Replikation und Krankheitsentstehung bei Hepatitis B und ... · 25 nm Hepatitis A Virus (HAV) Picornaviridae Virus-Hepatitis 45 nm Hepatitis B Virus (HBV) Hepadnaviridae Hepatitis

Jürgen Stech

„Hepatitisviren“

Bilder ausFlint: Principles of Virology 2nd EditionFields: Virology 5th EditionModrow: Molekulare Virologie 3. Aufl.

„Hepatitisviren“sind Viren, die eine Hepatitis verursachen,

und bilden keine systematische Gruppe.

25 nm

Hepatitis A Virus (HAV)

Picornaviridae

Virus-Hepatitis

45 nm

Hepatitis B Virus (HBV)

Hepadnaviridae

Hepatitis G Virus (HGV)

Flaviviridae

KEIN Hepatitisvirus!

Hepatitis E Virus (HEV)

Hepeviridae

30 nm

Hepatitis Delta Virus (HDV)

nicht klassifiziert

35 nm

Hepatitis C Virus (HCV)

Flaviviridae

60 nm

andere Viren,

weitere

Mikroorganismen,

Parasiten,

hepatotoxische

Substanzen oder

Autoimmun-

erkrankungen.

Außer „Hepatitisviren“

sind mögliche Ursachen

einer Hepatitis

Fäko-orale Übertragungz. B. Trinkwasser, Nahrungsmittel

oder Schmierinfektion

Hepatitis A Virus

Hepatitis E Virus

Parenterale Übertragungz. B. Injektionen, Infusionen,

Dialyse oder Intimkontakt

Hepatitis B Virus

Hepatitis D Virus(Satellitenvirus zu HBV)

Hepatitis C Virus

Chronifizierung möglich

Übertragung und Verlauf

HEV Chronifizierung

möglich

HAV nicht chronisch

Virus-Hepatitis

45 nm


Hepadnaviridae


Hepeviridae

30 nm


nicht klassifiziert

35 nm


Flaviviridae

60 nm

25 nm


Picornaviridae

- Klassifikation und Systematik

- Unterschiede Bakteriophagen/ Viren von Eukaryonten

- Charakteristika von tierpathogenen Viren

- Charakteristika von pflanzenpathogenen Viren

- (+) Strang RNA-Viren: Picornaviren

Klassifikation RNA-Viren

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1516992112

2015

Replikationszyklus

Picornaviren

Hepatitis A Virus

Erkrankung: epidemische Hepatitis, bei 50%

asymptomatisch (bei Kindern > 90%), nicht chronisch

Übertragung: fäko-oral, über kontaminiertes Wasser oder

Essen (Virus sehr hitze- und pH-resistent)

Inkubationszeit: 4 Wochen

Prophylaxe: sehr guter Totimpfstoff verfügbar (für Reisen in

Endemiegebiete)

Epidemiologie: Mensch als einziges Erregerreservoir,

Seroprävalenz in Europa 5-20%, in Drittweltländern bis 90%

Hepatitis A Virus – weltweite Verbreitung

Art der

Diagnostik

Methode Nachweis von Vorteile/

Nachteile

Direkter Erregernachweis

Virus-Isolierung Anzüchtung auf

Zellkulturen

Infektiösität,

Zytopathogenität

empfindlich,

aber langsam

Elektronen-

mikroskopie (EM)

Negativ-

Kontrastierung,

Transmissions-EM

Viruspartikel schnell, aber wenig

empfindlich

Antigen-Nachweis

im Pat.-Material

Immunfluoreszenz,

Ag-ELISA

Virusproteine schnell, aber nur

z.T. verfügbar

Nukleinsäure-

Nachweis

im Pat.-Material

Gensonde,

Polymerase-

Kettenreaktion

viraler Nukleinsäure

(DNA oder RNA)

schnell, aber kein

dir. Nachweis der

Infektiösität

Indirekter Nachweis

Serologie • Immun-

fluoreszenz

• ELISA

• Hämagglutinations

-Hemmtest

• Western Blot

spezifischen

antiviralen

Antikörpern

im Serum des

Patienten

retrospektive

Diagnose

Direkter Nachweis

RT-PCR vom StuhlInfektiosität?

