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Per classificare i virus, oltre a verificarne la struttura, secondo
Baltimor, è utile far riferimento al tipo di genoma che contengono nel proprio nucleo capside e alle modalità
di replicazione che sfruttano, sia per replicare il dna che per sintetizzare rna messaggero. Nel caso della
classe 1, dove abbiamo adenovirus, herpesvirus, abbiamo il genoma circolare che sfrutta un sistema di
“rolling cirle” (sfruttato anche dai batteri per la sintesi di genoma che circola rizza all’interno del prorpio
nucleo), abbiamo la sintesi di proteine precoci e tardive, queste ultime rappresentate da proteine strutturali
tra cui quelle capsidiche. Noi partiamo da questo dna che fungerà da stampo sia per la sintesi di rna
messaggeri sia per la duplicazione del dna stesso; la caratteristica è proprio la produzione in più step delle
componenti strutturali e funzionali del capside. Nel caso dei Poxvirus e degli Iridovirus che sono sempre
costituiti da un dna a doppia catena, vediamo che la caratteristica è quella di possedere una rna polimerasi
associata al virione e la replicazione è citoplasmatica e non nucleare.
Dal genoma abbiamo quindi la trascrizione di questi rna precocissimi e traduzione di queste particolari
proteine che sono in pratica rna e dna polimerasi di origine così virale, e sintesi di rna messaggeri, di rna
messaggeri precoci in seguito, quindi enzimi virali,
replicazione del dna, e infine trascrizione degli rna
messaggeri tardivi che sono proteine che serviranno per
l’assemblaggio e che serviranno per la costituzione della
progenie virale. Naturalmente l’assemblaggio sarà diverso a
seconda dei tipi di virus (adenovirus, herpesvirus, ecc.). Il
genoma una volta assemblato dovrà essere veicolato verso
la membrana, nel caso degli herpesvirus questo si arricchirà
attraverso il golgi di glicoproteine quindi poi ci saranno
ulteriori cambiamenti conformazionali con la maturazione.
La formazione della progenie virale avviene in più step che
sono diversi a seconda delle specie di virus e quindi dei
compartimenti che vengono assemblati a seconda se nel nucleo o nel citolasma vengono interessati dalla
replicazione.
Della classe due fanno parte i virus che presentano dna a singolo filamento. Da quest’ultimo abbiamo la
sintesi di dna a doppio filamento che fungerà da stampo per
la sintesi di rna messaggeri con conseguente sintesi di
proteine strutturali. La dna e l’rna polimerasi utilizzate sono
quelle cellulari e la replicazione è essenzialmente nucleare.
Sarà poi il template negativo a fungere da stampo per la
sintesi del dna stesso.
Il genoma dei virus può essere a rna a doppio filamento, rna
a polarità negativa e a polarità positiva.
La terza classe dei virus, in rapporto alla capacità replicativa,
comprende i virus con rna a doppio filamento. La
caratteristica peculiare è la presenza di questa rna polimerasi
rna virale dipendente che è associata al capside, nel momento in cui il virus infetta la cellula già presenta
quest’enzima che può precocemente innescare il processo di replicazione. Tutti questi virus presentano un
genoma che può essere segmentato, cioè che varia dai 2 ai 12 segmenti di rna, che vanno a costituire
questo microsoma e tutti questi segmenti vengono poi trascritti separatamente in rna messaggeri
monocistronici; spesso vengono tradotti in policistronici e questo rappresenta un escamotage per poter
aumentare la velocità di replicazione dei virus stessi. Poi c’è il clivaggio, il riarrangiamento delle proteine
che permette la separazione. La trascrizione avviene nel citoplasma, proprio perché presentano quest’rna
polimerasi rna dipendente, e la varibilità antigenica di
questi Reoviridae è dovuta proprio alla presenta dell’rna
polimerasi rna dipendente che durante la trascrizione
crea molti esoni.
Queste sono le 4 strategie di replicazione dei virus a rna
a doppio filamento. Per cui da questo rna a doppio
filamento avremo lo stampo per l’rna positivo che funge
da messaggero e in seguito si avrà duplicazione grazie all’rna
polimerasi rna-dipendente. A seconda della polarità, l’rna
virale, e quindi il genoma, puà fungere direttamente da
messaggero oppure da stampo per poi sintetizzare o degli
intermedi o direttamente rna negativi che saranno poi lo
stampo sia per il genoma della progenie virale sia per l’rna
messaggero. Quindi a seconda del tipo di polarità del genoma
potremo avere una diversa strategia, qui riassunta (questo per
gli rna a singolo filamento).
Nella classe 4, appartengono i virus a singolo filamento ma a
polarità positiva. Questo genoma può fungere direttamente da rna messaggero, quindi avremo una
poliproteina, che viene clivata e utilizzata come proteina strutturale, e in essa ci sarà la rna polimerasi. A
questi appartengono gli picornavirus, togavirus, ecc., dove
i togavirus hanno bisogno di più cicli di traduzione per
arrivare alla produzione di dna genomico. Dall’rna + verrà
sintetizzato un rna -, il quale fungerà da template per l’rna
genomico.
E qua è quello che accade nella replicazione di questi
virus a singolo filamento a polarità positiva. Il genoma
funge da rna messaggero e con l’enzima virale
abbiamo la trascrizione dell’rna genomico
producendo rna positivo.
