3. Životní cyklus Flashcards
Životní cyklus virů
- Rozpoznání a kontaktování cílové buňky (attachement)
- Vstup do buňky (entry)
- Uvolnění virového genomu z kapsidy (uncoating)
- Doprava virového genomu na místo dalšího využití
- Výroba nových virových součástí, replikace, transkripce, translace/latence
- doprava jednotlivých součástí viru na místo složení nových částic
- složení nových částic (assembly)
- Opuštění buňky
Vazba virů na receptor
- transport začíná v H buňce, kde se virový genom a proteiny zabalí do nové virové částice, co se z H buňky uvolní do extracelulárního prostoru -> virion pak kontaktuje povrch jiné H buňky -> řada striktně koordinovaných událostí (vazba na receptor, signalizace, endocytóza, transport uvnitř H buňky, uvolnění do cytosolu, transport viru/genomu do cytoplasmy/jádra)
Vazba virů na receptor - uvolnění genomu
- virová částice musí být modifikována vazbou na buněčné proteiny -> destabilizace kapsidy -> uvolnění a transport genomu -> replikace
Vazba virů na receptor - druhová a tkáňová specifita
= viry mohou infikovat pouze buňky, na které se mohou vázat
- dáno povrchem buňky - jsou tam konkrétní vazebné faktory a virové receptory
- = receptory definují patogenní potenciál viru a povahu onemocnění, co způsobuje
- TROPISMUS - schopnost viru napadat konkrétní buňky či buněčný typ (např. virus vztekliny je neurotropický)
Vazba virů na receptor - receptory (3)
VIROVÝ RECEPTOR
- virová struktura na povrchu buňky, co váže viry -> podporují vstup viru do buňky (tím, že způsobují konformační změny nebo přenáší signál přes PM)
BUNĚČNÝ RECEPTOR
- originálně molekula s jinou funkcí důležitou pro cílovou buňku (např. CD4)
- na povrchu viru
,,ATTACHEMENT’’ FACTOR
= přichycovací faktor
- pomáhá navázání viru a proniknutí dovnitř
- koncentrují virové částice na buněčném povrchu - zvyšují infekci
Receptor a attachement factor (R+A) se špatně rozlišují - jsou to sbírky proteinů, sacharidů, lipidů
R+A mohou být naprosto běžné, ale i třeba tkáňově specifické - jen na konkrétním typu buněk
- vazba virový receptor + buněčný receptor do sebe musí zapadat jako klíč do zámku; tato vazba pak může spouštět kaskády odpovědí na PM, v cytoplazmě či v jádře… ale celkově to má za cíl, aby se vir jednodušeji dostal do buňky
- některé viry používají více receptorů - kaskáda, souhra, více různých buněk; ale jen tomu prvnímu je říká receptor, ostatní jsou KORECEPTORY
- u obalených virů jsou receptory v obalové membráně - VIROVÉ GLYKOPROTEINY, u neobalených strukturní proteiny kapsidy
Vstup do buňky (2)
ENDOCYTÓZA
- neobalené i obalené viry
- upřednostňována, protože vytvořené váčky zjednodušují transport po buňce + ochrana genomu
- tvorba váčku - transport + rozpad kapsidy měnícím se pH
FÚZE MEMBRÁN
- pouze obalené viry
Replikace virového genomu - místo replikace
- doprava pomocí systému váčků anebo pomocí molekulárních motorů, a to ve formě rozvolněné kapsidy nebo jako samostatná NK
V CYTOPLAZMĚ - většina RNA virů, výjimky (chřipka v jádře)
- neznamená to, že to probíhá nějak volně v cytosolu, ale je to často vázané na nějakou PM, třeba na ER/na virem vytvořenou strukturu
V JÁDŘE - většina DNA virů (výjimka jsou gigantické viry, POXVIRY - v cytoplazmě)
KOMBINACE OBOU - viry využívající reverzní transkripci
Replikace virového genomu - vstup do jádra (5)
- je třeba projít jadernou membránou, u některých virů zatím není znám mechanismus
5 HLAVNÍCH METOD VSTUPU
1) Během mitózy, kdy je jaderný obal rozrušen (některé retroviry)
2) S využitím jaderných pórů - v podobě NK asociované s RNP (ribonukloproliny), NLS (nucleus localisation sequence), jaderné importiny (chřipka, HIV)
3) Kapsida nasedne na jaderný pór, změní konformaci a vypustí NK do jádra (herpeviry, adenoviry)
4) Přímým průnikem celé kapsidy do jádra (omezeno velikostí 39 nm v průměru) - bakuloviry, HBV
5) Rozrušením jaderné membrány - parvoviry?, polyomaviry?
