T.10 GENOMES VÍRICS (2015)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Microbiología - 2º curso
Asignatura Virologia
Año del apunte 2015
Páginas 10
Fecha de subida 17/03/2015
Descargas 17

Descripción

T.10. GENOMES VÍRICS

Vista previa del texto

TEMA 10. GENOMES VÍRICS: Classificació de Baltimore: És una classificació molt utilitzada.Si sabem el DNA del virus som capaços de saber el mRNA d'aquest. Trobem 5 tipus de genomes vírics: 1. Els virus de doble cadena de DNA (adenovirus o virus herpes simple), produeixen el mRNA igual que en eucariotes, una cadena és utilitzada com a motlle per produir la cadena de mRNA. El mRNA és positiu, d'aquesta doble cadena de DNA, la cadena negativa será utilitzada com a motlle per produir el mRNA.
2. Els virus de cadena senzilla de DNA (parvovirus) poden ser positius o negatius.
Primerament han de produir la cadena complementaria i després succeeix el mateix que en virus de doble cadena.
3. Els virus de doble cadena de RNA (reovirus, rotavirus) utilitzen la cadena negativa com a motlle per produir el mRNA.
4. Els virus de cadena senzilla positiva de RNA (poliovirus) poden presentar dos tipus de comportament. Pot ser que aquest es tradueixi directament com si fos un mRNA. També que la cadena serveixi com a motlle per produir la cadena negativa, la qual servira per produir el mRNA.
5. Els virus de cadena senzilla negativa de RNA (influenza virus, ebola virus) utilitzen aquest com a motlle pel mRNA.
6. Els retrovirus, els quals presenten cadena senzilla de RNA (+), utilitzen la retrotranscriptasa per produir una cadena senzilla de DNA negativa. Després generen la cadena positiva (doble cadena DNA), la qual és utilitzada com a motlle pel mRNA.
7. Els hepandavirus (virus de l'hepatitis B) presenten doble cadena de DNA circular amb forats (gapped). Utilitzen la retrotranscriptasa.
mRNA: El mRNA és sempre una cadena positiva. Els complementaris de les cadenes de RNA i DNA positives, són les cadenes negatives. Un mRNA és un ribosoma actiu que pot ser transcrit en una proteïna. No tots els RNA positius són mRNA.
Genoma víric: El genoma víric és molt divers, pot ser lineal, circular, segmentat, aforadat (gapped), de cadena senzilla positiva o negativa, ambisense (en una mateixa cadena tenen parts positives i negatives), de doble cadena, etc. També poden presentar proteïnes unides de forma covalent, DNA lligat amb RNA de forma covalent, etc.
– Does it tell us something about virus biology or viral evolution? – Is one configuration more advantageous than another? Les respostes a aquestes preguntes no estan del tot clares.
El tamany dels genomes vírics és molt ampli. Poden ser molt simples, només necessiten 2 gens per sobreviure, o molt complexos. Generalment, els genomes de DNA són més grans que els de RNA, segurament per tal de no acumular moltes mutacions, ja que l'RNA és més succeptible.
Els virus de genomes petits, com el virus de l'hepatitis D, necessiten una coinfecció per tal de ser efectius. Així doncs, aquest necessita que hi hagi la presència del virus de l'hepatitis B.
• Seqüenciació dels genomes vírics: Predicció de ORF. En els virus la informació està molt ben compactada, això significa que utilitzen els 3 tipus diferents de ORF per tal de tenir més aminoàcids codificats en menys gens. Algunes parts poden estar solapades.
El virus del bacteriòfag T4 presenta un genoma molt complex, és de doble cadena de DNA. Això no significa que sigui molt infecciós. El virus del VIH presenta només 10.000 pb. El virus de l'hepatitis B, HBV, presenta un genoma senzill de doble cadena circular de DNA obert (gapped), el qual presenta només 5 gens i utilitza les 3 ORF. També és senzill HCV. Així per exemple, el virus del VIH presenta dos fragments repetitius (LTRs) que contenen seqüències necessàries per la transcripció inicial i final, la transcriptasa inversa, integració i unió del transactivador Tat.
