Retrovirus
Ein Retrovirus ist ein behülltes Einzel(+)-Strang-RNA-Virus, (ss(+)RNA), mit Besonderheiten, dessen Erbinformation als RNA vorliegt, aber als DNA fest in das Genom der Wirtszelle eingebaut wird.
Zur Gruppe der Retroviren gehören die Onkoviren, die Lentiviren und die Foamyviren.
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Besonderheiten
Die Retroviren
- sind die einzigen RNA-Viren, die diploid angelegt sind
- werden nur von den wirtseigenen Transkriptions-Enzymen übersetzt und neusynthetisiert
- benötigen eine spezifische zelluläre RNA (tRNA)
- sind die einzigen einsträngig, plusstrangorientierten RNA-Viren, bei denen das Genom nicht sofort als Matrize (mRNA) bei der Infektion benutzt werden kann.
Wenn das Virus diese RNA in die zu befallende Zelle eingebracht hat, muss die RNA erst in das "Format" der Erbinformation der Wirtszelle, Desoxyribonukleinsäure (DNA), umgewandelt werden. Dazu bringt das Virus ein Enzym mit, die Reverse Transkriptase. Diese "schreibt" die RNA des Virus in DNA um, welche dann in das Genom der Wirtszelle eingebaut werden kann.
Mit der Ausnahme von Retroviren läuft bei allen anderen Organismen die Transkription nur in Richtung "DNA nach RNA". Das Retro bezieht sich auf die Umkehrung dieses Grundsatzes. Deshalb verursachen Retroviren oft latente Infektionen. Man nimmt an, dass das menschliche Genom im Laufe der Evolution mit unzähligen Retroviren durchseucht wurde, die größtenteils längst nicht mehr infektiös sind. Sie erklären aber vielleicht die Existenz von "springenden Genen".
Da dieser Prozess durch die fehlende Korrekturlese-Fähigkeit der Reversen Transkriptase relativ ungenau ist, erfolgen häufige Mutationen des Virus. Diese ermöglichen eine schnelle Anpassung des Virus an antivirale Medikamente und damit eine Ausbildung von Resistenzen.
Medizinische Bedeutung
Zu den Retroviren gehören die Onkoviren, z.B. HTLV-I, -II, die Lentiviren, darunter der bekannteste Vertreter HIV, sowie die Spuma- oder Foamyviren, die in der Natur bei verschiedenen Tieren vorkommen und die keine Erkrankungen hervorrufen.
Vermehrung
Die Vermehrung der integrierten Virus-DNA, auch Pro-Virus genannt, erfolgt entweder bei der Zellteilung mit der Verdopplung der Wirts-DNA oder intrazellulär durch die sogenannte Retrotransposition: Dabei wird der Pro-Virus aus der DNA wieder herausgeschnitten, vermehrt und an verschiedenen Stellen des Genoms wieder integriert.
Genom eines Retrovirus
Das Genom eines Retrovirus enthält in der Regel drei Gene und zwei LTRs (long terminal repeats), die sich am Anfang und am Ende befinden:
- Die LTRs enthalten Steuersequenzen zur Genexpression.
- gag codiert die Proteine der inneren Kapsel
- pol codiert die reverse Transkriptase
- env codiert die Proteine der Hülle
Der AIDS-Virus HTLV-III enthält noch 4 weitere Kontroll-Gene: tat, trs, sor, 3’orf
Horizontaler Gentransfer
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| Im Genom der Primaten befinden sich die Genome von zwei Retro-Viren (HERV-H und HERV-K, wobei "HERV" für "humanes endogenes Retrovirus" steht), die zu unterschiedlichen Zeiten integriert und vermehrt wurden. Ihre Evolution lässt sich auf Grund der Unterschiede in der Basensequenz rekonstruieren. |
Erfolgt die Integration eines Retrovirus in eine Keimzelle, wird das Pro-Virus zum endogenen Retrovirus (ERV), es wird an die nächste Generation weitergegeben.
Evolutionärer Vorteil der Retroviren-Sequenzen (siehe Genom):
- Wenn die Retrovirensequenzen in vielfachen Kopien vorliegen, erleichtern sie wie andere repetitive Sequenzen den Stückaustausch zwischen den homologen Chromsomen während der Meiose (crossing over).
- Virale Sequenzen können funktionale Bestandteile von Wirtsgenen werden. So ist das Gen für das virale Hüllprotein env des HERV-W identisch mit dem Enzym Syncytin, das für den Aufbau der Plazenta benötigt wird. Möglicherweise unterdrückt das Protein die Abstoßung des Keimes durch das Immunsystem der Mutter. Ein HERV-Element, das in Nachbarschaft eines Amylase-Gens integriert wurde, steuert dessen Aktivität in den Speicheldrüsen.
- Besondere Bedeutung haben aber die LTR-Sequenzen (long terminal repeats) der HERVs. Sie befinden sich am Anfang und am Ende eines viralen Genoms und steuern seine Expression. Da die beiden LTR-Sequenzen miteinander rekombinieren können, ist im Laufe der Evolution ein Großteil der viralen Gensequenzen verloren gegangen. Übriggeblieben sind einzelne LTRs, die 8,5 % des Gesamtgenoms ausmachen. Vollständige virale Sequenzen machen nur 0,5 % aus. Mindestens 60 % dieser LTRs sind im menschlichen Genom noch aktiv und steuern Wirtsgene. Dabei lässt sich eine gewebespezifische Aktivität bestimmter HERVs feststellen: HERV-L in den Keratozyten der Haut, HERV-H in Lungen-Fibroblasten und Astrozyten.