Replicazione Virale, Lezione 2

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