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Lexikon der Biologie: Picornaviren

Picornaviren [von ital. piccolo = klein und RNA], Picornaviridae, umfangreiche Familie von kleinen RNA-Viren, die in die 6 Gattungen Enterovirus, Rhinovirus, Cardiovirus, Aphthovirus, Hepatovirus und Parechovirus unterteilt werden ( vgl. Tab. 1 ). Zu den Picornaviren gehören einige bedeutende Krankheitserreger (Infektionskrankheiten, Viruskrankheiten) von Mensch und Tier, u.a. Poliovirus als Erreger der Poliomyelitis, das Hepatitis-A-Virus (Hepatitisvirus A) und das Maul-und-Klauenseuche-Virus (Abk. MKS-Virus) als Erreger der Maul- und Klauenseuche. Da Polioviren, ECHO-Viren und Coxsackieviren den Magen-Darm-Trakt des Menschen infizieren, wurden sie ursprünglich unter der Bezeichnung Enteroviren zusammengefaßt. Es können jedoch auch Erkrankungen der Atmungsorgane und des Zentralnervensystems hervorgerufen werden. Rhinoviren infizieren hauptsächlich den Nasen-Rachen-Raum; sie sind häufige Erreger von Erkältungskrankheiten (Erkältung) bei Kindern und Erwachsenen. Cardioviren sind hauptsächlich mäusepathogen; eine Übertragung auf den Menschen ist sehr selten. Parechoviren vermehren sich hauptsächlich im Magen-Darm-Trakt; sie verursachen Durchfallerkrankungen hauptsächlich bei jungen Erwachsenen, häufig mit Komplikationen im Atmungsbereich. In den meisten Fällen verlaufen Picornavirusinfektionen beim Menschen ohne Krankheitssymptome. Bei den meisten Picornaviren lassen sich verschiedene Serotypen voneinander unterscheiden, da die Viren unterschiedliche Antigenspezifitäten aufweisen. Nach der neuen Virustaxonomie werden die Picornavirus-Serotypen zu Virusarten zusammengefaßt ( vgl. Tab. 1 ). Eine vollständige Neutralisierung der Virusinfektiosität wird nur durch das jeweilige homologe, typenspezifische Antiserum erreicht. – In den Viruspartikeln (Durchmesser 22–30 nm, Ikosaedersymmetrie; vgl. Abb. ) umschließt ein aus 60 Untereinheiten (Protomere) aufgebautes Capsid eine lineare einzelsträngige RNA (Länge 7,0–8,5 kb). Die Protomere bestehen aus den 3 Oberflächenproteinen 1B (VP2), 1C (VP3) und 1D (VP1) sowie dem internen Protein 1A (VP4). Die Struktur von Viruspartikeln wurde besonders intensiv bei Picornaviren untersucht. Das Fehlen einer lipidhaltigen Hülle bedingt die Resistenz der Picornaviren gegenüber organischen Lösungsmitteln, z.B. Ether. Die Genom-RNA besitzt Plusstrang-(= mRNA-)Polarität und ist infektiös. Von einigen Picornaviren wurden die vollständigen Genom-Nucleotidsequenzen bestimmt (Poliovirus: 7433 Nucleotide, Hepatitis-A-Virus: 7478 Nucleotide, Encephalomyocarditis-Virus: 7840 Nucleotide, MKS-Virus: 8450 Nucleotide). Die Genom-RNA trägt am 5'-Ende ein kovalent gebundenes Protein (VPg, 20–24 Aminosäuren) und am 3'-Ende eine Polyadenylsäuresequenz (durchschnittliche Länge 35–100 Nucleotide). Auf das 5'-terminale VPg folgt eine sehr lange (0,6–1,5 kb) nichttranslatierte Region, die Signale zur RNA-Replikation sowie eine „internal ribosome entry site“ (Abk. IRES, Länge 400–450 Nucleotide; IRES-Elemente) zur Translationsinitation enthält. Der Hauptteil der Genom-RNA wird von einem einzigen ORF (offenes Leseraster) gebildet, der die genetische Information für alle viralen Proteine enthält. Die 3'-nichttranslatierte Region hat eine Länge von 40–165 Nucleotiden. Nach Adsorption der Virionen an Plasmamembranrezeptoren der Wirtszelle (Proteine der Immunglobulin-Superfamilie oder Integrine), rezeptorvermittelter Endocytose und Freisetzen der Nucleinsäure in das Cytoplasma dient die Virion-RNA zunächst als monocistronische mRNA zur Proteinsynthese (Translation) und dann als Matrize zur Genom-Replikation. Es kommt zur Synthese eines Polyproteins (relative Molekülmasse ca. 240.000, 2178–2332 Aminosäuren), das durch stufenweise proteolytische Spaltungen erst in die Vorläuferproteine P1, P2 und P3 und dann in die eigentlichen Virusproteine ( vgl. Tab. 2 ) zerlegt wird. Die proteolytischen Spaltungen werden von viruscodierten Proteinasen (2A, 3C) durchgeführt und erfolgen schon während der Translation, so daß das komplette Polyprotein nicht entsteht. Die virale RNA-Replikation beginnt mit der Synthese der zur Virion-RNA komplementären Minusstrang(-)RNA, die dann als Matrize zur Synthese neuer Plusstrang-(+)RNAs dient. Replikative Intermediate (RI) bestehen aus einer vollständigen (–)RNA und mehreren inkompletten, in Synthese befindlichen (+)RNAs; sie sind mit dem glatten endoplasmatischen Reticulum assoziiert. Die neugebildeten (+)RNAs werden zur Translation, zur Synthese zusätzlicher (–)RNAs oder als Genom-RNA zur Verpackung in Virionen verwendet. Die Virion-Morphogenese verläuft stufenweise unter proteolytischer Spaltung des Protein-Vorläufermoleküls P1 in die Capsidproteine. Zunächst werden nicht-infektiöse Provirionen gebildet, aus denen durch eine Reifungsspaltung von VP0 in die Proteine VP2 + VP4 die infektiösen Partikel entstehen. Die meisten Picornavirusinfektionen verursachen charakteristische morphologische Veränderungen der Wirtszellen. Es kommt zur Hemmung der zellulären DNA-, RNA- und Protein-Synthese. An der Hemmung der zellulären RNA-Synthese ist die virale Proteinase 3C maßgeblich beteiligt, die Transkriptionsfaktorkomplexe vor allem für RNA-Polymerase II, aber auch für I und III, verändert. Die Hemmung der zellulären Proteinsynthese erfolgt bei vielen Picornaviren durch proteolytische Spaltung des Proteins p220, das Bestandteil des zellulären cap-Bindungskomplexes ist. Die Translation der Picornavirus-mRNAs ist cap-unabhängig, da sie durch Bindung der Ribosomen an die interne IRES-Struktur initiiert wird. Bei Doppelinfektion (Virusinfektion) einer Zelle können genetische Rekombination und phänotypische Mischung auftreten. – Die Picornaviren zeigen in Genomaufbau, Genen, Genexpression und Virionstruktur Ähnlichkeiten mit den Comoviren, Potyviren und Sequiviren. Deshalb werden diese 4 Virusfamilien als Picornavirus-Überfamilie zusammengefaßt. Ähnlichkeiten bestehen auch mit Viren der Gattung „Cricket paralysis-like viruses“, zu der neben der Typusart Cricket paralysis virus (Grillen-Paralyse-Virus) das Drosophila-C-Virus gehört. Viren.

E.S.



Picornaviren

elektronenmikroskopische Aufnahme von Viruspartikeln (Durchmesser 30 nm)

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