Papillomaviridae

002 Papillomaviridae

Taxonomie

• Familie: Papillomaviridae
  • Genera: 32*
    • Alphapapillomavirus
    • ...
    • ...
    • Zetapapillomavirus
    • Dyodelta
    • ...
      • zahlreiche Virusspezies
      • mehrere Hundert Virustypen (z.B. HPV 148 Typen**, davon 15 high risk Typen (Krebsentstehung))

*basierend auf L1 Protein

** Divergenz >10% (L1 kodierende Sequenz)

003 Papillomaviridae

Evolution

• Relativ statisches Genom
  • Mutationsrate vergleichbar mit zellulärem Genom
  • -> Mechanismus der DNA- Replikation
• Hinweise auf Co-Evolution von PV und Wirt seit 330 Mio Jahren 

004 Papillomaviridae

Virionen

• Genom
  • zirkuläre DNA assoziiert mit zellulären Histonen (chromatinähnlich)
• Kapsid
  • unbehüllt
  • 52 – 55 nm
  • ikosahedrale Symmetrie
  • L1 Kapsidprotein - Pentamere
  • L2 (in geringerer Kopienzahl in Virionen) 

005 Papillomaviridae

Genom

• zirkuläre ds DNA
  • 6,4 – 8.6 kBp
  • nur ein Strang kodierend
• kodiert für max. 10 Proteine
  • early Proteine (E1 – E8)*
  • late Proteine (L1 und L2)
• LCR (long control region) enthält
  • ORI (origin of replication)
  • Bindungsstellen für zelluläre und virale Proteine (enhancer / silencer)
• multiple m-RNAs durch Spleissen
• kodiert keine Enzyme

* ORFs werden nicht bei allen PV exprimiert 

006 Papillomaviridae

Genexpression

• Genexpression abhängig vom Differenzierungsgrad der infizierten Zelle
  • zelluläre Transkriptionsfaktoren
• Differenzierung von Zellen im Stratum basale
  • Expression der early Gene
    • regulieren virale Replikation und beeinflussen Zellzyklus
• weitere Differenzierung in oberen Epithelschichten
  • Expression der late Gene
    • Strukturproteine 

007 Papillomaviridae

Replikationszyklus

• Virusreplikation nur in Keratinozyten
  • Replikationszyklus abhängig von Zellreifung
• Infektion basale Zellen des Plattenepithels (Mikroläsionen)
• Bindung an Zielzelle über L1 Protein (z.B. Heparansulfat)
  • Entry über spezifischen Rezeptor (z.B. α6-Integrin)
  • Endozytose
  • Freisetzung aus Endosomen (L2 Protein)
  • Transport des viralen Genoms in den Zellkern (L2)
• latente Infektion (episomal) in Stammzellen des Stratum basale 
• Expression der early Gene in sich differenzierenden Keratinozyten
• virale Onkogene (E5-7) aktivieren Zellzyklus
  • Aktivierung von Wachstumsfaktoren
  • Hemmung von Tumorsuppresoren
  • Immunevasion (MHC-1 Retention)
  • ... 
• In oberen Epithelschichten -> Expression der late Proteine
  • L1
    • Kapsidprotein
    • bildet Pentamere, die zum Kapsid assoziieren
  • L2
    • Verpackung des viralen Genoms in Virionen
    • Entry von PV (Freisetzung aus Endosomen und Transport des Genoms zum Zellkern) 

008 Papillomaviridae

Wichtige Eigenschaften

• PV verursachen benigne Tumore
  • Warzen, Papillome
  • in Haut und Schleimhaut
• PV besitzen eine ausgeprägte Wirts- (selten Infektion verwandter Arten) und Gewebsspezifität
  • z.T. für definierte Körperstellen
• Papillome bestimmter PV besitzen ein hohes Risiko einer malignen Progression
  • Zervixkarzinom
• Infektionen mit PV verlaufen oft subklinisch (latente Infektion)
  • Reaktivierung durch Immunsuppression (z.B. HIV, FIV)
• Vermehrung von PV in Zellkultur unter Routinebedingungen nicht möglich 

009 Papillomaviridae

Immunantwort gegen PV

• PV weichen dem Immunsystem aus:
  • Replikation nur in Epithelien (Genexpression in Keratinozyten)
  • keine Entzündungsreaktion, keine Zytolyse
  • Basalmembran bleibt intakt
  • PV vermindern Interferonantwort (HPV E7,E6)
• Regression von Papillomen
  • bes. CD4 - Th Antwort gegen E-Proteine
• Schutz vor (Re)infektion
  • humorale Immunantwort gegen L1-Protein 