Sequenzierung Subtypenbestimmung

Epidemiologie

Hepatitis A Virus (HAV) – Diagnostik

Indirekter Nachweis

IgM EIA Routine-Nachweis der

akuten Hepatitis A

Gesamt-Ig EIA Immunitätsnachweis

25 nm


Picornaviridae

Virus-Hepatitis


Hepeviridae

30 nm


nicht klassifiziert

35 nm


Flaviviridae

60 nm

45 nm


Hepadnaviridae

Klassifikation DNA-Viren

Genom: partiell doppelsträngige DNA

HBe (early) ist ein Nicht-Strukturprotein, das

nicht Teil des Virions ist, sondern von

infizierten Zellen sezerniert wird (auf dem

HBc-Gen kodiert, C-terminal verkürzte Form

des HBs-Antigens).

HBs-Ag (surface)

drei Varianten: LHBsAg,

MHBsAg, SHBsAg (N-Terminal)

HBc-Ag (core)

ikosaedrisches Nukleokapsid


HBs-Ag wird in großen Mengen produziert und

ist außer im Virion auch in filamentösen oder

runden HBs-Partikeln im Serum enthalten.

P-Protein:Reverse Transkriptase!

Nichtinfektiöse Partikel

durch

Überschuss-Synthese

von HbsAg

Infektiöses Virion

Hepatitis B Virus (HBV): Proteine

Genom

ist eine

partiell

doppelsträngige

DNA

ORF C: Core-Region: Core: RNA-Verpackung, HbE-Ag: Modulation der

Immunantwort?

ORF S. Envelope-Region: L (large), M (medium), S (small)

ORF P: Reverse Transcriptase: terminal protein, reverse Transkriptase,

RNase H

ORF X: X-Protein: effizientere Transkription der viralen mRNA von ccc

DNA?, Transaktivator, für Replikation aber essentiell

Adsorption mittels Na-

Taurocholate-cotrans-

porting polypeptide (NCTP)

(1) und Aufnahme ins

Zytoplasma durch

rezeptorvermittelte

Endozytose und Freisetzung

aus dem Endosom durch

einen nichtfusogenen

Prozess (2)

Reparatur der lückenhaften

Plus-Strang-DNA (3) durch

unbekanntes Enzym

Replikationszyklus

Transport der Kapside mit DNA

über Mikrotubuli zu den

Kernporen, Freisetzung der DNA

in Zellkern (4) (covalently closed

circular DNA = cccDNA)

Diese minussträngige DNA ist

Template für Transkription durch

RNA-Polymerase II in überlange

RNA, das Prägenom (5) und in

kürzere mRNA-Transkripte (5)

Transport der mRNA aus Kern

(6) und Translation im ER zu

HbsAg (7)

Replikationszyklus

Transport des Prägenoms aus

Kern und Translation im

Zytoplasma in P-Protein

(=reverse Transkriptase) (8)

und in Kapsid-Protein (9)

Verpackung der RNA-P-

Komplexe (10)

Reverse Transkription des

Prägenoms durch P-Protein in

Minusstrang-DNA und Verdau

des Prägenoms (11)

Replikationszyklus

Rücktransport der DNA in

Zellkern als weiteres Template

früh im Replikationszyklus (12)

Formierung reifer

Nukleokapside bestehend aus

P-Protein und lückenhafter

doppelsträngiger DNA und

lückenhafter RNA (13)

Knospung ins ER (14) und

anschließend Exozytose (15)

Replikationszyklus

Familie Hepadnaviridae

Genera

Orthohepadnaviridae – Hepatitis B Virus (HBV)

Charakteristische Vertreter:

Hepatitis-B-Virus des Eichhörnchens (GSHV)

Hepatitis-B-Virus des Waldmurmeltieres (WHV)

Hepatitis-B-Virus der Wollaffen (WMBHV)

auch in Primaten

Avihepadnaviridae – Duck Hepatitis B Virus (DHBV)

Charakteristische Vertreter:

Reiher-Hepatitis-B-Virus (HHBV)

Die Homologie zwischen Ortho-

und Avihepadnaviren beträgt 40%.

