Replikacja wirusów

Wirusologia ogólna

Część 2

Joanna Cymerys-Bulenda

Reprodukcja jest dla wirusów znacznie trudniejszym

zadaniem niż dla wyższych form życia.

Każdy etap cyklu replikacyjnego, począwszy od momentu adsorpcji

na powierzchni błony komórkowej, aż do uwolnienia wirionów

potomnych, jest uzależniony od elementów strukturalnych komórki

gospodarza.

Można wyróżnić kilka etapów replikacji, wspólnych dla

wszystkich wirusów (bakteryjnych, roślinnych i zwierzęcych):

• adsorpcja,

• penetracja,

• synteza wirusowego kwasu nukleinowego i białek

wirusowych,

• składanie i dojrzewanie wirusów,

• uwalnianie wirusów z komórki.

Adsorpcja – wirusy wiążą się do komórek dzięki białkom

wirusowym rozpoznającym specyficzny receptor powierzchniowy

komórki. Komórki nie posiadające receptora charakterystycznego dla

danego wirusa, są niewrażliwe na zakażenie tym wirusem.

Receptory komórkowe są to głównie

glikoproteiny lub glikolipidy.

Tropizm tkankowy – polega na selektywnym

wyborze tkanki przez wirusa, które jest przyczyną

atakowania określonych komórek.

Tropizm tkankowy wynika z faktu istnienia białek

wiążących specyficzne dla danej tkanki receptory

komórkowe.

Np.: komórka układu odpornościowego może być gospodarzem

wirusa

Limfocyty B - Wirus Epsteina-Barr

- Mysi wirus opryszczki typu gamma

- Wirus zapalenia kaletki Fabrycjusza

Limfocyty T - Ludzki wirus limfotropowy T typu 1 i 2

- HIV

- Wirus odry

- Wirus opryszczki Saimiri

- Ludzki wirus opryszczki typu 6

Makrofagi - Wirus Visna

- HIV

- Wirus cytomegalii

- Wirus dehydrogenazy mleczanowej

CD4 (for binding HIV)

Integrin (for binding various

viruses)

Sialic Acid (for binding influenza)

the scFv Antibody (for binding

influenza

Receptory - przykłady

receptory

pikornawirusów

Penetracja – czyli wnikanie wirusa do komórki.

Wirusy bakteryjne - bakteriofagi –

po zaadsorbowaniu na powierzchni

komórki bakteryjnej wprowadzają do

wnętrza bakterii tylko kwas nukleinowy

pozostawiając kapsydy na zewnątrz

komórki.

Wirusy roślinne wnikają do tkanki wyłącznie w miejscach

uszkodzonych, wprowadzając do wnętrza komórki całe wiriony.

Penetracja – czyli wnikanie wirusa do komórki, c.d.

Wirusy zwierzęce wprowadzają do komórek całe wiriony dzięki:

a) fuzji osłonki wirusowej z zewnętrzną błoną cytoplazmatyczną,

b) endocytozę zależną od klatryn, zależną od kaweolin,

makropinocytozę, pinocytozę i fagocytozę.

c) bezpośredniemu przeniknięciu błony cytoplazmatyczne w

miejscu występowania białka klatryny.

a b c

Fuzja z komórkową błona plazmatyczną

(„fuzja od zewnątrz”)

Np.: paramyksowirusy – odra, świnka.

Mają one białko fuzyjne z krótkim

fragmentem hydrofobowym

pośredniczącym w zlewaniu się

lipidów wirusa i błony komórkowej.

Najnowsze badania wskazują, że oprócz bezpośredniej fuzji otoczki wirusowej z

błoną komórkową, to endocytoza jest procesem wnikania najczęściej

wykorzystywanym przez wirusy. Endocytoza to złożony mechanizm

przenikania przez błony komórkowe, który obejmuje kilka ścieżek: endocytozę

zależną od klatryn, zależną od kaweolin, makropinocytozę i fagocytozę.

Endosomy są dla wirusów wygodnym i szybkim środkiem transportu przez

błonę komórkową i cytoplazmę. Zapewniają im również ochronę przed układem

immunologicznym gospodarza. Wirusy mogą korzystać nie z jednej, ale z wielu

szlaków endocytarnych, aby efektywniej zakażać komórki.

Wiropeksja (pinocytoza), tzw. „wejście tylnimi drzwiami”

Bezpośrednie przechodzenie lub

„wślizgiwanie się” przez błonę

komórkową

Po wniknięciu wirionu do wnętrza komórki następuje faza

odpłaszczania w celu uwolnienia kwasu nukleinowego i

rozpoczęcia replikacji.

Po tym etapie nie można wewnątrz komórki odnaleźć zakaźnych

wirionów – rozpoczyna się faza eklipsy, czyli faza utajenia,

która trwa do momentu ukończenia syntezy nowych cząstek

zakaźnych.

Początek fazy eklipsy i początek stadium latencji -

zahamowanie syntezy komórkowego DNA, RNA i białek

Następnie:

• transkrypcja, translacja i synteza białek wczesnych

• replikacja kwasu nukleinowego dla wirionów potomnych

• transkrypcja z rodzicielskiego i/lub potomnego DNA

(względnie RNA) oraz translacja i synteza białek późnych i

ew. późnych enzymów

Montowanie wirionów potomnych - koniec fazy eklipsy.

Okres dojrzewania i uwalniania wirionów potomnych -

koniec stadium latencji.

Ogólnie….

Podczas zakażenia bardzo ważną rolę odgrywa cytoszkielet komórki

(filamenty aktynowe i mikrotubule), wykorzystywany na różnych etapach

cyklu replikacyjnego.

