Appunti corso Virologia generale e molecolare

MECCANISMO DI REPLICAZIONE IN BASE AL GENOMA VIRALE

Il DNA a doppia catena (ssDNA) entra nella cellula e di fatto usa l’RNA-pol dell'ospite per

trascrivere il genoma ma prima viene riprodotto tramite la DNA-pol virale. 8

7 VIROLOGIA

Se ho del DNA a singola catena, questa arriva nel nucleo solo se a doppia catena: deve usare una

DNA-pol virale apposita che si portano dietro direttamente da quando si sono create le particelle.

Se ho dell’RNA single strand a polarità positiva significa che questo è un messaggero che viene

tradotto e da qui si liberano varie proteine-enzimi.

Se ho RNA single strand a polarità negativa allora…

VEDI SLIDES PER VEDERE COMEPROCEDE ALLA PRODUZIONE DELLE COSE DEL VIRIONE 27-02-20

Andamenti differenti, infezione citolitica porta alla morte della cellula. Cosa subisce la cellula a

mano a mano che subisce un’infezione. Il virus entra nella cellula ma viene bloccato, con una

infezione abortiva e senza produzione di virus e non si ha alcun cambio nella cellula. ???

Durante un’infezione si hanno delle classiche situazioni bianco-nero: la cellula vince sconfiggendo

il virus oppure perde; ma si hanno anche situazioni intermedie con situazioni di persistenza a vari

livelli all’interno della cellula:

• si può avere la replicazione del virus nella cellula in tessuti con una rigenerazione elevata

• si può avere una persistenza in cui si ha continua produzione di virus in quantità non elevata

che sono compatibili con la vita della cellula

• un’altra situazione di persistenza è quella in cui si ha una condizione di latenza, in cui il virus è

nascosto ma non dormiente, perché il virus si può risvegliare e formare nuove particelle virali.

Le persistenze sono governate dai virus stessi, scegliendo

un periodo attivo o periodi di eclissi. La trasformazione, in

cui il virus persiste nella cellula ma non riesce a replicare e

dall’altro lato la cellula non riesce ad eliminarlo, consiste in

una situazione di stallo; con modi diversi si ha la possibilità

che la cellula diventi tumorale; i virus a DNA e RNA

agiscono a livelli diversi ma comunque possono portare la

cellula entrambi ad essere immortale.

Il virus mette a propria disposizione i macchinari della

cellula, e quindi l’apparato principale è dato dalla sintesi di

proteine, complessazione del messaggero cellulare che poi

dà origine alle proteine. I virus bloccano la produzione di

proteine cellulari, infatti da un lato non consente alla

cellula di usare energie che servono al virus, e poi blocca alcune funzioni di antivirali che sono date

da quelle proteine cellulari che vengono prodotte.

Come fa a bloccare la macchina?

Si producono proteine che lisano uno o più proteine del complesso di trascrizione: il messaggero

viene associato a varie proteine di natura cellulare e quindi i virus agiscono su una o più proteine

per bloccare la formazione del complesso di traduzione.

Oppure possono produrre proteine strutturalmente simili a quelle cellulari per sostituirne la

funzione e sfruttare le macchine di traduzione con le proprie proteine virali di trascrizione. 9

9 VIROLOGIA

Il blocco della sintesi proteica è uno dei meccanismi più precoci, infatti le proteine del tegumento

della matrice sono le prime liberate che vanno proprio a bloccare la traduzione proteica.

Inoltre, si blocca la sintesi degli accidi nucleici, in modo analogo, per avere un pool di nucleotidi

che non viene usato dalla cellula ma solo dal virus.

Si vede che in cellule non infette la sintesi di DNA è esponenziale rispetto a quello di una cellula

infetta, perché si rallenta fino a plateau la produzione di DNA cellulare perché si ha un aumento

dell’acido nucleico virale, che avviene dopo un tot di ore perché ovviamente deve effettuare dei

passaggi per governare la cellula a proprio favore.

Si sfruttano però anche delle proteine cellulari già presenti per fare cose che da solo non può fare

perché non ha le proteine perché non se le porta dietro ma le trova nella cellula bersaglio. C’è un

core centrale di proteine che vengono utilizzate indistintamente da una serie di virus, che sono

quindi comunemente usate; molte di queste si è visto che sono deregolate in alcune malattie non

virali nell’uomo come alcuni tumori, in cui si hanno delle cure date da farmaci che ne permettono

la regolazione.

Se noi usiamo farmaci per bloccare queste proteine si blocca anche la produzione dei virus e

quindi agiscono come antivirali a largo spettro perché vanno a bloccare la riproduzione di tanti

virus diversi, al contrario degli antivirali specifici.

Gli sRNA (small RNA) possono regolare anche le molecole non-self; questi (chiamati anche miRNA)

sono usati dai virus per bloccare alcune difese della cellula, oppure usate dalla cellula per bloccare

alcune funzioni dei virus.

Un blocco virale dei meccanismi di difesa della cellula è dato dal blocco dell’apoptosi della cellula,

bloccando i geni pro-apoptotici, come quelli di alcuni fattori pro-apoptotici, oppure dei fattori di

processazione e presentazione di antigeni.

Un altro meccanismo è dato da proteine virali che bloccano il sistema dell’interferone, che è tra i

più efficaci.

COME FA IL VIRUS A SFRUTTARE LA CELLULA?

