Appunti di Virologia generale

Attacco o adsorbimento

I virioni corrispondono ad una fase inerte in cui il virus non codifica niente: per iniziare un ciclo replicativo devono entrare nell'ospite giusto e disassemblarsi. Questo processo è regolato per evitare che i virioni comincino a disassemblarsi quando sono ancora all'esterno. I virioni sono quindi delle macchine molecolari in grado di capire quando arriva il momento di modificare la propria struttura. I segnali sono dei messaggi molecolari.

I virus sono strutture metastabili che non hanno raggiunto la conformazione associata alla minima energia libera. Questa viene raggiunta solo quando viene superata una barriera energetica sfavorevole, inducendo cambiamenti conformazionali irreversibili durante l'assorbimento e la penetrazione.

L'attacco è un processo passivo che non richiede energia ed è basato principalmente su interazioni elettrostatiche tra una proteina virale e un recettore cellulare. L'attacco può

avvenire anche a temperature complementarietà steriche basse (4 °C) e può essere seguito da un evento di penetrazione ("entry") e dalla perdita del capside ("uncoating"). Le modalità di penetrazione dipendono dalla presenza o meno dell'envelope. Il primo ostacolo che deve affrontare è la presenza della membrana: deve attraversare il bilayer (e anche una parete cellulare nelle piante). Il virus deve passare da una forma stabile (extracellulare-inerte) ad una forma instabile (intracellulare-attiva). Questo passaggio deve essere regolato da segnali di innesco ben precisi che avviino il processo di disasseblaggio:

• Legame al recettore (può determinare modificazioni conformazionali);
• Tagli proteolitici (si tagliano proteine capsidiche o dell'envelope);
• Variazioni del pH (all'interno della cellula).

VIRUS BATTERIOFAGI

Il fago T4 è un virus che infetta i batteri e ha una struttura binaria del

capside: una testa a simmetria icosaedrica e un corpo a simmetria elicoidale. Tra la testa, contenente il DNA a doppio filamento, e il cilindro vi è un colletto mentre alla fine del cilindro c'è una piastra basale da cui si dipartono all'estremità delle spine caudali, che aderiscono alla superficie cellulare.

L'ospite naturale è E. coli, batterio Gram(-) che è avvolto da una membrana esterna. Le fibre della coda del T4 interagiscono con i lipopolisaccaridi (LPS) di superficie del batterio (recettore non specifico). La piastra basale subisce conformazionale che attiva la guaina contrattile e ciò determina l'iniezione del genoma fago un cambiamento all'interno della cellula. Grazie a questa struttura, il virus riesce a superare questa barriera membranosa.

VIRUS VEGETALI

Devono affrontare anche il problema della spessa parete rigida di cellulosa (che può essere arricchita di pectina o di lignina). I virus penetrano

tramite diversi sistemi:

• Possono penetrare tramite abrasioni o lesioni meccaniche dovute a degli insetti (con il loro apparato boccale rompono le cellule vegetali e il virus se ne approfitta) o a fattori ambientali;
• Possono sfruttare dei vettori, come animali e insetti, per riprodurvisi e moltiplicarsi e poi infettare le cellule vegetali;
• Trasmissione diretta cellula-cellula (plasmodesmi): attraverso i plasmodesmi possono far penetrare delle proteine che determinano la deformazione di questi canali, permettendo l'ingresso al virus (che altrimenti non ci passava);
• Trasmissione attraverso semi contaminati o innesti (propagazione vegetativa).

Le virosi spesso si manifestano con delle macchie sulla superficie fogliare. I virus delle piante sono meno studiati. VIRUS ANIMALI Si legano a recettori e fattori di attacco (carboidrati, lipidi, glicolipidi, glicoproteine) presenti sulla membrana plasmatica. La presenza di questi recettori determina la suscettibilità.

La penetrazione del virus nella cellula avviene attraverso l'interazione tra i recettori presenti sulla superficie cellulare e le proteine virali. Se i recettori sono espressi solo in alcuni organi, si determina anche il tropismo del virus. Inoltre, se il recettore è specifico per una particolare specie, si determina anche la specificità del virus.

Attraverso una trasfezione di plasmidi, è possibile modificare la suscettibilità e la permissività della cellula nei confronti del virus. Questo è un passo importante per identificare i recettori del virus e studiare possibili cure e strategie per combatterlo.

Uno dei recettori comuni per molti virus, tra cui quello dell'influenza, è l'acido sialico. Questo zucchero si trova nella parte terminale di molti carboidrati ed è il recettore a cui il virus si lega per penetrare nella cellula.

La penetrazione del virus avviene in due fasi distinte: una fase attiva e una fase passiva. Durante la fase attiva, il virus si sposta sulla superficie cellulare fino a incontrare un recettore a cui può legarsi. Questo legame induce un cambiamento conformazionale e permette la penetrazione del virus nella cellula.

Il superamento della barriera da parte del genoma virale e le modalità con cui questo viene fatto sono differenti a seconda della struttura del rivestimento (con o senza envelope).

