Replicazione Virale, Lezione 2

Lezione 16 – 27/11/14

Replicazione virale

Abbiamo già visto quali sono gli step che permettono al virus di entrare nelle cellule, primo fra questi il processo di adsorbimento che è mediato da una serie di recettori e antirecettori, coinvolti nell’interazione, che aumentano la probabilità di incontro con il virus.

La presenza di particolari recettori sulla cellula ospite che permettono di fare entrare il virus definisce per la cellula ospite stessa la sua sensibilità. Quindi una cellula è sensibile ad un particolare virus quando sono presenti sulla propria superficie (e così possiamo distinguerle) dei particolari recettori che interagiscono con altre molecole e quindi permettono la penetrazione.

La natura di questi recettori cellulari è diversa e sono molecole che normalmente hanno dei ruoli che vengono sovvertiti dai virus proprio per la penetrazione. In questo elenco ci sono diversi tipi di recettore, questi cluster differentiation oppure le molecole di adesione oppure i fattori di istocompatibilità (quindi gli antigeni di istocompatibilità), che vengono utilizzati dal virus per ancorarsi alla cellula ospite e in seguito promuovere la penetrazione.

Gli antirecettori virali sono rappresentati da proteine, glicoproteine per lo più, e questo soprattutto per quei virus che presentano envelope, glicoproteine che vengono acquisite in caso di maturazione ma anche di aggregazione dei componenti del nucleo capside virale. Queste proteine vengono esposte dal virus e incontrano i recettori cellulari. Infatti ci sono le viral protein dei rhinovirus oppure l’emoagglutinina degli optomixuvirus, in particolare del virus dell’influenza, oppure le glicoproteine opsogene dell’HIV così come poi ci sono le glicoproteine degli envelope dei virus, che hanno caratteristiche specifiche e innescano, incontrando il contro recettore, un processo di cambiamento conformazionale che permette l’adesione del proprio envelope con la membrana cellulare.

Ed è questa una caratteristica di quei peptidi che vengono detti peptidi pusogeni, glicoproteine pusogene, i quali permettono un meccanismo che prevede una prima interazione tra uno dei recettori che rientrano nel gioco della fusione virale che poi media l’esposizione di un secondo recettore virale, quindi di una glicoproteina, che permette così il processo di fusione.

Quindi c’è sempre un peptide recettoriale, quindi antirecettoriale se vogliamo ritornare alla classificazione recettore cellulare-antirecettore virale, e poi c’è un peptide di fusione che quindi fa sì che il virus con il capside, e quindi per i virus ad envelope in particolare, possa penetrare nel citoplasma della cellula. In questo caso parliamo del virus dell’immunodeficienza acquisita ma ci sono anche gli herpesvirus che utilizzano questa strategia per poter penetrare.

Meccanismo di penetrazione

Ed è questa la cosiddetta penetrazione a modello “chiave-serratura” o a “stretta di mano”: c’è un cambiamento conformazionale tale da poter aumentare l’interazione e procedere quindi ai successivi meccanismi.

Qua ci sono i recettori cellulari dei rispettivi virus. Sono varie famiglie di molecole presenti sulla superficie cellulare che vengono sfruttate. Ci sono diversi tipi di recettori simili alle immunoglobuline ma anche molecole di adesione o molecole di istocompatibilità che vengono coinvolte dal virus stesso, basti pensare alle integrine ad esempio.

Qui sono menzionati altri recettori virali. Ci sono insomma tutta una serie di proteine; anche per quanto riguarda l’emoagglutinina abbiamo, ad esempio, un processo di modifica strutturale che poi media la penetrazione.

Questa è un’altra tabella che ci permette di incrociare per es. il virus dell’herpes simplex con il complesso gB gC gD che a loro volta poi coinvolgono l’hgl, così come gp120 coinvolge gp42 nel processo di penetrazione. Insomma ci sono dei meccanismi a cascata che favoriscono la penetrazione.

Questi sono tutti envelope di rhinovirus e poliovirus. Il poliovirus di tipo 1 ha questa struttura dell’envelope caratteristica dove sulla superficie sono distribuite queste viral protein (VP1, VP2, VP3), le quali vanno poi a costituire nel riarrangiamento strutturale, e in particolare nell’interazione di tipo sterico, questi canyon cioè questi avvallamenti, queste depressioni, che vanno poi ad accogliere il recettore cellulare simile alle immunoglobuline, come CD155 o ICAM1, le quali posso essere inserite in questi canyon proprio perché così allungati e interagire con delle viral protein che in realtà risultano essere particolarmente conservate come struttura, in quanto poi le variazioni indotte dalla pressione selettiva della risposta immune sono a carico delle più superficiali per cui l’interazione è sempre assicurata grazie alla stabilità antigenica dell’antirecettore virale mentre vi è anche variabilità antigenica dovuta alle altre viral protein che circondano questi canyon.