Partiamo dal fatto che il virus è riuscito a creare delle particelle: si vede un danno cellulare con

alcune alterazioni, che si vede sia in vitro che in vivo in pz. con infezioni virali. I danni sono

chiamati effetti citopatici che sono diversi e che dipendono dal tipo di virus, come esso si replica e

dalla sede di replicazione. Sono una firma che lascia il virus che ci permette di identificarlo:

• Alcuni effetti sono i corpi di inclusione, ovvero ammassi di proteine o detriti cellulari, più

frequentemente precursori di particelle virali che si stanno assemblando (nella regione di

assemblamento), le zone in questione sono chiamate fattorie citoplasmatiche; possono essere

regioni nucleari o citoplasmatiche a seconda del virus. Alcuni sistemi di diagnosi ad oggi ancora

usati si basano sulla rilevazione dei corpi di inclusione nella mucosa, ad esempio il pap-test per

il papillomavirus

• Un altro effetto è la lisi della cellula per il rilascio delle particelle virali

• Oppure si hanno i sincizi, che sono un metodo pratico per aumentare la produzione di virus,

massimizzandola. Sono un effetto citopatico di virus che entrano per fusione nelle cellule; i

virus in questione escono per gemmazione dalle cellule, quindi se una cellula si infetta, si 10

10 VIROLOGIA

troverà ad esporre gli antirecettori virali affinché questi possano essere poi sull’envelope dei

virus che si libereranno; trovandosi vicino a cellule non infette, gli antirecettori potranno

legare i recettori sulle cellule contigue sane, innescando un meccanismo di fusione tra i due

involucri cellulari. Si forma quindi un policariocita, ovvero una cellula gigante polinucleata,

avendo quindi un passaggio da cellula a cellula.

COME FA LA CELLULA A DIFENDERSI BLOCCANDO IL VIRUS?

miRNA

Ci sono dei miRNA che sono molto conservati (che magari regolano in modo fisiologico geni

cellulari) che in maniera secondaria permettono di riconoscere gli acidi nucleici virali impedendo la

loro traduzione o eliminandoli; questo ha un effetto diretto per bloccare la traduzione, ma

abbiamo anche un meccanismo indiretto: il virus usa proteine le cellulari per la sua replicazione,

quindi la cellula può ostacolarlo andando ad inibire l’espressione dei geni per queste proteine. Per

esempio, si hanno le proteine che favoriscono la trascrizione di geni virali, appena la cellula

percepisce l’infezione, produce miRNA che vanno a bloccare l’espressione dei geni di queste

proteine pro-trascrizione; danneggia un po’ anche sé stessa, ma si mette davanti il benessere del

tessuto rispetto alla singola cellula.

PROTEINE

Si hanno anche proteine cellulari che hanno spiccate capacità antivirali come effetti secondari, che

per esempio bloccano l‘ingresso del virus: si hanno i fattori intrinseci che bloccano la

scapsidizzazione o il processo di movimento all’interno nella cellula.

Per ogni passaggio della sua replicazione si hanno delle soluzioni per bloccare la sua replicazione;

per esempio le tetherine, bloccano il rilascio della particella virale durante la gemmazione: sono

proteine di membrana che legano la particella impedendo che vado ad infettare altre cellule. Il

virus essendo diversificato avrà una certa contromisura: per esempio si può avere la Vpu virale che

ne impedisce l’azione.

Oppure si hanno le proteine APOBEC che

causano un sacco di mutazioni causando una

produzione di proteine aberranti che il virus

non può usare. L’APOBEC è prodotta da

linfociti T, che sono la principale cellula

bersaglio di HIV; ha una funzione importante

nella cellula, ma anche una funzione

antivirale, infatti quando una particella virale

infetta la cellula, la si forza ad inglobare

APOBEC in questo modo quando la particella

virale infetta una nuova cellula dopo la sua

liberazione, rilascia anche APOBEC che

deammina tutte le citosine del trascritto complementare dell’acido nucleico (RNA in HIV),

trasformandole in uracile; consegue che quando la trascrittasi inversa incontra l’RMA, al posto

delle G avremo della A, quindi si ha una iper-mutazione G>A con formazione di prodotti aberranti.

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11 VIROLOGIA

Come fa il virus a bloccare APOBEC? Ne blocca l’azione tramite una proteina, VIF = viral infectivity

factor: i mutanti difettivi in VIF producevano pochissime particelle virali. Si ha un’azione a tre

livelli: si blocca la sintesi, la elimina fisicamente attraverso ubiquitinizzazione, oppure la lega e la

sequestra impedendo che venga incorporata nella particella virale.

Sono tutti meccanismi di dominanza fra il virus e la risposta cellulare.

TOLL-LIKE RECEPTOR

Si hanno delle strutture di riconoscimento che mi permetto di vedere le sequenze estranee da

quelle cellulari oppure con lipidi diversi o anche sequenze di glicosilazione differenti. (PAMP)

Quali sono i pattern che vengono riconosciuti?

Per esempio, i TOLL LIKE receptors sono in grado di riconoscere varie strutture, che magari si

perdono nelle cellule infettate da un virus. Oppure si hanno le CpG, che sono sequenze ricche di

citosine e guanine in cellule infette che non si hanno nelle cellule sane.

INTERFERONI

Altra cosa prodotta sono gli interferoni: questi vengono prodotti dentro la cellula infetta, hanno

due funzioni importanti, producendo enzimi che degradano o impediscono la produzione dei

messaggeri virali, oppure fanno produrre sistemi di difesa cellulare su vari fronti del processo di

infezione da parte del virus, tramite attivazione di circa 200 geni antivirali.

Gran parte di alcuni interferoni