Die Ortho-und Avihepadnaviren haben sich

vor mindestens 10 Mio. Jahren getrennt.

Klinik der HBV-Infektion

- Infektionsformen:

- asymptomatisch, selbstheilend

- akute Hepatitis mit ODER ohne Viruspersistenz

- Inkubationszeit: 1-6 Monate

- unauffällig bei geringer Infektionsdosis (Schleimhaut-

kontakt

- Prodromalphase: Arthralgien,

grippeähnliche Beschwerden,

gastrointestinale Beschwerden,

Exanthem, selten Fieber

- akute Hepatitis mit Ikterus

- ggf. Chronifizierung (bei 5% der

Erwachsenen), kann zu Leberzirrhose

oder hepatozellulärem Karzinom führen

Chronische Hepatitis B-Infektion

bei etwa 10% der akuten Infektionen Übergang zum

chronischen Verlauf (bei perinataler Infektion zu 90%)

aufgrund unvollständiger Immunität

Chronifizierungsrate

nach HBV-Infektion

in Abhängigkeit

vom Lebensalter!

Chronisch persistierende Form: relativ gute Prognose

Chronisch aktive Form: hohe Gefahr einer Leberzirrhose

> Leberzellkarzinom

HBV ist nicht zytotoxisch.

Die Hepatitis ist die Konsequenz einer

spezifischen T-Zell(CD8)-Antwort, die gegen

virale Antigene in infizierten Hepatozyten

gerichtet ist und daher ein

„Kollateralschaden“.

Pathomechanismus

Nature Medicine 19(7): 859-868 (2013)

- 5-7% der Weltbevölkerung sind HBV-Träger (insgesamt 350 Mio)

- etwa 1 Mio Tote/Jahr durch Leberzirrhose oder

Leberzellkarzinomen

HBV Epidemiologie weltweit

Deutschland: Seroprävalenz: 7%

etwa 150 Tote/Jahr nach akuter HBV-Infektion

0,4 - 0,7% der Bevölkerung HBV-Träger (400.000-550.000)

Hepatitis B Fallzahlen in Deutschland

HBV Genotypen

Übertragung: parenteral, sexuell, perinatal

(zumeist keine Angaben)

Inkubationszeit: 1-6 Monate

Hepatitis B Virus (HBV): Übertragung

semen

serum vaginal fluid

blood

wound exudates saliva

urine

feces

sweat

tears

breast milk

Concentration of HBV in Body Fluids

Low/

Not Detectable

High Moderate

Hepatitis B Virus (HBV): Diagnostik

Dane-Partikel Ø 42 nm

HBV-Genom

→ Infektiosität; Genotyp

HBV-Antigene

HBs-Ag

HBc-Ag

HBe-Ag (sezerniert)

HBV-Antikörper

anti-HBs

anti-HBc IgG / IgM

anti-HBe

DirektnachweisPCR (Genom), ELISA (HBs-Ag,

HBe-Ag)

Indirekter NachweisELISA der Serumantikörper

(anti-HBs, anti-HBc-IgM,

anti-HBc-IgG, anti-HBe)

HBV: Infektiösität und Serologie

infektiös bei positivem HBsAg,

vor allem bei positivem HBeAg

hohe Infektiösität 2-3 Monate

VOR der Hepatitis

HBV Impfung

Impfung (aktive Immunisierung) mit HBs-Antigen (Subunit-

Vakzine)

- früher aus Plasma chronischer Virusträger (Aufreinigung von

HBs-Partikeln)

- seit 1986 rekombinanter Impfstoff (HBs-Ag in Hefezellen

hergestellt)

1982 Einführung der Impfung (nur für Risikogruppen)

1995 Allgemeine Impfempfehlung gemäß WHO/STIKO

Postexpositionelle Gabe von HBV-Hyperimmunglobulinen

(passive Immunisierung)

- bei Neugeborenen HBsAg-positiver Mütter innerhalb von 12

nach Geburt

- nach gesicherter Exposition (z. B. Nadelstichverletzung)

Hepatitis B-Therapienur bei chronischem

oder akutem, aber fulminantem Verlauf

25 nm


Picornaviridae

Virus-Hepatitis

45 nm


Hepadnaviridae


Hepeviridae

30 nm


Flaviviridae

60 nm


nicht klassifiziert

35 nm

Hepatitis D Virus (HDV)

HBsAg

(Hülle)

zirkuläre, negativsträngige

RNA(Genom)

antigen

(Kapsid)

HDV ist ein defektes Virus, ein Virusoid.

