Estrutura dos vírus

Etapas gerais de replicação

Estratégias gerais de replicação

Estrutura dos vírus

Os vírus apresentam uma grande diversidade de formas e tamanhos. As partículas virais consistem basicamente em um envoltório protéico (capsídeo) que abriga em seu interior o material genético.

Vírus não-envelopados

Vírus envelopados - apresentam bicamada lipídica envolvendo o capsídeo (envelope).

Capsídeo viral

Estrutura que contém o genoma e serve de veículo para transferi-lo a uma célula que possa replicá-lo e traduzi-lo produzindo novos vírus.

Observação do vírus do mosaico do tabaco - se montavam, in vitro, a partir de componentes dissociados - Watson e Crick propuseram que os capsídeos dos vírus só poderiam ser estruturas altamente simétricas:

A eficiência genética necessita que a composição dos capsídeos virais seja feita de muitas subunidades idênticas.

A auto-montagem requer interações específicas e bem-definidas entre as subunidades.

A maioria dos vírus apresenta capsídeos de estrutura helical ou icosaédrica. Alguns vírus, como os bacteriófagos, desenvolveram estruturas mais complexas.

A forma icosaédrica se aproxima de uma esfera.

A forma helical é cilindrica.

subunidades idênticas + interações específicas, em geral, produzem estruturas simétricas.

Estrutura helical

http://www.twiv.tv/virus-structure/

Uma simetria icosaédrica obedece às características um sólido geométrico que é formando por 20 triângulos equiláteros e 12 vértices, o icoságono. Essa estrutura requer o mínimo de energia para montagem, a partir das subunidades, é a forma mais eficiente de uma proteína ocupar uma área externa menor com uma área interna maior.

Estrutura icosaédrica

Estrutura complexa

Ex: Bacteriófago lambda

DNA fita dupla

RNA fita dupla

DNA fita simples

RNA fita simples

Genomas dos vírus

Circulares

Lineares

Polaridade positiva

Polaridade negativa

Etapas gerais da replicação viral

Processos básicos da infecção/replicação viral

1) Adsorção – ligação do vírus a célula hospedeira.

2) Penetração e 3) Desencapamento - entrada e liberação do genoma viral na célula hospedeira.

4) Síntese – Síntese dos componentes virais usando a maquinaria da célula hospedeira.

5) Montagem/maturação – o capsídeo se combina com o material genético e as partículas virais se tornam completas.

6) Liberação das Novas Partículas – saída dos vírus recém-produzidos da célula hospedeira.

Ciclo de vida de um vírus: (a) Adsorção. (b) Penetração. (c) Biossíntese. (d) Montagem. (e) Saída.

1) Adsorção

2) Penetração

3) Desencapamento

4) Síntese

5) Montagem

6) Liberação das Novas Partículas

1) Adsorção

A adsorção consiste na ligação específica entre proteínas do capsídeo viral e receptores presentes na superfície da célula hospedeira. Essa especificidade determina a variedade de hospedeiros para um vírus.

Por exemplo, o HIV infecta células T, pois sua proteína de superfície, gp120, só interage com a molécula CD4 e receptores de quimiocinas na superfície das células T. Isso ocorreu dessa forma para favorecer esses vírus que só vão poder infectar células nas quais são capazes de replicar.

1) Adsorção

Proteínas do vírus responsáveis pela ligação à célula hospedeira:

Vírus envelopados: - Glicoproteínas embebidas na bicamada lipídica do vírus.

Normalmente são proteínas integrais de membrana do tipo I que tem seu domínio de ligação ao receptor exposto.

Vírus não-envelopados:- As estruturas que se ligam aos receptores são projeções do

capsídeo. O sítio de ligação ao receptor pode envolver uma única proteína ou uma superfície composta por diversas cadeias polipeptídicas.

Receptores na célula hospedeira promovem a entrada do vírus através:

(a) da indução de mudanças conformacionais no vírus levando a associação com outros receptores, fusão de membranas e penetração.

(b) da transmissão de sinais pela membrana plasmática.

(c) guiando os vírus ligados pelas vias endocíticas.

