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Neue Kenntnisse zum Hepatitis D Virus:
Verwendung alternativer  viraler Hüllproteinen zur Generierung  infektiöser Virionen und Verbreitung Hepatitis D-ähnlicher Viren im Tierreich unabhängig von Hepatitis B Virus

Februar 2020 Text als pdf

Das Hepatitis Delta Virus (HDV) ist ein kleines  RNA Virus mit einem Durchmesser von  36 nm, das für seine Vermehrung das Hepatitis B Virus (HBV) als Helfer benötigt. Die HDV-HBV Koinfektion verursacht  beim Menschen die schwerste Form einer chronischen viralen Hepatitis. Laut Weltgesundheitsorganisation sind weltweit circa 257 Millionen Menschen chronische Hepatitis B Virusträger und davon geschätzte 10 – 20% mit dem HDV chronisch infiziert (1). Eine Koinfektion mit beiden Viren führt in circa 90 % der infizierten Erwachsenen zu einer Ausheilung der Hepatitis B und D. Eine Superinfektion von HBV-Trägern mit HDV führt allerdings in mehr als 90 % der Infizierten zu einer chronischen Hepatitis mit einer erhöhten Inzidenz von Leberzirrhose und Leberzellkarzinom.

Nach der Entdeckung von HDV (1977) in Leberbiopsien von Patienten mit chronischer Hepatitis B wurde klar, dass das Ribonukleoprotein (RNP) dieses inkompletten Virus  alle 3  Hüllproteine des Hepatitis B Virus verwendet um infektiöse Partikel zu generieren und damit eine rezeptorvermittelte Infektion von Hepatozyten ermöglicht. Dieses RNP ist ein  Multimer von  ca. 70 Kopien  des Delta Antigens (HDAg) und enthält   eine  Kopie  einer  zirkulären  einzelsträngigen   RNA (1.7 kb), die hohe Selbstkomplementarität besitzt und dadurch eine im EM sichtbare  stäbchenförmige  Konformation aufweist. Das HDV Genom hat nur einen offenen Leserahmen, der für zwei variante Proteine kodiert: das ‚small‘ HDAg (S-HDAg) und das  ‚large‘ HDAg (L-HDAg).

Bisher galt der Mensch als einziger Wirt für eine  HDV Infektion und HBV als einziges  Helfervirus für die Generierung infektiöser HDV Partikel. 40 Jahre nach der Entdeckung von HDV haben nun jüngste Studien die Möglichkeit der Verwendung von weiteren viralen  Hüllproteinen  zur Generierung infektiöser HDV Virionen nachgewiesen und wichtige neue Erkenntnis bezüglich der Verbreitung von HDV im Tierreich erbracht.

Bisher war bekannt, dass die gleichzeitige Expression von HBsAg, dem Hüllprotein von HBV,  und der HDV RNA  in transformierten Leberzellen zur Bildung von infektiösen HDV Partikeln führt. In der Studie  von Perez-Vargas et al (2) konnte jetzt  gezeigt werden, dass auch die Hüllproteine  verschiedener anderer Viren (darunter jene des Hepatitis C Virus (HCV), Dengue Virus, West Nil-Virus und des vesikulären Stomatitis Virus) diese Helferfunktion ausüben und die Bildung infektiöser HDV Partikel bewirken können. Bemerkenswerterweise konnten solche chimären Partikel nicht nur in Leberzellen, sondern z.B. auch in Nierenzellen und im Fall der Dengue/HDV Chimäre sogar in Stechmückenzellen replizieren. In vivo Versuche mit transgenen Mäusen, die mit humanen Hepatozyten ausgestattet sind, zeigten, dass eine disseminierte HDV Infektion in diesen Tieren nicht nur (wie bisher bekannt) durch Superinfektion mit HBV, sondern auch durch HCV und die Bildung von HCV /HDV Chimären erfolgen kann.

Die Ergebnisse von Perez-Varga et al. eröffnen eine Vielzahl von Fragen, insbesondere betreffend die mögliche Relevanz von HDV Infektionen des Menschen, die unabhängig von HBV erfolgen. Insbesondere werden zukünftige Studien untersuchen müssen, ob HDV Infektionen unabhängig von HBV beim Menschen vorkommen, beispielsweise bei Patienten mit chronischer Hepatitis C, und möglicherweise eine klinische und/oder epidemiologische Rolle spielen.

