2. capside, envelope e matrice

CAPSIDE



È formato da numerose subunità proteiche ripetute e codificate dal virus, che

rarissimamente sono tenute insieme da legami covalenti, ma nella maggior parte dei

casi sono tenute insieme da legami deboli, tali comunque da rendere stabile il

capside. Le singole proteine che costituiscono il capside prendono il nome di

PROTOMERI; alcuni tipi di capsidi sono costituiti dal ripetersi dello stesso protomero

in maniera continua a formare un tubo, mentre altri si formano per aggregazione

successiva di queste proteine: i protomeri si aggregano a formare CAPSOMERI di

vario tipo (PENTAMERI o ESAMERI), che a loro volta si organizzano a formare il

PROCAPSIDE e successivamente il CAPSIDE maturo.

Una sospensione purificata di proteine capsidiche appartenenti ad alcuni virus molto semplici

(virus del mosaico del tabacco), in particolari condizioni di pH e temperatura, è in grado di

organizzarsi spontaneamente a formare dei capsidi vuoti; per alcuni virus si possono ottenere delle

particelle SIMIL-VIRALI con solo alcune proteine del capside, ad esempio il virus HPV (Human

Papilloma Virus) è un virus nudo il cui capside è formato dalle proteine L1 ed L2: una sospensione

purificata di L1 si assembla spontaneamente a formare una particella virus-simile. Due proteine di

Rotavirus, analogamente, VP2 e VP6, sono in grado di aggregarsi spontaneamente in soluzione.

Questi due esempi sono importanti per la costituzione di vaccini estremamente funzionali in quanto

totalmente innocui. Questo significa che, se delle proteine sono in grado di assemblarsi

spontaneamente, il capside è l’organizzazione con il minore livello di energia libera richiesta, lo

stato più idoneo al mantenimento di una struttura stabile, in quanto le proteine interagiscono

riducendo al minimo le forze repulsive. Oltre ad essere resistente, il capside è estremamente

regolare, tanto che si riconoscono diversi assi di simmetria, in quanto si formano dei solidi

geometrici; l’organizzazione del capside non è stabile in maniera assoluta, bensì è METASTABILE,

in quanto una volta entrato nella cellula deve essere facilmente disgregato per liberare l’acido

nucleico e gli enzimi. Il pH è un fattore determinante nella stabilità dei virus, infatti molti virus

perdono il capside in condizioni di pH acido.

In base all’asse di simmetria del capside i virus vengono classificati in:

• VIRUS A SIMMETRIA ICOSAEDRICA : sono sempre dei virus nudi; è detta anche

isometrica, si individua un solido a 20 facce di triangoli equilateri con 12 vertici; in questi

capsidi ci sono 3 assi di simmetria attorno ai quali il solido è organizzato: asse BINARIO,

che passa per la metà degli spigoli, asse TERNARIO, che passa attraverso ciascuna

faccia, ed asse QUINARIO, che passa attraverso i vertici dell’icosaedro. In questo capside

le subunità proteiche si dispongono regolarmente a formare un solido con facce triangolari;

perché un icosaedro e non un cubo o un tetraedro? Perché per formare una struttura

completamente chiusa come questo caso, che permetta la completa protezione dell’acido

nucleico, sarebbero richieste delle proteine così grosse che l’acido nucleico dovrebbe

essere più grande e non riuscirebbe ad essere contenuto in delle strutture troppo semplici

quali il cubo o il tetraedro. I protomeri si organizzano in subunità che possono essere

PENTAMERI (pentoni) o ESAMERI (esoni) che, nella forma più

semplice, sono formati da 5 e 6 subunità, ma non sono disposte

casualmente, bensì i pentoni determinano la formazione dei vertici

dell’icosaedro, circondati dagli esoni, che formano le facce del solido.

In realtà il capside icosaedrico perfetto è raro, perché nella maggior

parte dei casi le facce sono molte di più e si ottengono delle strutture

più complesse in cui esoni e pentoni sono formati da più subunità con

una struttura più complessa, tale per cui si vengano a creare delle strutture quasi sferiche.

Il capside icosaedrico dei PICORNAVIRUS, che comprende anche il Poliovirus, è

costituito da 60 facce, ciascuna formata da 3 subunità (VP1, VP2, VP3), per un totale di

180 subunità. Le proteine capsidiche del Poliovirus sono in realtà quattro, tuttavia VP4 si

trova nella superficie interna del capside, e questo è un esempio di aggregazione capsidica

a step, infatti l’inizio della formazione del capside si ha quando le 4 proteine non sono

completamente mature, tant’è che in questa fase si ha una proteina

unica, detta VP0, la quale successivamente viene clivata a

formare VP2 e VP4. Cinque unita di VP0 si

uniscono attraverso la parte della proteina che

diventerà VP4 a formare il pentone ai vertici

dell’icosaedro; mentre si ha il sottoassemblaggio del

pentone, si ha il taglio di VP0, infatti 5 subunità di VP4

si uniscono, legate sopra da 5 subunità di VP2 a formare il resto

dell’organizzazione. In molti casi l’assemblaggio del virus richiede la presenza di proteine