Poszczególne elementy cytoszkieletu uczestniczą w wewnątrzkomórkowym

transporcie wirionów lub ich części składowych, zarówno do miejsca

replikacji (w cytoplazmie lub jądrze komórkowym), jak i podczas

uwalniania wirionów potomnych.

• włókna aktynowe

• włókna pośrednie

• mikrotubule

bezpośrednio odpowiedzialny za ruchy -

makro

pełzanie komórek po powierzchni,

skurcze komórek mięśniowych,

zmiany kształtu komórek, które mają

miejsce w trakcie rozwoju embrionalnego

bezpośrednio odpowiedzialny ruchy

wewnątrzkomórkowe

transport organelli z jednego miejsca na

drugie,

separacje chromosomów w trakcie

podziału mitotycznego

rozdzielanie się komórek w trakcie

podziałów

przemieszczanie się organelli transport

miedzy nimi

Cytoszkieletowe białka motoryczne

„motory” aktynowe

• myozyna

„motory” mikrotubul

• kinezyna

• dyneina

Zamieniają energię ATP na ruch

Schemat budowy kinezyny i dyneiny.

Przykład…

Wewnątrzkomórkowy transport

HHV-1. Po fuzji otoczki

wirusowej z błoną komórkową

kapsyd jest uwalniany do

cytoplazmy, a następnie za

pomocą kompleksu

dyneina/dynaktyna (kolor

niebieski) transportowany jest

wzdłuż mikrotubul (kolor

czerwony) w stronę jądra

komórkowego

dyneina/dynaktyna

mikrotubule

cytoplazmajądro

komórkowe

HHV-1

+ -

Transkrypcja genomu wirusowego do mRNA

i replikacja genomu

Replikacja kwasów nukleinowych

• zachodzi pod wpływem wirusowych polimeraz DNA lub RNA

(polimerazy typu I), niekiedy także innych białek (RT)

• replikacja DNA/RNA różnych wirusów wymaga różnych

strategii

wirusy RNA”+” wirusy RNA”-”

1. nić „+” może

działać jako mRNA

2. nić „+” może być

matrycą do syntezy

nici „-”

1. mRNA stanowi

matrycę do syntezy

białek

2. nić „-” jest

transkrybowana do

„+”

nić „-” musi być

transkrybowana do mRNA

1. nić „+” służy jako

mRNA

2. nić „+” służy jako

matryca do syntezy

genomów „-”

1. synteza białek

2. synteza

genomowych nici „-”

Klasyfikacja białek wirusowych ze względu na

czas ich pojawienia się i pełnioną funkcję

wczesne

późne

wczesne

pośrednie wczesne

późnepóźne

natychmiastowe

wczesne

funkcjonalne

strukturalne

Białka wczesne mogą wchodzić w skład wirionu lub

są syntetyzowane w pierwszej kolejności są to:

• białka funkcjonalne (enzymy):

• polimerazy DNA lub RNA

• białka regulatorowe

• odwrotna transkryptaza

Białka późne

• przede wszystkim białka strukturalne:

• białka kapsydu

• białka (glikoproteiny, lipoproteiny) powierzchniowe

• białka związane z DNA/RNA dojrzałego wirionu

• także niektóre białka funkcjonalne (latencja,

onkogeneza)

Składanie i dojrzewanie wirionów

Po zakończeniu syntezy białek wirusowych, powstałe białka

i potomne cząstki kwasu nukleinowego łączą się tworząc,

nukleokapsyd.

Uwalnianie wirionów z komórki

Liza komórki – jednoczesne uwolnienie wirionów potomnych

Pączkowanie wirusów – wiriony uwalniane z zakażonej komórki

w kilku fazach

W trakcie pączkowania wirusy otoczkowe uzyskują osłonkę

wirusową, zabierając w trakcie uwalniania fragment błony

cytoplazmatycznej komórki.

Pączkowanie wirusów potomnych

neuraminidaza orthomyxo

uwalnia kw. N-

acetyloneuraminowy

powierzchniowych

polisacharydów

czynnik fuzji paramyxouszkadza warstwę

lipidową

Enzymy warunkujące oddziaływanie wirionu z

powierzchnią komórki

Enzymy warunkujące

transkrypcję

DNA-zależna

RNA-polimeraza

transkryptaza

ds RNA

transkryptaza

ss RNA

pox

birna

reo

ss RNA(-)

Transkrypcja -

wytworzenie mRNA

Enzymy dodające swoiste

reszty do mRNA

Metylazy RNA

polimeraza

poli/A/

pox, reo

metylacja końca 5’

mRNA

synteza ogonka

poli/A/ na końcu 3’

mRNA

Enzymy czynne przy kopiowaniu

ss RNA do ds DNA

odwrotna

transkryptaza

(RT)

RNA-za H

integraza

retro

tworzy hybrydę RNA-

DNA

niszczy łańcuch RNA

wbudowuje cDNA w

genom gospodarza

Inne enzymy

kinazy

guanylyltransferaza

metyltransferazy

Polimerazy

kwasów

nukleinowych

reduktaza

rybonukleotydowaI wiele

innych..........

C.D.N.

Następstwa zakażenia

organizmu …

Niniejszym zabrania się korzystania z przedstawionych materiałów dydaktycznych w jakimkolwiek

innym zakresie niż na użytek własny studenta/studentki Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego

(SGGW) w Warszawie w zakresie przygotowania do kolokwiów i egzaminu z Immunologii. Prawa

autorskie do niniejszych materiałów dydaktycznych należą do SGGW w Warszawie i bez pisemnej

zgody każde nieuprawnione rozpowszechnianie, kopiowanie, ujawnianie i jakiekolwiek inne

wykorzystywanie niż na użytek własny studenta/studentki SGGW w Warszawie jest zabronione.