1) Adsorção

Vírus vão ser reconhecidos por: receptores + fatores de ligação + co-receptores

*Fatores de ligação – ajudam a concentrar as partículas virais na superfície celular facilitando a entrada/infecção (não promovem a entrada, não são específicos).

*co-receptores – quando o vírus utiliza mais de uma molécula como receptor. Se convencionou chamar um deles “receptor” (o primeiro caracterizado) e todos os outros “co-receptores”.

Ex: HIV fator de ligação – heparan sulfatoreceptor – CD4Co-receptor – CXCR4, CCR5 (receptor de quimiocina)

1) Adsorção

A identidade, distribuição e comportamento dos receptores determinam quais tipos celulares, tecidos e organismos cada vírus vai ser capaz de infectar.

Ex: A capacidade dos herpesvirus de infectar diversas células está relacionada com a capacidade das suas proteínas se ligarem a diversos receptores diferentes.

1) Adsorção

1) Adsorção

1) Adsorção

2) Penetração

3) Desencapamento

4)Síntese

5) Montagem

6) Liberação das Novas Partículas

Penetração – entrada do vírus e liberação dos componentes virais na célula hospedeira

2) Penetração

2) Penetração

Virus entry: molecular mechanisms and biomedical applications.Dimiter S. DimitrovNature Reviews Microbiology 2, 109-122 (February 2004)

2) Penetração

Vírus não-envelopados:

1. “Perforation”/Translocação – a partícula atravessa a membrana celular sem lise da mesma. Ex: Picornavirus

2. “Membrane pucture”/injeção do genoma – a partícula se liga a superfície celular e libera seu genoma que penetra no citoplasma através de um poro. Ex: Bacteriófagos

3. Endocitose e lise – a partícula se liga a receptores na superfície celular e penetra no citoplasma através de numa vesícula. Ex: Adenovirus

Vírus envelopados:

4. Endocitose e fusão de membranas – o envelope viral funde com a membrana endossomal e os componentes virais são liberados.Ex: Influenza

5. Fusão de membranas – o envelope viral funde com a membrana plasmática na superficie celular. Os componentes virais são liberados no citoplasma. Ex: HIV

2) Penetração

2) Penetração

Mecanismos de endocitose:

Macropinocitose – mecanismo não-específico de internalização.

2) Penetração

Clatrina dependente – É um processo que a célula utiliza para internalizar complexos ligantes-receptor, fluídos, proteínas de membrana e lipídeos. Os vírus são internalizados por esse processo quando seu receptor possui um sinal para internalização através de vesículas encobertas por clatrina. Essa via leva os vírus para endossomas iniciais onde são expostos a baixo ph, depois para endossomas tardios com ph ainda mais baixo e, eventualmente, para lisossomas onde os vírus são degradados.

2) Penetração

Por cavéolas – via que resulta em vesículas não acidificadas. Processo mais lento que o mediado por clatrina e a caveolina 1 é o principal componente. Tem outros componentes como colesterol.

2) Penetração

Um vírus pode utilizar mais de uma via de penetração nas células.

Isto vai depender do tipo celular, da multiplicidade viral e

condições de crescimento.

Exemplos:

(a) HIV 1 – pode fundir com a membrana plasmática ou entrar

por endocitose.

(b) Influenza – pode entrar por endocitose mediada por clatrina

ou independente de clatrina.

(c) SV40 - pode entrar por cavéolas ou endocitose independente de

cavéolas.

2) Penetração

1) Adsorção

2) Penetração

3)Desencapamento

4)Síntese

5) Montagem

6) Liberação das Novas Partículas

2) Desencapamento

http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%2013/animalrep.html

2) Desencapamento

http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%2013/animalrep.html

2) Desencapamento

http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%2013/animalrep.html

Mudanças conformacionais, perda progressiva de proteínas estruturais, proteólise, diminuição das interações intermoleculares.

2) Desencapamento

1) Adsorção

2) Penetração

3) Desencapamento

4) Síntese

5) Montagem

6) Liberação das Novas Partículas

2) Síntese

Síntese dos componentes virais usando a maquinaria da célula hospedeira.