• Quina informació està codificada en un genoma víric? Productes gènics i senyals reguladores (proteïnes) per: – La replicació del genoma víric.
– L'estructura i l'assemblatge del genoma.
– La regulació del cicle de replicació.
– La modulació de la resposta immune de la cèl·lula hoste.
– L'expansió cap a altres cèl·lules.
Informació que no està continguda en el genoma víric (o que potser encara no s'ha descobert): – No hi ha gens que codifiquin la maquinaria completa de la síntesis de proteïnes. Mimivirus és capaç de produir algunes, no totes.
– No hi ha gens que codifiquin proteïnes involucrades en la producció d'energia o en la biosíntesis de la membrana.
– No presenten centròmers o telòmers en els cromosomes.
• Structural and non-structural genes: El genoma d'Adenovirus és de doble cadena de DNA. Presenta “early genes” i “late genes”. Els primers són utilitzats per la replicació (non-structural), els segons per les proteïnes, càpside, envolta, etc. (structural). Per tant, primerament es transcriuen les proteïnes codificades en la part no estructural i després les que es troben en la part estructural.
Genomes de DNA: Genomes dsDNA: – Adenoviridae. Produeix cistitis, infeccions respiratories, conjuntivitis, etc.
– Hepadnaviridae. Són circulars amb dobles cadenes de DNA. Utilitzen la retrotranscriptasa.
– Herpesviridae. Produeixen diferents tipus d'herpes, varicel·la.
– Papillomaviridae. Presenta una estructura icosaèdrica. Virus del papil·loma.
– Polyomaviridae. No és el mateix que poliovirus, el qual té una cadena senzilla de RNA positiva.
– Poxviridae.
La cadena negativa s'utilitza com a cadena motlle per fer el mRNA, el qual és traduït i es formen les proteïnes. Els virus de dsDNA utilitzen les polimerases de la cèl·lula hoste per replicar-se dins el nucli, tot i que hi ha aguns com adenovirus, herpesvirus o poxvirus que utilitzen una polimerasa que està codificada en el seu genoma. Poxvirus no entra en el nucli, es replica en el citoplasma.
Es transcriuen de manera seqüencial. Trobem els “late genes” que són els estructurals i els “early genes” que no són estructurals. En l'herpes virus trobem “immediate early genes” (IE), que s'anomenen alfa; “early genes” beta; i els “late genes” gamma. Els IE són els primers que es transcriuen i promouen la transcripció dels altres dos.
Els gens de DNA poden ser factors de transcripció, entren al nucli per controlar la transcripció d'alters gens o controlar-la. Per això primer es transcriuen els no estructurals. Els beta poden ser factors de transcripció i s'autoinhibeixen per no transcriure's altre cop. Això fa que els alfa s'inhibeixin.
En parovirus, succeeix el mateix, però primerament la cadena positiva o negativa ha de fer la seva complementaria.
Genomes ssDNA: Genomes de RNA: La cèl·lula no té una RNA polimerasa depenent de RNA de manera que ha de codificar-la el virus.
Els virus amb genoma de RNA codifiquen per aquesta polimerasa, la qual produeix genomes de RNA i mRNA a partir dels motlles de RNA. El mRNA és llegit per ribosomes.
Genomes de dsRNA: La estratègia dels que tenen doble cadena de RNA, produeixen el mRNA a partir de la cadena negatia. Aquest pot passar a proteïnes o actuar com a cadena complementaria i replicar-se per a produir la doble cadena de RNA. Ambdues són necessaries per produir la partícula vírica.
Genomes de ssRNA: • ssRNA(+): Hi ha motles famílies amb cadena senzilla positiva de RNA: – Picornaviridae (Poliovirus).