Replikace virového genomu - Transkripce, translace, replikace
- přesné pořadí transkripce, translace a replikace závisí na typu virového genomu (7 základních tříd):
1. dsDNA
2. ssDNA -> dsDNA
3. dsRNA
4. (+)ssRNA -> (-)ssRNA
5. (-)RNA
6. ssRNA-RT -> DNA/RNA -> dsDNA
7. dsDNA-RT - mRNA je definovaná jako (+) vlákno, protože může být translatovaná
- (-) vlákno nemůže být translatované, musí se nejdřív zkopírovat do (+) vlákna
Replikace virového genomu - Transkripce, translace, replikace - ssDNA
- ssDNA
- (+) nebo (-) polarita
- lineární i cyklické
- nejprve dochází k syntéze komplementárního řetězce na dsDNA (podílí se buněčné genomy) -> transkripce -> translace (podílí se buněčné proteiny) -> vzniklý protein je důležitý pro iniciaci replikace -> replikace -> když je dostatek kapsidových proteinů, tak se sestaví virion a uvolní se z buňky
- nejmenší ssDNA: CIRKOVIRY
Replikace virového genomu - Transkripce, translace, replikace - (+)ssRNA
- (+) ssRNA
- virový genom slouží jako mRNA, je tedy rovnou překládán na ribozomech do proteinu
- vzniká RNA dependentní RNA polymeráza, která replikuje původní genomy pře - RNA molekulu. Ta pak slouží jako zdroj pro syntézu virových genomů a dalších mRNA, které jsou zdrojem pro translaci
- někdy na 5’ označeno CAP strukturou jako hostitelská mRNA a někdy i kovalentně vázaný virový protein
- translace -> replikace -> transkripce
- nejmenší (+)ssRNA: PICORNAVIRY
Replikace virového genomu - Transkripce, translace, replikace - (-)ssRNA
- (-)ssRNA
- musí mít v kapsidě svoji RNA dependentní RNA polymerázu, protože nejdříve musí (-) přepsat do (+)
- charakteristické spojení genomu s nukleoproteinem, který ji ochrání před degradací enzymy
- Transkripce -> translace -> replikace -> translace
- Ebola, chřipka
Replikace virového genomu - Transkripce, translace, replikace - dsRNA (Reoviry)
- dsRNA (reoviry)
- replikace začíná transkripcí
- transkripci zahajuje RdRp, co má virus v kapsidě
- po vstupu do buňky dojde k rozvolnění kapsidy a syntéze (+) řetězce
- (+) řetězec slouží jako zdroj pro translaci
- když se vytvoří dostatek kapsidových proteinů, sestaví se v cytoplazmě kapsida a do ní se zabalí virový (+) RNA řetězec. Ten slouží pro syntézu (-) RNA a vytvoření dvoušroubovice RNA
- musí to být rychle zabaleno, protože dsRNA je pro buňku nepřirozená a rychle ji ničí
- Transkript (o délce genomu) -> transkripce ve dvou etapách -> transkripty baleny do nových partikulí, ve vznikajících částicích replikace -> sekundární transkripce hlavní zdroj mRNA pro proteosyntézu
- ROTAVIRY, REOVIRY
Replikace virového genomu - Transkripce, translace, replikace - dsDNA
- dsDNA
- mohou plně využít H systém transkripce a replikace
- transkripce a replikace buněčnými nebo virovými enzymy - potřebují vlastní proteiny na iniciaci replikace
- genom rozdělen na dvě funkční oblasti: ČASNÁ a POZDNÍ -> každá kóduje jiné geny, podle toho, kdy se během infekce uplatní
- viry se dostanou do jádra a zahájí transkripci časných (early) genů - sloužící k translaci proteinů pro transkripci a replikaci
- Vstup do buňky -> transkripce a replikace časných -> transkripce a replikace pozdních + kapsidových (skládání v jádře)
Replikace virového genomu - Transkripce, translace, replikace - nekompletní ssRNA - retroviry
- Retroviry
Replikace virového genomu - Transkripce, translace, replikace - nekompletní dsDNA - Hepadnaviry
- dsDNA-RT
- uvnitř kapsidy genom představuje relaxovanou cirkulární částečně dsDNA molekulu
- (-) řetězec je kompletní, (+) řetězec nekompletní
- do buňky -> uvolnění membrány -> kapsida do jádra -> dosyntetizování na kompletní ds - vytvoří se kovalentně uzavřená kruhová dsDNA (tzv. cccDNA) - připomíná ,,mini chromozom’’ -> slouží jako zdroj pro transkripci virových mRNA + je k transkripci využívaná buněčná polymeráza 2
