Virologia molecolare e malattie infettive

VIROLOGIA MOLECOLARE

E MALATTIE INFETTIVE

Prof. Raffaele De Francesco 1

INDICE

INTRODUZIONE .................................................................................................................................... 8

Generalità sui virus ........................................................................................................................................ 8

Analogie con il microbioma ............................................................................................................................ 9

i virus possono essere benefici ....................................................................................................................... 9

I virus possono causare malattie .................................................................................................................... 9

I VIRUS ............................................................................................................................................... 10

L’esperimento di Harshey e Chase (1952) ..................................................................................................... 10

Scoperta dei virus ........................................................................................................................................ 12

Classificazione dei virus ................................................................................................................................ 12

Principi di biocontenimento ......................................................................................................................... 13

CICLO INFETTIVO VIRALE .................................................................................................................... 14

Come vengono coltivati i virus in laboratorio? ............................................................................................. 15

Come facciamo a sapere se il nostro virus si sta replicando? ........................................................................ 16

Qual è il titolo virale, quanto virus abbiamo in un determinato campione? .................................................. 17

Studio dell’infezione a singolo step – one step growth cycle: ....................................................................... 21

Concetti chiave da ricordare: ....................................................................................................................... 22

GENOMA VIRALE E GENETICA ............................................................................................................ 23

Tecniche per lo studio di virus ...................................................................................................................... 24

Classificazione dei virus ................................................................................................................................ 25

Classi di Baltimore ....................................................................................................................................... 27

REPLICAZIONE DI GENOMI VIRALI ...................................................................................................... 28

STUDIO DELLA GENETICA VIRALE ....................................................................................................... 31

STRUTTURA DEI VIRUS: COME SONO FATTI E COME SONO COSTRUITI ................................................ 33

Proteine strutturali ...................................................................................................................................... 33

Definizioni ................................................................................................................................................... 34

Dimensione dei virus: .................................................................................................................................. 34

Stabilità, instabilità e metastabilità .............................................................................................................. 34

Strumenti utilizzati per studiare la biologia strutturale dei virus .................................................................. 35

Tipi di particelle virali e il concetto di simmetria .......................................................................................... 36

I capsidi possono essere rivestiti da membrane ........................................................................................... 40

L’INGRESSO DEL VIRUS NELLA CELLULA .............................................................................................. 41

Confronto batteriofagi – virus eucariotici ..................................................................................................... 41

Fasi per l’ingresso del virus nella cellula ....................................................................................................... 41

ESPRESSIONE E REPLICAZIONE DEI GENOMI VIRALI ............................................................................ 50

Caratteristiche della trascrizione: ................................................................................................................. 50

Promotori e regolazione della trascrizione ................................................................................................... 51

2

Trascrizione, capping, poliadenilazione e splicing ......................................................................................... 52

Regolazione nel tempo e nella quantità ....................................................................................................... 53

Tipi di regolazione trascrizionale nei virus .................................................................................................... 54

I virus con dsDNA nel ciclo virale .................................................................................................................. 54

Virus con genomi che richiedono modificazioni del DNA (parvovirus e hepatite b) ....................................... 60

REPLICAZIONE DEI GENOMI VIRALI A DNA ......................................................................................... 62

Replicazione del DNA – ripasso .................................................................................................................... 62

Dipendenza da primer .................................................................................................................................. 62

Struttura della dna polimerasi ..................................................................................................................... 63

Proteine accessorie alla DNA polimerasi ...................................................................................................... 63

Strutture genomiche dei virus a DNA ........................................................................................................... 64

Due meccanismi per la sintesi del DNA

......................................................................................................... 64

Perdita di informazione ad ogni replicazione ................................................................................................ 64

Poliomaviridae ............................................................................................................................................. 65

Parvovirus .................................................................................................................................................... 66

Adenovirus .................................................................................................................................................. 67

Poxivirus ...................................................................................................................................................... 68

Origini di replicazione virali .......................................................................................................................... 68

Proteine che riconoscono e legano le origini di replicazione - ricapitolando ................................................. 69

REPLICAZIONE DEI VIRUS A RNA ......................................................................................................... 70

Storia dei virus a RNA: ................................................................................................................................. 70

“RNA come materiale infettivo” ................................................................................................................... 70

Forma dei genomi a RNA .............................................................................................................................. 70

La polimerasi da dove viene? ....................................................................................................................... 71

Meccanismo RNA polimerasi RNA dipendente ............................................................................................. 71

Inizio della replicazione dei genomi a RNA ................................................................................................... 73

CLASSE IV: VIRUS CON ssRNA A POLARITÀ POSITIVA (+) ..................................................................... 73