010 Papillomaviridae

Klinisch bedeutsame PV

• Bovine Papillomaviren (BPV)
  • bovine Papillomatose
  • equines Sarcoid
• Canine Papillomaviren (CPV)
  • Papillome (bes. orale Papillomatose)
• Humane Papillomaviren (HPV)
  • Warzen (cutan, genial)
  • Zervixkarzinom 

011 Papillomaviridae

Bovine Pappilomatose (BPV) - Klinik (typische Lokalisation)

012 Papillomaviridae

Bovine Pappilomatose (BPV) - Epidemiologie

• Die Fibropapillomatose der Rinder ist weltweit verbreitet
• BPV wird leicht übertragen über
  • Stalleinrichtungen (Bürsten!)
  • Zäune usw.
  • kontaminiert mit Zellabschilferungen die PV enthalten 
• Viren in keratinisierten Epithelzellen sind sehr stabil
• Infektion über
  • Mikroläsionen der Haut
  • Kennzeichnung von Rindern (Tätowierung)
  • kutane Eingriffe
• Vorkommen besonders bei Tieren bis zum 2. Lebensjahr
  • besonders häufig bei engem Kontakt 

013 Papillomaviridae

Bovine Pappilomatose (BPV) - Klinik & Pathologie

• überwiegend gutartige Papillome (Haut) oder Fibropapillome (Haut/Unterhaut)
• meist spontane vollständige Regression als Folge der sich entwickelnden zellulären Immunität
• Immunsuppression kann zu persistierender, sich ausbreitender Papillomatose führen 

014 Papillomaviridae

Bovine Pappilomatose (BPV) - Diagnostik

• Klinik
• Nachweis von Viruspartikeln im Elektronenmikroskop
  • Negativkontrast (Verreibung von Papillommaterial)
• PCR
  • Typisierung möglich

015 Papillomaviridae

Bovine Pappilomatose (BPV) - Immunologie & Bekämpfung

• Virusreplikation (Expression von Strukturproteinen) beschränkt auf obere Epithelschichten
  -> keine Exposition gegenüber dem Immunsystem
• Nach Ag Kontakt z.B. durch Impfung / Zerstörung von Papillomen
  -> deutliche humorale Immunantwort
• Bekämpfung:
  • chirurgische Entfernung
    • voll entwickelte Papillome
  • prophylaktische/therapeutische Impfung 

016 Papillomaviridae

Bovine Pappilomatose (BPV) - Impfung

• Impfstoffe (therapeutische Impf.)
  • stallspezifische Vakzinen aus chirurgisch entfernten Papillomen
  • möglichst sauber entnehmen und in physiologischer Kochsalzlösung einschicken (kein Formalin)
  • Herstellung durch Homogenisierung, Inaktivierung mit Formalin, Dialyse und Adjuvierung mit Aluminium- Hydroxyd
  • Applikation mindestens 2 mal im Abstand von 4 – 6 Wochen
    • evtl. Wiederholung nach 12 Monaten

017 Papillomaviridae

Equines Sarkoid - Ätiologie & Epidemiologie

• Invasive fibroblastische Hauttumore bei Pferden, Eseln, Zebras und Maultieren
• Auftreten in allen Altersgruppen
  • bes. zwischen 2 und 10 Jahren
• rel. häufiges Vorkommen
  • bis zu 70% der equinen Tumore
• Auftreten besonders im Sommer
  • Insekten? - Musca autumnalis?
  • Progression im Winter
• Hinweise auf genetische Prädisposition (z.B. Quarterhorse)
• Nachweis von BPV-1/BPV-2 DNA
  • nicht produktive Infektion, Expression u.a. von E5
  • Sequenzunterschiede zu bovinen BPV
    –> equine Variante?
• Übertragung insbesondere von Pferd zu Pferd unklar

018 Papillomaviridae

Equines Sarkoid - Klinik & Pathologie

• Auftreten am ganzen Körper möglich
  • bes. exponierte Hautareale
  • einzeln oder multipel
  • tw. Tendenz zur Ausbreitung
• Unterschiedliche klinische Ausprägungen
  • okkult
    • haarlose, zirkuläre Stellen
  • verrukös
    • warzenartige Wucherungen
  • fibroblastisch
    • ulzerierende, fleischige Masse
  • nodulär
    • feste Knötchen in der Unterhaut
  • gemischt
  • bösartiges Sarkoid
    • invasives Wachstum und Lymphozyteninfiltration

019 Papillomaviridae

Equines Sarkoid - Diagnostik

• Klinik
• Biopsie
  • Feinnadelbiopsie
  • Entfernung von ganzen Sarkoiden
• Histologie
  • variables Erscheinungsbild
  • PCR-Nachweis des BPV-Genom 