Adsorbimento e penetrazione

Già abbiamo detto che vi sono dei co-recettori che favoriscono la fusione che quindi mediante processi proteolitici ma anche con un cambiamento conformazionale possono incrementare il processo di adesione, quindi migliorare il contatto, ma soprattutto promuovere il processo di fusione. Quindi processo a più step.

L’adsorbimento abbiamo visto che è un processo che non richiede energia bensì riduce il carico energetico proprio perché l’interazione migliora la stereo-isomeria tra le proteine e l’equilibrio di cariche che ci possono essere tra le proteine, mentre il processo di penetrazione richiede energia quindi è un processo attivo. I processi di penetrazione sono 3: un processo di penetrazione della membrana (piuttosto raro), l’endocitosi e la fusione.

In realtà possiamo vedere che l’endocitosi può essere anche un processo a monte della fusione quando quest’ultima non avviene con la membrana cellulare ma con la membrana cellulare dell’endosoma. Al contrario, quando il virus fuoriesce, è chiaro che l’esocitosi ma anche il processo di fusione con le membrane del golgi permettono l’interazione con le particelle virali quindi sono tutti processi che richiedono energia.

Possiamo vedere l’esempio del paramixovirus il cui genoma viene direttamente esposto mentre il genoma dell’HIV è parzialmente contenuto nel capside; questo dipende dal ciclo di replicazione (ad es. di HIV è di replicarsi nel nucleo, questo grazie anche alla presenza di una retrotrascrittasi inversa). In base alla replicazione se è nel nucleo o citoplasmatica, il virus tende a conservare questo capside che poi in realtà media il processo di traslocazione verso il nucleo e protegge così l’acido nucleico eventualmente da nucleasi, soprattutto quando non ci sono le poli-A.

Il processo di endocitosi può essere quindi accompagnato ad un processo di fusione, dove la fusione avviene all’interno della membrana dell’endosoma. Nel caso del virus nudo questa è un’interazione recettore-antirecettore quindi mediante interazione tra i capsomeri nel nucleo capside e i recettori presenti sulla membrana e si ha l’induzione dell’endosoma stesso. Quindi l’endocitosi può essere sia per i virus con envelope che per i virus a capside nudo e poi l’esposizione del genoma varia a seconda del tipo di genoma anche perché dobbiamo considerare che i virus hanno la capacità di gestire il metabolismo cellulare e soprattutto di utilizzare quelli che sono i complessi proteici dei decori presenti sul nucleo per immettere il proprio genoma all’interno del nucleo.

Processo di penetrazione

Ancora qua (fig) il processo che avviene per la penetrazione. Abbiamo parlato di proteine di fusione, cioè nel caso in cui la penetrazione nel capside avviene tramite fusione del proprio envelope con la membrana esterna, è necessario che vi siano delle proteine di fusione, cioè delle proteine che vengano attivate o comunque esposte nel momento in cui si ha la prima fase di interazione, cioè l’adsorbimento. Quindi noi abbiamo un adsorbimento recettore-antirecettore e poi si ha l’esposizione di queste proteine di fusione.

Ci sono delle proteine di fusione di tipo 1, come quelle dell’influenza o dei retrovirus ecc., e al microscopio elettronico viene osservato un evento di penetrazione che è solo del capside quando si ha la fusione. Poi fusione con endosoma; la caratteristica dell’endosoma è l’acidificazione dovuta all’azione di ATPasi vacuolari che riducono il pH dell’endosoma stesso e che permettono la fuoriuscita del capside e del virus stesso nel citoplasma. In questo caso la situazione è un po’ diversa perché ci sono delle proteasi che permettono il clivaggio e la fuoriuscita dalla cellula attivata e dall’acidificazione.

Questo è il picornavirus che tramite la formazione di pori immettono direttamente il proprio genoma nel citoplasma, quindi né endocitosi né fusione.

Allora, per quanto riguarda le proteine di fusione abbiamo detto che al primo gruppo appartiene l’emoagglutinina. Questa è costituita da due subunità e il peptide esogeno è rappresentato dalla subunità 2 presente all’N-terminale, cioè l’N-terminale contiene il peptide esogeno; una volta che l’emoagglutinina è riuscita ad interagire con la superficie della cellula ospite, quali appunto le cellule del sistema respiratorio, abbiamo un clivaggio della proteina stessa perché ci sono dei siti specifici per le proteasi simile alla tripsina che in pratica permettono l’esposizione dell’H2 in particolare della porzione N-terminale dell’H2 che media il processo di fusione.

Il cambio di pH è necessario affinché ci sia quest’esposizione; per questo il virus presenta nel suo involucro questa proteina che si chiama M2 che a pH acido può formare questo canale ionico e permette l’acidificazione e questo cambio di conformazione dell’HA con il seguente distacco dell’M2 affinché il virus possa uscire e rilasciare il genoma.

Un’altra proteina di fusione è rappresentata dalla proteina GB del virus dell’herpes, appartenente alla famiglia delle glicoproteine vas che costituiscono i complessi per l’adesione, e media proprio i…