Diese Spekulationen werden von jüngsten Studien unterstützt, bei denen mittels Meta-Transkriptom Analysen Hinweise erhalten wurden, dass HDV-ähnliche Viren auch in einer Reihe von Tierspezies vorkommen. Der erste Nachweis HDV-ähnlicher Sequenzen erfolgte in Enten (3). Diese Analysen ergaben, dass sowohl Selbstkomplementarität und   Sekundärstrukturen, als auch Ribozym-Eigenschaften dieser neu entdeckten RNA denen des humanen HDV ähnlich sind. Außerdem weist das von dieser RNA Sequenz abgeleitete virale Protein eine 32%ige  Homologie   zum ‚small  delta antigen‘ von HDV (sHDAg) auf. Dieser Entdeckung  von HDV-ähnlichen Viren in Vögeln folgte die Identifikation eines HDV-ählichen Virus in Schlangen (Boa constrictor) (4), das als ‚snake HDV‘ (sHDV) bezeichnet wurde. Dieses zirkuläre, 1.711 Nukleotide umfassende RNA Genom von sHDV ist dem humanen HDV in der Kodierungsstrategie  und der Größe sehr ähnlich. Interessanterweise sind in dieser Schlange keine HBV-ähnlichen Sequenzen zu finden, weshalb vermutet wird, dass das sHDV entweder kein oder ein anderes Helfervirus benutzt. Dazu passen immunhistologische Studien mit  Antiseren, die mit dem rekombinanten  sHDAg hergestellt wurden: das sHDAg wurde in verschiedenen Zelltypen der Schlange wie Neuronen, Epithelzellen und Leukozyten gefunden, d.h. das sHDV scheint nicht strikt hepatotrop zu sein, im Gegensatz zu HDV.

Weitere Meta-Transkriptom Analysen führten zur Entdeckung von HDV ähnlichen Sequenzen in Fischen, Amphibien und Invertebraten. Auch diese neuen ‚Viren‘  haben  HDV-ähnliche  Eigenschaften, wie z.B.  eine Genomgröße von 1,7kb, ein zirkuläres Genom mit vergleichbaren Sekundärstrukturen, konservierte  Nukleotide  mit  essentiellen biologischen Funktionen, sowie entsprechende konservierte Strukturelemente (z.B. Leucin –‚zippers‘) in ihren Delta Antigenen.  (Referenz 5, in BioRxiv ohne Reviewprozess veröffentlicht).

Alle diese neuen Daten sind ein Hinweis darauf, dass das HDV, das zuerst beim Menschen  im Rahmen einer Hepatitis B gefunden wurde, in vielen Tierspezies  völlig unabhängig von HBV vorkommt. Die Verwendung von verschiedenen Virushüllen könnte auch eine weitere Ausbreitung, eventuell über Speziesbarrieren hinaus, ermöglichen. Über eine eventuelle Pathogenität und die Übertragungswege dieser neuen HDV Varianten gibt es bisher jedoch keine Daten. Weitere Studien zum Vorkommen von HDV-ähnlichen  Sequenzen in einem   weiten Spektrum von Spezies, möglicherweise kombiniert mit der Infektion von  verschiedenen Zelltypen unter Verwendung unterschiedlicher viraler Hüllproteine, könnte Aufschluss über die evolutionäre Entwicklung dieser Virusfamilie  geben.

Michael Roggendorf und Franz X. Heinz

Prof. Dr. Michael Roggendorf
Institut für Virologie der TU München
Email: michael.roggendorf@tum.de

Prof. Dr. Franz X. Heinz
Center for Virology
Medical University of Vienna
Kinderspitalgasse 15, 1090 Vienna
franz.x.heinz@meduniwien.ac.at

Referenzen:
1. WHO. Hepatitis  fact sheet updated: World Health Organization July 2019

2. Enveloped viruses distinct from HBV induce dissemination of hepatitis D virus in vivo.
Perez-Vargas J, Amirache F, Boson B, Mialon C, Freitas N, Sureau C, Fusil F, Cosset FL.
Nat Commun. 2019 May 8;10(1)

3.  A Divergent Hepatitis D-Like Agent in Birds.
Wille M, Netter HJ, Littlejohn M, Yuen L, Shi M, Eden JS, Klaassen M, Holmes EC, Hurt AC.
Viruses. 2018 Dec 17;10(12).

4. Identification of a Novel Deltavirus in Boa Constrictors.
Hetzel U, Szirovicza L, Smura T, Prähauser B, Vapalahti O, Kipar A, Hepojoki J.
MBio. 2019 Apr 2;10(2)

5. Novel hepatitis D-like agents in vertebrates and invertebrates 1 2 3 Wei-Shan Chang1, John H.-O. Pettersson1, Callum Le Lay1, Mang Shi1, Nathan Lo1, Michelle 4 Wille2, John-Sebastian Eden1,3, Edward C. Holmes   bioRxiv 539924;