Es vermehrt sich nur in Zellen, die gleichzeitig

mit HBV infiziert sind, weil es die Hülle des

HBV (HBs-Ag) benötigt.

Im Gegensatz zu HBV ist HDV zytotoxisch.

Koinfektion mit HBV:Akute Infektion kaum schlimmer, wird HBV-

plus HDV-Infektion jedoch chronisch,

verläuft die Infektion in der Regel

aggressiver.

Prophylaxe: Impfung gegen HBV

Superinfektion eines

chronischen HBV-Trägers:Oft fulminantes Auftreten einer akuten

Hepatitis, bei Überleben meist zusätzliche

Persistenz von HDV

Hepatitis D Virus – weltweite Verbreitung

Hepatitis-D Fallzahlen in Deutschland

HDV-Genom ist negativ-, einzelsträngige RNA, 70% hybridisiert

1-3: Genomsynthese initialisiert durch zelluläre RNA-Pol II, welche das

Polyadenylierungssignal und die Ribozymdomäne überliest

4-5: Prozessierung des 5'-Endes durch zelluläre Enzyme führt zu mRNAs

mit Poly-A-Schwanz, während

6-7: die RNA-Synthese (plussträngige antigenomische Matrize) über die

Ribozymregion im Template hinaus fortgesetzt wird

8-10: die neugebildete RNA wird gespalten durch das Ribozym und

anschließend ligiert, wodurch plussträngige zirkuläre RNA entsteht

11: Synthese minussträngiger RNA an plussträngigem Antigenom durch

RNA-Pol II

12-16: durch rolling-circle-Mechanismus, während die für das Ribozym

kodierende Region überlesen wird

17-20: die neugebildete RNA wird gespalten durch das Ribozym und

anschließend ligiert, so dass negativsträngige zirkuläre genomische RNA

entsteht

Die Konversion eines Stopkodons in ein Tryptophankodon

führt zu einer verlängerten mRNA,

die für das große Delta-Antigen kodiert.

25 nm


Picornaviridae

Virus-Hepatitis

45 nm


Hepadnaviridae


Hepeviridae

30 nm


nicht klassifiziert

35 nm


Flaviviridae

60 nm

- Klassifikation und Systematik

- Unterschiede Bakteriophagen/ Viren von Eukaryonten

- Charakteristika von tierpathogenen Viren

- Charakteristika von pflanzenpathogenen Viren

- (+) Strang RNA-Viren: Picornaviren

Klassifikation RNA-Viren

Hepatitis C Virus - Taxonomie

Pegivirus

Hund, Pferd, Nager, Fledermäuse

Bayesian phylogenetic tree of a 300-nt conserved region of the RdRp gene of the bat-derived viruses and selected members of the Hepacivirus and Pegivirus genera.

Quan P et al. PNAS 2013;110:8194-8199©2013 by National Academy of Sciences

Isolation of a cDNA Clone

Derived from a Blood-Borne

NonA NonB Viral Hepatitis Genome

Qui-Lim Choo, George Kuo, Amy J. Weiner, Lacy R.

Overby, Daniel W. Bradley, Michael Houghton

Science Vol. 244; 359-361 (1989)

Entdeckung des Hepatitis-C-Virus(-Genoms)

Herstellung einer cDNA-Genbank im

Bakteriophagen λgt11 von der RNA aus Plasma

eines Schimpansen, das ein unbekanntes Non-A,

Non-B-Agens enthielt.

Mit dem Serum eines chronischen NonA-NonB-

Hepatitispatienten wurden die Klone identifiziert, die

für virales Antigen kodieren.

Identifizierung

zweier cDNA-Klone

unter 106

Ausgehend von

transfizierten Replikons

ist nun die Erzeugung

infektiöser Virionen

möglich, die sowohl in

der Zellkultur als auch

im Tierversuch

einsetzbar sind.