1) Adsorção

2) Penetração

3) Desencapamento

4) Síntese

5) Montagem

6) Liberação das Novas Partículas

2) Montagem

A montagem é um passo crucial na replicação viral e envolve um processo onde macromoléculas quimicamente distintas vão ser transportadas, geralmente através de rotas diferentes, para um ponto da célula onde são reunidas e montadas, gerando novas partículas virais.

Os vírus se utilizam dos mecanismos intracelulares de endereçamento para enviar seus componentes para o local correto de montagem dos virions.

Ex: adenovirus são montados no núcleo, logo, suas PTNs estruturais, após serem traduzidas no citoplasma devem apresentar o sinal que as envia para o núcleo para o exato local de montagem.

Via secretória

Todas as proteínas (celulares e virais) destinadas à membrana externa da célula passam pela via secretória que compreende o ER (entrada) e o golgi. É onde ocorrem as modificações e o folding das proteínas necessário para formar partículas íntegras e infectivas.

Ex: É no golgi que os precurssores das glicoproteínas dos vírus, como a Env dos retrovirus, são clivadas e atingem sua forma madura. Essa clivagem é crucial para a formação de proteínas biologicamente funcionais, e dessa forma, também crítica para a infectividade do vírus.

2) Montagem

2) Montagem

Os vírus não-envelopados podem se montar no citoplasma ou no núcleo. Para esses vírus, as proteínas estruturais e o genoma devem ser marcados ou retidos no domínio subcelular onde ocorre a montagem.

Os vírus envelopados precisam adquirir a bicamada lipídica de umas das membranas celulares durante o processo de montagem. Para alguns vírus a aquisição do envelope ocorre concomitante com a montagem, para outros vírus, essa aquisição ocorre após a montagem.

1) Adsorção

2) Penetração

3)Desencapamento

4)Síntese

5) Montagem

6) Liberação das Novas Partículas

6) Saída

Os vírus envelopados adquirem sua membrana pelo brotamento através de uma membrana celular - membrana plasmática, ER, golgi, membrana nuclear.

Utilizando os mecanismos de compartimentalização da célula, os vírus dirigem a inserção das suas proteínas de superfície para a membrana celular adequada. O brotamento pode ser dirigido:

Proteínas do envelope. Ex: coronavirus

Precurssores do capsídeo na ausência da PTN do envelope. Ex: HIV

Interações entre a PTN do envelope e o capsídeo. Ex: alfavirus

6) Saída

http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%2013/animalrep.html

6) Saída

Brotamento do vírus Herpes humano

http://science.kingston.ac.uk/bpsrg/main.php?p=haematology

Estratégias de replicação dos vírus

Genomas virais

Vírus de DNA

I) Migração do genoma para o núcleo celular.

II) Fase pré-replicativa – expressão dos genes iniciais (proteínas não-estruturais.

II) Fase de replicação – expressão dos genes tardios (proteínas estruturais) e síntese de novas cópias de DNA genômico.

Vírus ssRNA (+)

I) Tradução da poliproteína viral precurssora completa.

II) Processamento da poliproteína.

III) Transcrição da fita de RNA complementar (-) pela RNA polimerase dependente de RNA viral (RpRd) a partir do molde genômico.

IV) Transcrição da fita de RNA genômico (+) pela (RpRd).

Vírus ssRNA (+)

Ex: Flavivirus

http://expasy.org/viralzone/all_by_species

I) Tradução da poliproteína viral precurssora contendo somente PTNs não-estruturais (NS).

II) Processamento do precurssor NS.

III) Transcrição da fita de RNA complementar (-) pela RNA polimerase dependente de RNA viral (RpRd) a partir do molde genômico.

IV) Transcrição da fita negativa RNA (RpRd) originando os mRNAs subgenômicos para as PTNs estruturais.

V) Transcrição da fita de RNA genômico (+) pela (RpRd).

Vírus ssRNA (+)

Ex: Alphavirus

http://expasy.org/viralzone/all_by_species

Vírus ssRNA (-)

Vírus ssRNA (-)

I) Transcrição de mRNAs distintos que servem de molde para síntese das PTNs virais. Os virions carregam o complexo de relicase viral – RpRd (L) + fosfoproteína (P) + proteína do nucleocapsídeo (N).

*transcritos com taxas diferenciais – os + próximos da extremidade 3’ são transcritos em maior quantidade.