SCAFFOLD (impalcatura), che in questo caso sono rappresentate dalla VP4; la superficie

di questo capside è caratterizzata dal fatto che in corrispondenza del margine tra le 3

subunità si forma un solco più o meno a forma di Y che prende il nome di CANYON, molto

importante per questi virus. Nel fondo del Canyon si forma una piccola sacca costituita da

una sorta di invaginazione della VP1, ed è importante perché gli aminoacidi che la

compongono sono importanti per l’interazione con il recettore che il virus usa per entrare

nella cellula, in quanto corrispondono all’anti-recettore virale. All’interno della tasca del

Canyon, il recettore, rappresentato da ICAM1, può facilmente entrare essendo abbastanza

sottile, ed interagire esclusivamente con la sequenza aminoacidica dell’anti-recettore. Così

facendo, la porzione di VP1 risulta altamente protetta da eventuali alterazioni che

impedirebbero l’ingresso nella cellula, o dall’attacco degli anticorpi che, essendo troppo

grandi, non riescono ad inserirsi nella tasca. Se non viene raggiunto dagli anticorpi, si crea

nell’organismo una barriera selettiva nei confronti delle mutazioni degli antigeni, perché non

subisce una pressione selettiva ed è una regione geneticamente stabile. Questa strategia

permette al virus di essere sempre infettante nei confronti della cellula ospite. I virus nudi a

simmetria icosaedrica, al microscopio elettronico appaiono molto simili, eccetto gli

Adenovirus, che possiedono dei prolungamenti detti FIBRE DEL PENTONE che partono

dai vertici dell’icosaedro e che rappresentano gli antirecettori virali.

• VIRUS A SIMMETRIA ELICOIDALE : una condizione tipica dei virus ad RNA che prevede

l’assemblaggio di protomeri tutti uguali che presentano una sorta di avvallamento che

permette l’adagiamento dell’acido nucleico; l’andamento elicoidale permette la formazione

di un’elica che segue l’andamento della molecola di RNA. Si forma una sorta di tubo

all’interno del quale si trova l’acido nucleico, e l’asse di simmetria è unico; anche in questo

caso le proteine hanno una disposizione tale da ridurre il più possibile le interazioni e le

forze repulsive tra loro. Nei virus umani la simmetria elicoidale è sempre rivestita, mentre

nei virus vegetali esistono dei virus con questa simmetria, nudi, e quindi con una struttura

bastoncellare rigida; negli animali tali strutture tubulari sono flessibili così da poter

contenere un genoma più lungo all’interno della particella virale. Come avviene

l’assemblaggio dei virus a simmetria elicoidale? Per assemblaggio dei vari protomeri si

forma una serie di dischi che si impilano tra loro e, via via che la catena di RNA si

sintetizza, si va a collocare all’interno del canale all’interno dei dischi, e legandosi ad essi fa

assumere loro l’andamento elicoidale. Per questo motivo la struttura è molto compatta e

protettiva; questo indica il perché siano solo i virus ad RNA a necessitare di questo tipo di

capside, in quanto l’RNA è estremamente fragile all’interno della cellula, e verrebbe

parzialmente degradato se non venisse subito incapsidato ma

dovesse aspettare l’assemblaggio di tutte le particelle virali.

• VIRUS A SIMMETRIA COMPLESSA: sono ad esempio i Poxvirus,

dotati di oltre 100 proteine diverse a costruire la loro struttura;

sono inoltre dotati di due envelope, uno esterno ed uno

interno, circondato da una struttura a palizzata costituita da proteine, due corpi

proteici laterali che schiacciano il CORE centrale, costituito da una struttura

bastoncellare attorno al quale si avvolge il DNA virale. Sulla superficie

dell’envelope sono presenti una serie di strutture anomale per i virus, infatti sono

delle fibrille. Alcuni Poxvirus vengono usati per costruire dei vaccini.

I virus a simmetria complessa vengono usati come efficaci sistemi di proteine

ricombinanti, infatti ad esempio il vaccino per il Papillomavirus è costituito dalla

proteina L1 che viene fatta esprimere in BACULOVIRUS, un virus che infetta gli

insetti, a dsDNA, caratterizzato da un capside elicoidale circondato da un envelope. I virus

che infettano gli insetti devono spesso superare il problema della stagionalità dei cicli vitali

degli stessi, quindi durante la stagione fredda i virus possono essere sprovvisti di ospite da

infettare; per persistere fino alla prossima stagione calda questi virus hanno adottato la

strategia di produrre una proteina cristallizzabile, la POLIEDRINA, in grosse quantità, che si

dispone in una struttura regolare all’interno della quale sono contenute una o più particelle

di Baculovirus. La poliedrina non è indispensabile per il ciclo vitale del virus, ma viene

prodotta in quantità elevate solo dopo che si sono formate le particelle virali; questo gene

diventa altamente espresso nelle fasi terminali del ciclo replicativo, in cui l’80% delle

proteine virali prodotte è proprio la poliedrina, dotata di un promotore molto forte.

Anche i Reovirus possiedono simmetria complessa: per l’uomo sono tutti innocui eccetto i

Rotavirus, che causano serie diaree nei bambini; sono dotati di due capsidi, uno più

esterno più grosso (80 nm di diametro) ed uno più interno più piccolo dotato di proteine che

attraversano l’altro capside e vengono esposte in corrispondenza dell’icosaedro. Che

vantaggio ha il virus a formare questa struttura? I virus sono ovviamente più stabili e questo

è importante perché i virus si trasmettono per via orofecale, ed una volta liberati dall’ospite

devono avere un’elevata resistenza, anche in considerazione del fatto che il loro sito di

replicazione è l’intestino,