Hepatitis C: Transfusionshepatitis

Krankheitsverläufe

Akute Infektion verläuft bei etwa 75%

asymptomatisch.

Unabhängig von der Akutinfektion wird die

Virushepatitis meist chronisch

(zu über 80%(!) , bei HBV nur 5-10%)

Chronisch Infizierte entwickeln häufig eine

Leberzirrhose und später ein

Leberzellkarzinom

Hepatitis C-Virus (HCV)

1989 identifiziert (bis heute nicht in Zellkultur anzüchtbar)

mindestens 12 Genotypen (und jeweils mehreren Subtypen

z.B. 1a, 1b, 2a, ....)

100 People

Resolve (15)

15%

Chronic (85)

85%

Cirrhosis (17)

Stable (68)

80%

75%

Stable (13)

Mortality (4)

25%

20%

Übertragung:

- parenteral

- sexuelle Kontakte

- perinatal (Übertragungsrate 6%)

Inkubationszeit: 1-3 Monate

Therapie: alpha-Interferon + Ribavirin (Erfolg abhängig vom Genotyp)

Epidemiologie: Weltweit etwa 170 Mio Infizierte

(3-4 Mio Neuinfizierte jährlich)

Durchseuchung in Deutschland etwa 0,4-0,7%

(HBV etwa 5%)

Hepatitis C -Virus (HCV)

Injecting drug use

Sexual

Health related work

Transfusion0

10

20

30

40

50

60

70

80

19821984198619881990199219941996199820002001

Year

Pe

rce

nta

ge

of

Cas

es

Transfusions *

3%

Occupational 3%

No Identified Risks

10%

Household 3%

Sexual 21%

Illegal Drug Use

60%

*None since 1994

<1%

1-2%

3-5%

5-10%

>10%

nicht bekannt

Altersabhängige

Durchseuchung mit HCV

ca 800 000 chronisch HCV-Infizierte in Deutschland

Hepatitis C ist Ursache

für 30% aller

Lebertransplantationen

50% der chron. Infizierten infektiös

> etwa 0,5% der Gesamtbevölkerung

HCV-Ausscheider (HBV auch 0,5%)

Ablauf der HCV-Diagnostik

Anamnese, Befund, Labor

Anti-HCV

HCV-RNA PCR

recomb. ELISA: Suchtest

[Bestätigung durch WB]

RT-PCR, qualitativ:

Nachweis der Infektiosität

Histologie

RNA-Titer,

Genotypisierung

RT-PCR, quantitativ:

Nachweis des Therapieerfolgs

Sequenzierung

Quasispecies NS5 Mutationen

Genotypisierung:

Prognose u.

molekulare Epidemiologie

Hepatitis C - Therapie -

Behandlungserfolg der chronischen Hepatitis C in Abhängigkeit vom Genotyp

Bisher keine Impfung verfügbar

→ Relative Therapie-Resistenz von Genotyp 1

25 nm


Picornaviridae

Virus-Hepatitis

45 nm


Hepadnaviridae


nicht klassifiziert

35 nm


Flaviviridae

60 nm


Hepeviridae

30 nm


Erkrankung: Epidemische Hepatitis - selten chronisch !

Komplikationen: Fulminanter Verlauf bei 1-3%,

Übertragung: fäko-oral, über kontaminiertes Wasser oder

Essen (wie Hepatitis A)

Inkubationszeit: 6 Wochen

Epidemiologie: häufigste Ursache für tödlich verlaufende

Hepatitiden in Indien, China, Nordafrika, Mittelamerika,

Deutschland: Tendenz steigend

Hepatitis E Virus

RKI Epidem Bull 05/2015

Hepatitis-E Fallzahlen in Deutschland



Indirekter Nachweis

IgM, IgG durch ELISA, dann

Bestätigung durch Westernblot

Hepatitis E Virus (HEV) - Diagnostik

Direktnachweis

PCR von Stuhl u. Blut , da

wochenlange Virämie

Systematik: Genus Hepatovirus der Familie Pircornaviridae

Genomaufbau: 1 plussträngige polyadenylierte RNA ohne 5‘-Cap, besitzt am 5‘-

Ende VPg-Protein und IRES, ca. 7500 Basen

Virionstruktur: ikosaedrisches Kapsid ohne Hülle, darin eingelagert Genom

Replikationsstrategie und Expression: Translation eines Polyproteins (250 kD), das autokatalytisch

gespalten wird, interne Ribosomenbindung (IRES) durch

nichtranslatierte Region am 5‘-Ende

Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit, Hepatitis A, nie chronisch