020 Papillomaviridae

Equines Sarkoid - Immunologie & Bekämpfung

• keine spontane Regression – Immunevasion
• teilweise Regression nach lokaler Applikation von Immun-Stimulantien (z.B. BCG) oder therapeutischer Immunisierung mit autologen Tumorzellen
• Therapie
  • Chemotherapie (z.B. 5-Fluoro-Uracil, Cisplatin)
  • BCG-Vaccine (Applikaton in die Läsion)
  • Kryotherapie (flüssiger N2)
  • Immunomodulation
  • Chirurgische Entfernung, Ligation
  • Bestrahlung
  • Impfung mit autologem Impfstoff

021 Papillomaviridae

Canine Papillomatose (CPV)

• Canines orales Papillomavirus CPV-1 (Lambdapapillomavirus)
• eng verwandt mit Papillomviren bei der Hauskatze, bei Großkatzen (Luchs, Panther, Löwe)
• gutartige spontan heilende Hautveränderungen
  • können Nahrungsaufnahme massiv stören
• papulöse, glatte, helle bis schleimhautfarbene Erhebungen in der Maulhöhle
  • oft kugelig an der Oberfläche
  • Übergang zu rauen bis blumenkohlartige Gebilden
  • können sich auf die Mukosa von Backen, Zunge, Gaumen bis zum Pharynx ausbreiten 
• meist spontane Regression mit lebenslange Immunität
• Anwendung inaktivierter Autovakzinen ist möglich
  • besonders in Zwingern
• weitere PV bei Hunden
  • Papillome am Kopf (Innenseite der Ohrmuscheln, Augenlider)
  • Pfoten
  • Penis
  • Vagina

022 Papillomaviridae

Felines Sarkoid

• FeSarPV (Feline Sarcoid PV)
  • Deltapapillomavirus*
• keine produktive Infektion
• Kutanes Fibropapillom bei Feliden
  • u.a. Löwen
• seltenes Auftreten
• besonders an Kopf, Fußsohlen, Schwanzspitze
• Diagnostik über PCR-Nachweis möglich

*verwandt mit BPV-1 und BPV-2 

023 Papillomaviridae

Equine Papillomatose

• Equines Papillom (Fohlenwarzen)
  • EcPV-1 bis EcPV-7
• Haut
  • bes. Maul, die Augenlider und die Ohren
• Schleimhaut
  • genital, oral, konjunktival
• Heilen i.d.R. innerhalb einiger Wochen ab
• Fallbeschreibung:
  • Traberhengste (Geschwister) nach Behandlung mit Glucocorticoiden – multiple Papillome an Kopf Nacken, Brust
  • Histologisch Papillomatose (endophytischem Wachstum) 
  • Nachweis von Papillomvirus DNA mittels PCR
  • Virus nicht verwandt mit bekannten EcPV 

024 Papillomaviridae

Humane Papillomaviren (HPV)

• Über 100 verschiedene Typen bekannt
• Verursachen gemeinene Warzen
  • Verrucae vulgares (Epidermodysplasia verruciformis)
  • bes, an der äußeren Haut (Hände, Kopf, nasopharyngeale Schleimhäuten oder Fußsohlen (Plantarwarzen)
• HPV zählen überwiegend zu den Genera Alpha-, Beta-, Gamma- und Mupapillomavirus 
• besondere Bedeutung anogenitalen Warzen
  • venereal warts
  • Condyloma accuminatum
• 40 verschiedene HPV Typen involviert (14 high risk)
• Übertragung meist durch Sexualkontakte
• 50 – 80 % aller Menschen machen Infektion durch
  • -> 1% der betroffenen Frauen kommt es zum Zervixkarzinom
  • verantwortlich vor allem HPV-16 und HPV-18 (70%)
• Weltweit jährlich etwa 5.000.000 Frauen betroffen
  • Letalität ~40%
• keine Expression von Strukturproteinen und keine Virusbildung, Integration des Viralen Genoms in die zelluläre DNA 
• Impfungen gegen HPV-Infektion
  • prophylaktisch (vor der Infektion / Sexualkontakt)
    • Rekombinante Vakzinen basierend auf L1 und L2
    • Induzieren protektive Ak-Antwort
    • Verhindern in klinischen Studien persistierende Infektion bis zu 100%
    • Immunität typspezifisch Cervarix® (HPV-16 & 18) Guardasil® und Silgard® (HPV-6, 11, 16 &18)
  • therapeutische Impfung
    • nur experimentell
    • Induktion der zellvermittelten Immunität gegen E6 und E7 (Vektor- oder DNA-Impfstoffe)