Viren

Vermehrungszyklus von HIV

Der Vermehrungszyklus von HIV von der Bindung an den CD4-Rezeptor über die Integration als Provirus bis zur Reifung neuer Virionen.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze5 Punkte
  • Der HIV-Vermehrungszyklus führt von der Bindung an CD4 über reverse Transkription und Integration bis zur Reifung neuer Virionen.
  • HIV befällt Zellen mit CD4-Rezeptor und Corezeptor (etwa CCR5), bevorzugt T-Helferzellen, die im Verlauf verloren gehen.
  • Nach Bindung von gp120 vermittelt gp41 die Membranfusion, und das Capsid gelangt ins Cytoplasma.
  • Die Integrase baut die virale DNA, nicht die RNA, als Provirus in ein Chromosom der Wirtszelle ein.
  • Reverse Transkription und Proteinsynthese laufen im Cytoplasma, Integration und Transkription im Zellkern; die HIV-Protease wirkt zuletzt bei der Reifung.

Worum es geht

HIV ist ein Retrovirus. Es schreibt sein RNA-Genom in DNA um und baut diese fest in das Erbgut der Wirtszelle ein. Fast jeder Schritt dieses Zyklus ist ein Angriffspunkt antiretroviraler Arzneistoffe, etwa der Integrase- oder Proteasehemmer.

Wirtszellen und Rezeptoren

HIV befällt vorwiegend Lymphozyten. Voraussetzung ist eine passende Rezeptorstruktur in der Cytoplasmamembran der Wirtszelle. Das ist der CD4-Rezeptor, ein Oberflächenglykoprotein, das vor allem T-Helferzellen tragen.

CD4 allein genügt nicht. Das Virus braucht zusätzlich einen Corezeptor, etwa CCR5. Deshalb vermehrt sich HIV bevorzugt in T-Lymphozyten. Im Verlauf der Infektion gehen die T-Helferzellen nach und nach verloren. Damit bricht die Immunabwehr allmählich zusammen.

Adsorption und Eintritt

Die Virushülle trägt Glykoproteine, mit denen das Virion an die Zelle andockt. Zuerst bindet gp120 an CD4, danach an den Corezeptor. Dadurch ändert sich die Form der Hüllproteine.

Nun vermittelt gp41 die Fusion der Virushülle mit der Cytoplasmamembran. Das Capsid gelangt so direkt ins Cytoplasma. Die Fusion an der Zelloberfläche ist der Hauptweg. Eine Aufnahme über Endozytose gilt nur als Nebenweg.

Virushülle mit gp120 und gp41 an einer Zellmembran mit CD4 und CCR5 in drei Phasen bis zur Verschmelzung der Membranen.

Eintritt von HIV: Bindung an CD4 und Corezeptor, anschließend Membranfusion.

Integration als Provirus

Im Cytoplasma schreibt die Reverse Transkriptase die virale RNA in doppelsträngige DNA um. Diese DNA wandert in den Zellkern. Dort baut die Integrase, ein viruscodiertes Enzym, sie in ein Chromosom der Wirtszelle ein. Eingebaut wird also nie die RNA, sondern stets ihre DNA-Kopie.

📖 Definition: Provirus

Das Provirus ist die in das Kerngenom der Wirtszelle integrierte virale DNA. Es wird bei jeder Zellteilung mitkopiert und bleibt dauerhaft in der Zelle.

Man kann sich das Provirus wie eine fremde Seite vorstellen, die fest in ein Buch eingebunden ist. Die Zelle liest sie ab wie ihre eigenen Gene.

Reihenfolge und Orte der Replikation

Jeder Schritt hat seinen festen Ort und sein Enzym. Der Zyklus wechselt dabei zweimal zwischen Cytoplasma und Zellkern.

  1. Reverse Transkription: Im Cytoplasma macht die Reverse Transkriptase aus viraler RNA DNA.
  2. Integration: Im Zellkern baut die Integrase diese DNA als Provirus ins Wirtsgenom ein.
  3. Transkription: Im Zellkern schreibt die zelluläre RNA-Polymerase II das Provirus in RNA ab (Transkription).
  4. Proteinsynthese: Im Cytosol übersetzen Ribosomen der Wirtszelle die virale mRNA in Vorläuferproteine (Translation).
  5. Knospung und Reifung: Neue Virionen knospen an der Membran. Die HIV-Protease spaltet die Vorläuferproteine in funktionsfähige Proteine.

Ohne HIV-Protease bleiben die Virionen unreif und nicht infektiös. Die Enzymfolge lautet damit Reverse Transkriptase → Integrase → HIV-Protease. Reverse Transkription und Proteinsynthese laufen beide außerhalb des Zellkerns ab.

Zellschema mit nummerierten Schritten des HIV-Zyklus von der Rezeptorbindung an der Membran über Cytoplasma und Zellkern bis zur Knospung eines neuen Virions.

Vermehrungszyklus von HIV mit den Orten der einzelnen Schritte und den beteiligten viralen Enzymen.

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Aussage 1

Von den drei viralen Enzymen wird die HIV-Protease im Zyklus als letztes aktiv.

Die Reihenfolge lautet Reverse Transkriptase → Integrase → HIV-Protease. Die Protease spaltet bei der Reifung die Vorläuferproteine.

Aussage 2

Als Provirus bezeichnet man die virale DNA, die in das Kerngenom der Wirtszelle integriert ist.

Die Integrase baut die DNA-Kopie des HIV-Genoms in ein Chromosom ein. Diese integrierte DNA ist das Provirus.

Aussage 3

Die reverse Transkription der HIV-RNA findet im Zellkern der Wirtszelle statt.

Die reverse Transkription läuft im Cytoplasma ab. Erst die fertige DNA gelangt in den Zellkern zur Integration.

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