Virusreservoir: Mensch, Persistenz in Muscheln

Hepatitis A Virus

Systematik: Familie Hepeviridae (reklassifiziert, früher Caliciviridae),

1 Genus Hepevirus; Eablierung weiterer Genera vorgeschlagen

Genomaufbau: 1 plussträngige polyadenylierte RNA mit Cap am 5‘-Ende, ca. 7200

Basen

Virionstruktur: nichtumhülltes Ikosaeder

Replikationsstrategie und Expression: 3 überlappende ORF

Epidemiologie und Krankheitsbilder: Hepatitis E, besonders bei Schwangeren fulminanter Verlauf

Virusreservoir: Genotyp 1 und 2: Mensch; Genotyp 3 und 4: Schwein, weitere

Reservoire unklar, Zoonose

Hepatitis E Virus

Systematik: Genus Orthohepadnavirus der Familie Hepadnaviridae

Genomaufbau:unvollständig doppelsträngige DNA, RNA-Primer, überlappende ORF

Virionstruktur: ikosaedrisches Nukleokapsid, Hülle mit eingelagerten HbsAg

Replikationsstrategie und Expression: Reparatur der unvollständig doppelsträngigen genomischen DNA

zu cccDNA im Zytoplasma, aus Minusstrang im Zellkern durch RNA-

Polymerase II Synthese des Prägenoms und von mRNAs, im

Zytoplasma reverse Transkription für Genomreplikation

durch Spleißen Expression von sieben Proteinen aus vier

überlappenden ORFs

Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit, akute und (seltener) chronische Hepatitis

Virusreservoir: Mensch

Hepatitis B Virus

Systematik: einzige Spezies des Genus Deltavirus

Genomaufbau: einsträngige zirkuläre RNA negativer Polarität von 1,7 kB(!),

Virionstruktur: Nukleokapsid, dieses bestehend aus genomischer RNA sowie aus

kleinem und großem Delta-Antigen, als Hüllproteine HbAg-L und -S

des Hepatitis B Virus für Replikation und Infektiösität essentiell

Replikationsstrategie und Expression: rolling circle und Spaltung durch Ribozym, RNA-Editierung führt

zur Verlängerung des ORF und ermöglicht die Translation sowohl in

das kleine und das große Deltavirus-Antigen

Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit, bei chronischem HBV-Träger aggressivere Symptomatik

möglich

Virusreservoir: 5% der HBV-Träger

Hepatitis D Virus

Systematik: Genus Hepacivirus der Familie Flaviviridae

Genomaufbau: Plustrang-RNA von 9,6 kB, IRES,

Virionstruktur: umhülltes Nukleokapsid, in Hülle E1- und E2-Proteine eingelagert

Replikationsstrategie und Expression: Cap-unabhängige Translation mittels IRES, 1 ORF kodiert für

Polyprotein von ca. 3000 Aminosäuren, dann diverse Spaltungen

Epidemiologie und Krankheitsbilder: weltweit verbreitet, zu über 80% Chronifizierung der Hepatitis

einhergehend mit höherer Rate an Komplikationen wie Leberzirrhose

und Leberzellkarzinom

Virusreservoir: Mensch

Hepatitis C Virus

Virology Blog:

www.virology.ws

Webseite, wöchentlicher Podcast und Vorlesungen

von Vincent Racaniello

ebenfalls auf Youtube

Documents

Replikation und Krankheitsentstehung bei Hepatitis B und ... · 25 nm Hepatitis A Virus (HAV) Picornaviridae Virus-Hepatitis 45 nm Hepatitis B Virus (HBV) Hepadnaviridae Hepatitis