– Caliciviridae (gastronteritis).
– Astroviridae (gastronteritis).
– Coronaviridae (SARS).
– Arteriviridae.
– Flaviviridae (virus de la febre groga, virus hepatitis C).
– Retroviridae (HIV).
– Togaviridae (Rubella virus).
El genoma s'assembla a un mRNA, presenten CAP i una cua poliA, per tant, poden ser llegits per ribosomes i ser traduïts a proteïnes. En picornaviridae presenta un IRES, un lloc intern d'unió ribosomal, en comptes de CAP. La cadena positiva produeix la negativa, utilitzada com intermediari replicatiu per produir més còpies del genoma.
Expressió de gens en Picornavirus: tenim tot el genoma considerat com a mRNA. Els ribosomes ho tradueixen a proteïnes. La poliproteïna és tallada per proteasses, que poden ser exògenes.
Produeixen una cascada sequencial de proteases (proteòlisi), sempre en el mateix ordre. Un bloc és estructural, l'altre no.
En Coronavirus primerament necessiten ser transcrits (només una petita part del genoma per produir la RNA polimerasa). Aquesta polimerasa produirà la cadena complementaria (-), la qual servirà com a motille d'intermediari replicatiu per produir més genomes. També com a transcripció parcial, es produiran els mRNA que generaran proteïnes estructurals.
• ssRNA (-): Diverses famílies: – Paramyxoviridae.
– Rhabdoviridae (virus de la rabia).
– Bornaviridae.
– Filoviridae (ebola virus).
– Orthomyxoviridae (influenza virus).
– Arenaviridae. És ambisense, però està inclos aquí perquè una cadena és negativa, mentre que l'altra pot tenir les dues polaritats.
La cadena negativa produirà el mRNA per fer les proteïnes. La cadena negativa produirà mRNA que seran traduïts a proteïnes. La proteïna N controla la transcripció. Quan s'uneix a la maquinaria de transcripció (polimerasa), fa que en comptes de fer còpies del mRNA, es facin còpies del genoma sencer.
El virus de la rabia infecta la cèl·lula. La cadena negativa produeix el mRNA que donarà proteïnes per una part i per l'altra intermediaris de replicació positius per fer còpies del genoma.
Influenza virus presenta ssRNA de cadena negativa. Utilitzen la maquinària de la cèl·lula per replicar-se, per això entren al nucli. Els virus de RNA, en el citoplasma utilitzen la seva propia polimerasa. Cada segment produeix un mRNA que serà traduït en una proteïna o varies si es produeix splicing alternatiu.
En el cas de genomes segmentats, quan dues variants del virus estan coinfectades és comú que hi hagi un mixte de les dues variants, el que s'anomena reassortment (recombinació). Tens segments de cada variant, el que implica la formació d'una nova variant del virus.
• Ambisense: Els virus d'ambisense són inclosos en els genomes de ssRNA negativa. Els exemples més característics són arenavirus (2 segments) i bunyaviru (3 segments). En el cas d'arenavirus un segment (L) és de cadena negativa de RNA, mentre que l'altre (S) es comporta com positiu i negatiu. Presenta les dues polaritats. Quan infecta la cèl·lula, la part negativa serveix com a motlle per a produir mRNA i sigui traduït per formar la proteïna N, involucrada en la replicació. La funció de la proteïna és regular-la (no és estructural). Quan és traduïda, es dóna la replicació, la còpia de la cadena per crear la complementaria i es dóna el canvi de polaritat. Si l'intermediari replicatiu és negatiu servirà com a motlle per produir el mRNA que formarà la proteïna GPC, estructural.
Els retrvirus són (+) ssRNA que utilitzen un intermediari de DNA.
Utilitzen la transcriptasa inversa. Tenim exemples com el HIV i HTLV. La cadena simple positiva de RNA crea la cadena complementaria negativa de DNA gràcies a la RT, i passa a doble cadena de DNA, que servirà com a motlle per fer mRNA, per passar a proteïnes o donar una cadena positiva de RNA per crear còpies de virus.