II) Quando N atinge níveis altos, se liga ao RNA (-) e à L. Ligação de N e L é controlada pela fosforilação de L por P. Assim, são produzidas as fitas de RNA polaridade (+) que vão gerar novas fitas de RNA genômico (-).

Vírus ssRNA (-) não-segmentados

http://expasy.org/viralzone/all_by_species

Ex: Rhabdiviridae

Vírus ssRNA (-)Vírus ssRNA (-) segmentados

I) Possuem RNA segmentado, ou seja, segmentos de RNA genômico que vão servir de molde para a síntese de mRNAs distintos e cada um servirá de molde para síntese de uma PTN viral. A transcrição é feita por um complexo protéico com atividade de replicase.

II) Tradução. Acúmulo das PTNs virais na célula.

III) São produzidas as fitas de RNA polaridade (+) que vão gerar novas fitas de RNA genômico (-).

Ex: OrthomyxovirusInfluenza

http://expasy.org/viralzone/all_by_species

Vírus dsRNA

Vírus dsRNAI) A replicase viral está presente nos virions. Ela iniciará a

transcrição de mRNAs a partir da fita (-).

II) Ocorre a tradução desses mRNAs.

III) Os mRNAs são replicados pela polimerase viral. São sintetizados RNAs de fita (-) que permanecem ligados à fita molde (+).

Ex: Reovírus e birnavírus

*O genoma dsRNA não está nunca completamente desencapsulado, para prevenir ativação da resposta antiviral em resposta ao reconhecimento do dsRNA (o dsRNA não é exposto ao ambiente citoplasmático).

ssRNA(+) (RT)

I) Transcriptase reversa associada ao vírion. Após a chegada do capsídeo ao citoplasma, ocorre a transcrição reversa do RNA em DNA fita dupla.

II) Integração da fita dupla de DNA viral ao genoma da célula pela enzima integrase.

III) Tradução. IV) Replicação.

Retrovírus - ssRNA(+)

dsDNA (RT)

Hepadnavírus - dsDNA

Codificam sua própria replicase - DNA polimerase que utiliza RNA como molde (possui atividade de transcriptase reversa).

O genoma deste vírus é uma fita de dupla de DNA incompleta (o final da fita codificante não é concluído durante replicação). Quando infecta a célula, a fita dupla de DNA associada ao capsídeo é direcionada ao núcleo e sua síntese é completada. As extremidades da dupla fita são ligadas formando um círculo. A transcrição de seus genes ocorre no núcleo.

O RNA vai gerar o DNA incompleto por transcrição reversa, no citoplasma das células infectadas.

positive sense single stranded RNA - alphavirus

Os vírus entram por endocitose. O ambiente ácido do endossoma gera mudanças conformacionais na PTN de envelope levando a fusão de membranas. O capsídeo é então liberado no citoplasma. Precurssores das PTNs NS são traduzidos e a clivagem desse precurssor gera as PTNs nsP1–nsP4. nsP1 está envolvida na síntese da fita negativa de RNA e nsP2 tem atividade de RNA helicase, RNA fosfatase e proteinase e está envolvida com o desligamento da transcrição celular, nsP3 é parte do complexo de replicase viral e nsP4 é a RNA polimerase. Essas PTNs formam o complexo de replicação viral que sintetiza o RNA intermediário polaridade negativa. Ele serve de molde para síntese tanto do RNA genômico e subgenômico. O RNA subgenômico dirige a expressão da poliproteína precurssora C–pE2–6K–E1, que é processada. O capsideo (C) é liberado, e as glicoproteínas pE2 e E1 são geradas por posterior processamento. pE2 e E1 se associam com o Golgi são exportadas para a membrana plasmática onde pE2 é clivada em E2 e E3. A montagem viral é promovida pela ligação do nucleocapsideo ao RNA viral e o recrutmento das glicoporteínas do envelope associadas à membrana. A partícula viral montada, brota da membrana plasmática. Ex: Chikungunya virus, Semliki forest virus (SFV)

Nat Rev Microbiol. 2010 Jul;8(7):491-500.Biology and pathogenesis of chikungunya virus.Schwartz O, Albert ML.