- transkripcí vznikají kratší sub-genomové RNA, které slouží pro translaci virových proteinů (hl. kapsidových) + pre-genomová RNA
- pre-genomová RNA a virová polymeráza jsou n-kapsidovány -> reverzní transkripce -> vznik (-)řetězce DNA (podle pre-genomové RNA, je pak degradována) -> nekompletní dosyntetizování (+) řetězce DNA -> uvolnění ven z buňky a zisk membrány
Virová translace - virová mRNA - modifikace, kde, mono/polycistronní mRNA
- modifikovaná v H buňkách
- > 5’ methyl čepička (Herpesviry, Poxviry, virus chřipky atd.) - syntetizovaná de novo a podílejí se na tom virové/buněčné proteiny, nebo ji virus krade buněčným mRNA
- > na 3’ konci polyA konec (Picomaviry) - podílejí se virové/buněčné proteiny
- > kovalentně připojený virový protein na 5’ konci (např. VPg)
- > alternativní sestřih
- k modifikacím dochází uvnitř jádra stejným nebo podobným principem, akorát se na tom mohou podílet virové/buněčné proteiny
- Monocistronní x polycistronní mRNA:
- > POLYCISTRONNÍ: prokaryotická, 1 molekula mRNA obsahuje několik strukturních genů - několik proteinů; transkripce je vždy spojená s translací
- > MONOCISTRONNÍ: eukaryotická, 1 molekula = 1 protein, transkripce a translace místně i časově oddělené
- RNA viry mají POLY, ale i ten nejmenší kóduje 6-7 genů - musí zajistit, aby se vše translatovalo a vznikl nový polyprotein
Virová translace - Iniciace translace
- plně závislá na translačním aparátu H - Iniciace se bude tedy lišit u prok. a euk. virů
- u Eukaryotických virů: bude to komplexní proces vyžadující kooperaci mezi malou a velkou podjednotkou ribosomu + dalších proteinů (tzv. eukaryotické iniciační faktory EIF)
- závislá na 5’ konci mRNA:
- > Čepička
- > Kovalentně vázaný virový protein
- > IRES sekvence (internal ribosome entery site) - tvoří rozmanité sekundární struktury - vlastně místo pro nasednutí ribosomu
Virová translace - Strategie
- Buňka musí syntetizovat hlavně strukturní kapsidové proteiny, součástí membrány
- dělá to pomocí:
- > Vyrábět monocistronní mRNA (sgRNA, chřipka)
- > alternativním sestřihem tvořit různé mRNA (chřipka, HIV…)
- > další neobvyklé strategie translace, viz. dále (nejsou jen u virů, ale i u buněk)
Virová translace - Strategie - 1. Syntéza polyproteinu
- celá virová mRNA překládána do polyproteinu, ten je pak rozštípán virovými a H proteázami
- vznikající polyprotein hned do membrány ER, kde je ukotven a to napomáhá štěpení
Virová translace - Strategie - 2. Sklouznutí - ,,leaky scanning’’
- mechanismus, kdy malá podjednotka při iniciaci skenuje mRNA -> najde iniciační kodon, ten první může ale vynechat -> naváže se velká podjednotka -> translace
- ten první kodon je tedy IGNOROVÁN
Virová translace - Strategie - 3. Supres terminace
- ribosom neskončí na STOP kodonu, ale pokračuje dál
Virová translace - Strategie - 4. Nezávislá iniciace
- iniciační kodony blízko sebe a malá podjednotka asi vybere, není to ale ,,leaky scanning’’
Virová translace - 5. Ribosomal frameshifting
- Posun čtecího rámce o jeden nukleotid (dopředu/dozadu)
Virová translace - Strategie - 6. Ribosomal shunt
- uplatnění hlavně u virů
- uvnitř virové mRNA jsou stabilní sekundární struktury, co nemůžou být překonány helikázovou aktivitou EIF
- ribosom přeruší skenování a ,,přeskočí’’ tento úsek
Skládání virionů - doprava na místo složení
- viry využívají dopravních systémů H
- správné sestavení virionu - jednotlivé součásti se musí potkat na správném místě ve správný čas
- je tady třeba několik transportních drah - každý protein musí mít pro tu dráhu signál
- proteiny, které jsou aktivně transportován ý do nebo z jádra jsou charakterizovány přítomností AMK motivů, které jim umožní interakci s jadernými póry