La classe 5, a cui appartengono gli orthomyxovirus, i
paramyxovirus, i rhabdoviruse e i filoviridae, in cui
troviamo sempre la polimerasi associata a capside
rna virale dipendente, abbiamo un rna a polarità –
che non può fungere direttamente da rna messagero ma deve essere duplicato per poter produrre
proteine e per dare un intermedio a polarità positiva
per la sintesi del genoma della progenie virale. In
questo caso, abbiamo la trascrizione dell’rna
negativo in rna messaggero monocitostronico, grazie
a quest’enzima associato al virus.
Quando parliamo degli orthomyxovirus abbiamo tanti
segmenti che devono essere tradotti all’interno del
nucleo (altra caratteristica peculiare: pur essendo a rna
vengono tradotti nel nucleo, grazie alla presenza di
quest’enzima, poiché di solito i virus a rna si replicano nel
citoplasma).
La classe 6 comprende tutti quei virus che presentano un
rna a filamento a singola elica con polarità positiva, ma la
caratteristica è quella di avere un intermedio a dna nel
processo di duplicazione del genoma dovuta a una
dna polimerasi rna dipendente cioè una
retrotrascrittasi inversa presente all’interno del
nucleocapside virale mentre per la sintesi di rna
messaggeri utilizzano una rna polimerasi cellulare a
partire da template di dna trascritto. Proprio il dna
sintetizzato attraverso la trascrittasi inversa migra
all’interno del nucleo e può integrarsi in uno dei
cromosomi cellulari e qui persistere creando la
sintomatologia, eventualmente fenomeni oncogeni.
I retrovirus sono diploidi e l’rna nonostante sia a
polarità positiva non viene utilizzato come rna messaggero ma è solo template della retrotrascrittasi
inversa. Questa è un po’ la cascata di eventi a partire dal genoma di rna, la retrotrascrittasi, intermedio di
dna, duplicazione, migrazione nel nucleo, ecc.
Anche i virus della classe 7, a cui appartengono gli hepadnavirus, presentano genoma di dna a doppio
filamento ma parzialmente bicatenario, la trascrittasi inversa serve per sintetizzare il genoma a partire da
un intermedio di rna positivo che fungerà sia da rna messagero, per la sintesi di alcune proteine, sia da
template. L’rna polimerasi è generalmente cellulare mentre la trascrittasi è di origine virale ed è contenuta
nel capside stesso. Questi sono gli enzimi che vengono attivati una volta che è stato creato l’intermedio di
dna/rna grazie alla trascrittasi inversa perché ci sono delle rnasi attivate dall’ibrido.
Questa è la cascata degli eventi: il dna viene
circolarizzato per tutta la sua sequenza, trascrizione
in rna messaggeri genomici con traduzione e quindi
produzione di proteine del core ma anche della
retrotrascrittasi, gli rna messaggeri possono fungere
da template grazie alla retrotrascrittasi e far avvenire
così l’assemblaggio per la progenie virale.
La capacità replicativa di un virus è legata a tutta una serie di
componenti cellulari quali retrosomi, rna transfert e quei
meccanismi post traduzionali importanti per la maturazione del
virus stesso; ad es., il legame dell’rna messaggero può essere
legato a eventi che sono simil cellulari come la presenza del cap
cellulare, terminale di guanosina metilata, che media l’attacco ai
ribosomi, se non c’è cap non c’è attacco. Molto spesso il virus
invece di utilizzare il cap utilizzano una seq al 5’ che viene
riconosciuta comunque dai ribosomi e permette l’innesco della
sintesi proteica. Ci sono, quindi, due sistemi di riconoscimento mediati dal riconoscimento ribosoma-rna
messaggero che permettono l’attivazione della sintesi proteica: la sequenza IRES e il cap. Ci sono
messaggeri virali che non presentasno nè il poliA nè il cap di innesco.
La maggior parte di rna, retrovirus, dna ecc., trascrivono rna messggeri
separati cioè monocistronici per le varie proteine ma esistono anche virus
che producono rna messaggeri policistronici che hanno poi bisogno di
essere rimaneggiati, in seguito a fenomeni di splicing, per poter avere poi
proteine virali.
L’intero genoma di un virus a rna a filamento positivo può essere letto per
poi formare una poliproteina.
I virus utilizzano strategie diverse per poter favorire la traduzione dei loro
rna messaggeri cioè quando loro entrano in una cellula (in
attiva crescita, perché il virus non infetta cellule morte) che
presenterà le proprie attività metaboliche le quali dovranno
essere controllate e sfruttate dal virus per la propria
replicazione. Ci sono diverse strategie:
- iperproduzione di rna messaggeri virali, la cui
concentrazione favorisce la propria sintesi;
- nel caso dell’infezione degli adenovirus, possiamo avere
il blocco dal nucleo degli rna messaggeri cellulari e favoriti gli rna messaggeri virali;
- gli herpesimplex hanno la capacità di inibire la sintesi macromolecolare della cellula o addirittura
innescando i fenomeni di degradazione degli acidi nucleici cellulari;
- nel caso dei poliovirus vediamo che abbiamo un’inattivazione delle proteine ribosomiali che legano il cap
degli rna messaggeri, favorendo la propria sintesi.
Un’altra cosa molto importante è la modificazione post-traduzionale. Per alcuni virus è necessar