kombinieren und so sich replizieren, wie zum Beispiel die Bakteriophagen.

Andere doppelsträngige DNA-Viren replizieren ihre lineare DNA und replizieren das über den strand displacement Mechanismus.

Pockenviren können die doppelsträngige DNA miteinander verknüpfen und über Nicking und Ligation sich replizieren.