• Se il virus non ha l'envelope, entra con endocitosi mediata da recettore: viene contattato il recettore sulla cellula ospite dall'antirecettore del virione e si verifica invaginazione della membrana. Si forma una vescicola contenente il virione. A seguito di una modificazione dell'ambiente interno alla vescicola, si verificano cambiamenti strutturali del capside che permettono la liberazione dell'acido nucleico. In alternativa, le modifiche strutturali provocano la lisi della vescicola stessa.
• Se il virus ha l'envelope, si verifica fusione tra la membrana dell'envelope e quella plasmatica. Il processo di fusione è stato molto studiato. La prima proteina recettore che è stata più studiata è quella dell'influenza. La regola è

che il virus deve perdere il capside e anche l'envelope: la perdita dell'envelope viene attivata da segnali specifici e avviene per fusione. Distinguiamo: - tra l'envelope e la membrana cellulare (virus dell'HIV)Una fusione diretta pH-indipendente: il virus entra e si spoglia direttamente del primo rivestimento; - (virus dell'influenza): prima abbiamo una endocitosi mediata da recettore e la particella virale si trova in una vescicola. Il secondo attivatore è una variazione del pH (gli endosomi maturi hanno un pH basso e sono queste modificazioni che determinano la fusione interna alla cellula). Alcuni esempi di meccanismi di penetrazione: ADENOVIRUS (virus a capside nudo) Sono tra i virus più conosciuti che penetrano per endocitosi, hanno il DNA lineare di circa 30 kbp e il numero di trinagolazione del capside è 25 (in ciascun angolo abbiamo 25 subunità pressate). Ha 12 vertici e in ognuno

c'è una piastra basale (pentone) da cui si diparte una fibra che lega un recettore chiamato CAR (fa da recettore anche ad altri virus). Questo non è sufficiente a far entrare il virus però lo concentra sulla superficie. Questo contatto innesca una modificazione della membrana, che recluta dei triskelion di clatrina sul versante interno. Si forma un'invaginazione della membrana, una strozzatura e si stacca una ma il virus non è ancora entrato all'interno della cellula. Per via della presenza di pompe protoniche sulla membrana, si concentrano all'interno della vescicola. Il pH diventa acido e si verificano cambiamenti conformazionali: il calo del pH attiva le +H proteine della base del pentone che inducono la lisi della membrana. Le subunità si dissociano, le maglie del capside si allargano. Viene esposta una proteina anfipatica, la proteina sesta (?), che si inserisce nella membrana, destabilizza il 9ha la lisi della membrana vescicolare.

Il capside, ora nel citoplasma, ancora è presente e contiene l'acidobilayer e sinucleico: la decapsidazione si verifica quando si ha il legame con gli elementi citoscheletrici e con i trasportatorinucleari. VIRUS DELL'INFLUENZA (virus con envelope) È un virus che entra per fusione ed infetta molti animali, terrestri e acquatici, oltre agli esseri umani. Ha un genoma segmentato (8 segmenti codificanti per circa 10 proteine). Ha un tropismo per il tessuto respiratorio, penetra tramite (tosse, starnuto, ecc.) e va a disporsi sul tessuto ciliato dell'alberato respiratorio superiore. Questo che determina i sintomi a noi conosciuti è dato dalle risposte immuni (non dalla uccisione delle cellule ciliate su cui si pone). Vengono prodotte citochine che agiscono localmente (provocando mal di gola) e sistemicamente (male alle ossa, febbre, ecc.). Il nostro sistema tende a distruggere le cellule infette. sull'envelope Le proteine di

superficie sono quelle che si trovano virale. La proteina di matrice M1 cementa le subunità tutte insieme. Le proteine di superficie si assemblano in tetrameri; vi sono anche proteine canale (tetrameri). Queste proteine sono essenziali per l'entry e per l'egresso del virus. Da un punto di vista dell'interazione con l'ospite, essendo le più esposte, sono quelle con cui il nostro organismo interagisce per primo: il nostro sistema immunitario riconosce queste proteine e innesca la produzione di anticorpi. Ci sono diversi siti che vengono riconosciuti dagli anticorpi (siti antigenici), vi si legano e le impediscono di espletare la sua funzione (bloccano funzionalmente ostrutturalmente le proteine, impedendone la penetrazione e quindi l'infezione). I determinanti antigenici possono cambiare nel corso di una reazione: possiamo essere nuovamente infettati da un virus simile ad uno che avevamo già "incontrato e"

“neutralizzato”. L’emoagglutinina lega l’acido sialico presente sulla superficieHAdell’epitelio respiratorio. È presente sottoforma di trimero ed esistono almeno16 sottotipi. È sintetizzata come precursore e media l’attacco del virus allacellula tramite il riconoscimento del recettore cellulare. È il principaleresponsabile della restrizione dello spettro d’ospite di un determinato ceppovirale. L’HA media il processo di penetrazione attraverso la fusionedell’envelope virale con la membrana endosomica della cellula ospite. È ilprincipale determinante antigenico ed è responsabile di alcuni aspetti della patogenicità di vari ceppi di virus influenzali(determina il grado di patogenicità).Il precursore (HA0) è presente in forma di trimero e ha una testa globulare HA1 e uno stelo HA2 immerso nel bilayer(aminoacidi idrofobici); c’è poi una coda citoplasmatica. HA0 è circa

lungo 600 aa: per essere attiva la proteina deve essere processata tramite taglio proteolitico per separare testa e stelo. Le proteasi intracellulari