- > pro IMPORT do jádra: SIGNÁLY NUKLEÁRNÍ LOKALIZACE (NLS)
- > pro EXPORT: SIGNÁLY NUKLEÁRNÍHO EXPORTU (NES)
- proteiny, které jsou aktivně transportovány do jádra mají jaderný lokalizační signál
- SHUTTLE PROTEINY = přecházejí z a do jádra (např. HIV) - mají signál i pro export z jádra
Skládání virionů - Složení virionu, kde, možnosti složení
- poměrně složitý proces
- začíná formováním jednotlivých strukturních podjednotek
- během cesty někdy zisk membránové obálky
- končí uvolněním z buněk
- Neobalené RNA v cytoplazmě, resp. ve viroplazmě
- Neobalené DNA v jádře
- Obalené viry - na membránách
MOŽNOSTI
a) Skládání z monomerních jednotek, skládání na základně interakcí proteinů
b) Sestavení z prekurzoru polyproteinu
c) Asistované složení, některé strukturní jednotky jsou sestaveny pouze za pomoci virových chaperonů
Skládání virionů - složení virionu - mechanismy - Neobalené - polyomaviry (malé DNA)
- skládání v jádře, v místě označeném jako PML jaderná tělíska (multiproteinové jaderné struktury se zvýšenou koncentrací PML proteinu = tumor supresorový protein)
- schopné ,,self assembly’’, bez přítomnosti DNA, za přítomnosti Ca2+ a přirozeného pH
- nevhodné podmínky = špatné složení kapsidy
- DNA se váže na N konec VP1 elektrostatickými interakcemi
- VP2 a VP3 hydrofobní
- ?Účast buněčných faktorů?, vazba na VP1 k chaperonovému proteinu Hsp70, ale kapsidy se skládají i bez něj
- ?Regulace skládání virionů?
- Pro DNA nutná asociace s histony (může se tam dostat i nevirová DNA - pak t nebude infekční)
- je tedy třeba, aby se to správně složilo a aby byla zabalena pouze správná DNA
Skládání virionů - Složení virionu - Mechanismy - Neobalené - Adenoviry (DNA)
- Mají na povrchu pentonové báze a vlákna -> to se složí samo
- kapsida se nesloží sama jen díky interakci mezi proteiny - jsou třeba SCAFFOLDING PROTEINY, co napomáhají správnému sestavení kapsidy
Skládání virionů - Složení virionu - Mechanismy - Neobalené - Picornaviry (RNA)
- v cytopolazmě ve viroplazmě (=místo, kde se shromažďují komponenty potřebné pro složení kapsidy)
- ke složení pak dojde na PM, kde jsou ribosomy, co translatují virové proteiny a virové mRNA - to je pak okamžitě vázáno k sobě
Skládání virionů - Složení virionu - Mechanismy - Obalené - Virus chřipky
- Využívají k uvolnění do prostoru PUČENÍ v oblasti membránových raftů, kde je navázaný jejich obalový protein (v případě chřipky to je HEMAGGLUTININ a NEURAMIDINÁZA)
- v raftech jsou jak buněčné, tak i virové glykoproteiny + cholesterol atd.
- ?Byly rafty v buňce dřív nebo tam jsou kvůli virům?
- Genom obalen jednak strukturními (ochrana) a jednak funkčními (pro replikaci) proteiny
- na ribonukleoproteinový komplex se dále váže exportní protein M1, ten s M2 zajišťuje, že se všech 8 segmentů viru chřipky dostane k raftům
- u jiných obalených virů využíván buněčný komplex ESCRT - proteiny, co regulují vchlipování váčků do endozomů; vznikají tak multivezikulární tělíska
- virus HIV je využívá k pučení z buněk
Skládání virionů - Složení virionu - Mechanismy - Obalené - Herpesvirus (DNA)
- nejdříve se sestaví ikosahedrální kapsida za pomocí scaffold proteinů
- nukleokapsida se z jádra dostává tak, že nejprve reaguje s vnitřní membránou -> zisk obalu -> ten se inkorporuje do vnější jaderné membrány -> nukleokapsida do cytoplazmy -> obalena tegumentovými proteiny virového a cytoplazmatického původu -> pak je to celé obaleno endozomálními váčky z trans GA -> ven z H
Uvolnění z buněk
- Obalené viry: PUČENÍ, může způsobit lyzi
- Neobalené: LYZE (není dobré pro virus, protože to vzbudí imunitní systém)
- Bez lyze: tvorba VIROPORINŮ - viry si tvoří proteiny, co v PM udělají pór
- Autofagozomy - vir se do něj dostane a je uvolněn pro buňku přirozeným mechanismem