Poliovirus ..................................................................................................................................................... 74

Virus dell’epatite C – HCV ............................................................................................................................ 75

Virus che producono RNA subgenomici (Es. Virus Chikungunya) .................................................................. 78

CLASSE V: VIRUS CON ssRNA A POLARITÀ NEGATIVA (-) ..................................................................... 79

Virus ssRNA (-) non segmentato – rhabdoviridae (VSV) ................................................................................ 79

Virus ssrna (-) segmentato – virus dell’influenza .......................................................................................... 81

CLASSE III: VIRUS CON GENOMA A dsRNA .......................................................................................... 83

Rotavirus ..................................................................................................................................................... 83

Retrovirius ................................................................................................................................................... 85

VIRUS A dsDNA (INCOMPLETO) CHE UTILIZZA LA TRASCRITTASI INVERSA ........................................... 92

Classe VII di Baltimore ....................................................................................................................... 92

3

Epatite B - HBV ............................................................................................................................................. 92

EPATITE D – HDV .......................................................................................................................................... 96

ASSEMBLAGGIO DEI VIRUS E USCITA .................................................................................................. 98

Regole generali per l’assemblaggio e l’uscita dei virus: ................................................................................. 98

1 ASSEMBLAGGIO SPONTANEO ..................................................................................................................... 98

2 ASSEMBLAGGIO ASSISTITO ......................................................................................................................... 99

Packaging del genoma ................................................................................................................................ 101

Acquisizione dell’envelope virale ................................................................................................................ 102

Rilascio virus senza membrana ................................................................................................................... 103

CARATTERISTICHE DELLE CELLULE INFETTATE ................................................................................... 104

Utilizzo della trasduzione del segnale per entrare nella cellula .................................................................... 104

Modulazione dell’espressione genica cellulare ............................................................................................ 105

P-bodies ...................................................................................................................................................... 106

Proteine virali che promuovono la degradazione di messaggeri cellulari ..................................................... 107

Controllo della traduzione .......................................................................................................................... 108

Struttura mRNA .......................................................................................................................................... 108

Meccanismi di difesa della cellula dall’infezione virale ................................................................................ 109

Modulazione del metabolismo cellulare da parte dei virus: ......................................................................... 110

Modalità di difesa dalle infezioni virali ........................................................................................................ 111

Risposta intrinseca: ..................................................................................................................................... 111

IMMUNITA’ E VACCINI ..................................................................................................................... 113

RISPOSTA IMMUNITARIA INNATA ............................................................................................................... 113

Interferone ................................................................................................................................................. 113

Toll-like receptor ......................................................................................................................................... 114

Risposta degli interferoni ............................................................................................................................ 116

Caratteristiche IFN-1 ................................................................................................................................... 117

Cellule sentinella ......................................................................................................................................... 117

RISPOSTA IMMUNE ADATTATIVA ................................................................................................................ 118

Risposta umorale o anticorpo mediata ........................................................................................................ 119

Anticorpi ..................................................................................................................................................... 119

Risposta cellulare ........................................................................................................................................ 120

Risposta mediata da cellule T ...................................................................................................................... 120

RIEPILOGO IMMUNITA’ .................................................................................................................... 121

Andamento tipico di un’infezione acuta ...................................................................................................... 121

Classica risposta immunitaria (guarigione e memoria immunologica): ........................................................ 121

Risposta immunitaria insufficiente (latenza o cronicizzazione dell’infezione): ............................................. 121

VACCINI E VACCINAZIONI ............................................................................................................................ 122

Storia dei vaccini ......................................................................................................................................... 123

4

Vaiolo ......................................................................................................................................................... 123

Quali virus possono essere eradicati? .......................................................................................................... 124

Poliomelite ................................................................................................................................................. 124

Vaccini disponibili oggi ................................................................................................................................ 125

Tipi di vaccini .............................................................................................................................................. 126

Vaccini vivi attenuati ................................................................................................................................... 126

Vaccini candidati .................................................................................................................................. 127

Vaccini inattivati ......................................................................................................................................... 128

Vaccini costituiti da subunità ...................................................................................................................... 129

Esempi di vaccini a subunità: ...................................................................................................................... 130

Riassunto: Tipi di vaccini ............................................................................................................................. 131

Adiuvanti .................................................................................................................................................... 131

HIV: THE HUMAN IMMUNODEFICIENCY VIRUS ................................................................................. 133

Il paziente 0 ................................................................................................................................................ 134

HIV: Human Immunodeficiency Virus .......................................................................................................... 134

Ciclo vitale di HIV ..................................