• Cicle víric: El retrovirus presenta dues còpies del genoma. Infecta amb la cadena positiva de RNA i quan això succeeix, porta dues molècules de la transcriptasa inversa dins seu. La cadena de RNA positiva passa a la complementària negativa de DNA, que passarà a doble cadena. Es circulitza, entra al nucli i s'insereix al genoma de l'hoste. Passa a anomenar-se provirus quan presenta la doble cadena de DNA. El genoma víric i de la cèl·lula hoste funcionen com un mateix, amb un únic promotor. Es formaran diferents ORF a partir de l'splicing alternatiu, que permetrà formar diferents mRNA.
Segons l'splicing es poden aprofitar els 3 possibles marcs de lectura i per això tindrem diverses proteïnes.
Dímer de RNA: – Explica el per què els retrovirus són resistents a les radiacions UV i ionitzants.
– Dues còpies en els dos genomes.
– “Copy-choice” reconstrueix un genoma funcional.
Són diploides fet que permet que es dongui a terme la recombinació de les cadenes, fet que permet que el virus sobrevisqui a condicions d'estrés.
Genomes dsDNA oberts: Com el virus de l'hepatitis B o hepandavirus. No són complets. Té un tros de RNA al final de les cadenes i a l'altre té la polimerasa. El primer que fa és fer la doble cadena de DNA completa.
Després succeeix el mateix que sempre, produeix mRNA per fer proteïnes i per utilitzar com a motlle per a produir RNA positiu de simple cadena, que servirà com a motlle per fer DNA de cadena senzilla negativa, que servirà com a motlle per fer la doble cadena de DNA i crear còpies.
Aquests dos últims pasos la RT és utilitzada per donar lloc a l'intermediari que donarà còpies del virus.
• Cicle víric: El virus entra en el nucli i un cop allà la seva polimerasa produeix la doble cadena de DNA completa. Servirà com a motlle per formar RNAs i generar proteïnes (càpside, envoltura i polimerases) i com un pregenoma de RNA senzill (+). El genoma no s'insereix en el genoma de la cèl·lula hoste. Sortirà al citoplasma on es formarà la nucleocàpside amb les proteïnes P i el pregenoma a l'interior. Aquest pregenoma gràcies a la RT passarà a DNA (primer cadena simple negativa i després a doble cadena).
Expressió de gens en genomes de RNA: En poliovirus, per exemple, si es tracta les cèl·lules amb el genoma víric es produiran partícules víriques. Quan el genoma passa a doble cadena de DNA, si tractem les cèl·lules amb aquest, també donarà partícules víriques. Això vol dir que el genoma és infectat per aquesta cèl·lula. Amb genomes de cadena negativa el genoma no és infectiu, només succeeix en RNA positiu. Necessiten una RT que l'hoste no té, necessiten a dins la partícula vírica la polimerasa, fet que fa impossible que es pugui infectar nomésa amb el genoma. El retrovirus només pot ser infectiu quan es troba en el seu intermediari replicatiu de dsDNA.
El que se sol fer per fer aquests experiments de “reverse genetics” per veure la seva funció, es fan cotransfeccions. Si es cotransfecta el genoma del viurs amb la polimerasa que ells posseeixen o necessiten es donàra la infecció.
Genomes de replicació defectiva: A vegades es veu una partícula vírica normal amb un genoma defectiu. Això és comú en virus de RNA. Succeeix quan moltes partícules víriques infecten una única cèl·lula, fet que fa que alguns genomes siguin complets i altres defectius. Els genomes complets (wildype) serveixen com a ajudants (helper) en els defectius, per tant, s'obtenen partícules víriques completes. Només succeeix en virus de RNA i quan infecten molts virus a una cèl·lula.
...