Estrutura e replicação viral

Estrutura e replicação viral

Fabrício S. Campos

[email protected]

Equipe de Virologia do ICBS / UFRGS Agosto de 2015

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Infectam todas as formas de vida

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Nós comemos e

Nós carreamos genomas virais como

parte do nosso próprio genoma

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Cada uma de nossas células está

infectada por vírus

• Retrovírus endógenos: elementos virais

derivados de retrovírus

• Traços de infecções virais ocorridas a milhares de anos integrados no genoma humano

Retrovírus endógenos

Fonte: Lavialle et al., 2013

Infecção por retrovírus RNA viral Pró-vírus integrado Infecção de células germinativas Transmissão vertical para os filhos Transmissão horizontal 7

• HSV‐1, HSV‐2, VZV, EBV, HCMV, HHV‐6, HHV‐7, HHV‐8

• Permanecem no organismo por toda a vida

Curvularia Thermal Tolerance Virus Vírus da tolerância termal da Curvularia Não colonizada Colonizada Temperatura 55o_C Curvularia protuberata

Todos os vírus causam danos?

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Apesar dos riscos, a maioria

dos vírus são benéficos

 Pétalas “anormais”  Quebras de cor

 Não forma pigmento em partes da flor

Tulip breaking virus (TBV)

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Descoberto vírus gigante congelado

há mais de 30 mil anos na Sibéria

• Demonstrar a estrutura dos vírus e como ocorre a replicação viral

 O que é um vírus  Estrutura dos vírus

 Como ocorre a replicação viral

 Dificuldades para combater os vírus

Objetivo da aula

A árvore da vida

• Onde estão vírus?

• Por que eles “não fazem” parte da árvore da vida?

• Agente infeccioso não-celular com duas características principais:

O que é um vírus?

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 Possui um ácido nucleico (DNA ou RNA) envolto por uma capa proteica

 E não pode se reproduzir sem o auxílio da maquinaria celular

Fonte: http://www.google.com/imghp

Capa proteica Bacteriófago

• Agentes infecciosos não-celular

• Não podem se reproduzir sem o auxílio da

maquinaria celular

Os vírus são vivos?

 Então, os vírus NÃO são vivos

 Por isto “não fazem” parte da árvore da vida

Miosina Actina Poliovírus Ribossomos Átomo de carbono HIV-1 TMV E. coli Fago 100.000 X 1.000.000 X

Os vírus são muito pequenos

Estrutura de um vírus

• Capsídeo: do latim “capsa” significa caixa • Nucleocapsídeo: ác nucleio + capsídeo

• Matrix: proteína que preenche o espaço entre o capsídeo e o envelope

• Envelope: membrana viral

 Derivado da membrana do hospedeiro

Estrutura de um vírus

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Capsídeo

• Estrutura formada por proteínas idênticas para proteger o ácido nucleico viral

• Deve se dividir rapidamente durante a infecção viral

• Interage com a membrana celular para formação do envelope

Os capsídeos são metaestáveis

• Devem proteger o genoma (estável)

• E libera-lo rapidamente durante a infecção viral (instável)

Nucleocapsídeo

Adenovirus

Nucleocapspídeo

Nucleocapsídeo

Envelope

• Derivado da membrana plasmática (bi-camada lipídica)

 Genoma viral não codifica lipídios

• Envelope é formado durante o brotamento do nucleocapsideo através da membrana

Glicoproteínas

• Possuem um domínio externo e um interno

 Externo: ligação, sítios antigênicos, fusão  Interno: montagem, ancoragem

Outros componentes virais

• Enzimas: polimerases, integrases, proteínas associadas, proteases, topoisomerase

• Ativadores, mRNA de degradação

• Componentes celulares: histonas, tRNAs, lipídios, entre outros

“Entendendo” os vírus

• Vírus dependem de seus hospedeiros para sobreviver

Se são muito bem sucedidos e matam seus hospedeiros, eles podem ser eliminados

Se eles forem muito passivos e a defesa do hospedeiro impedir o seu crescimento, eles podem ser eliminados

Defesas do organismo

Genética de “bottlenecks”

Replicação

Objetivo da replicação

• Produzir progênie viral viável • Consequências

– “Nenhuma” (TTV)

– Doença (Hepatites virais) – Morte do hospedeiro (HIV)

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Etapas da

replicação

1. Adsorção

• Ligação específica das partículas víricas na superfície das células hospedeiras

Proteínas de superfície dos vírions (VAPs)

Vírus nú: proteínas do capsídeo Vírus envelopados: glicoproteínas Receptores celulares Proteínas (glicoproteínas) Carboidratos

1. Adsorção

1. Adsorção

Tabela 2 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais

vírus DNA

1. Adsorção

Tabela 3 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus RNA

Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração

1. Adsorção

• Co-receptores: auxiliam na interação

– HIV: o complexo gp120 – gp41 vai se ligar ao receptor CD4

– E os receptores de citocinas vão atuar como co-receptores celulares

Co-receptores

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2. Penetração

Principais mecanismos de penetração dos vírus nas células hospedeiras:

A) Fusão com a memb. plasmática B) Fusão após endocitose mediada

por clatrina

C) Fusão após endocitose mediada por caveolina

D-E) Penetração após endocitose mediada por lipídios

3. Desnudamento

• Série de eventos que ocorre após a penetração

• Exposição do genoma para transcrição / tradução

• Estar acessível as enzimas

• Vírus DNA: penetração do genoma nos poros nucleares

Estrutura dos genomas

• Os genomas virais de DNA ou RNA são estruturalmente diversos

– linear – circular

– segmentado

– Fita única de polaridade (+) – Fita única de polaridade (-) – Fita dupla

– Fita dupla parcial

GENOMAS VIRAIS

Classificação de Baltimore (1975)

Vírus de DNA fd (±)

Pode ser usado diretamente

Síntese da outra fita

Transcrição fita (-) mRNA

(sentido +)

Vírus RNA fs (+) _{Vírus RNA fs (-)}

Transcrição Vírus de DNA fs Intermediário de DNA fd Retrovírus RNA fs (+) Transcrição reversa Vírus de RNA fd (±) Transcrição fita (-)

Vírus DNA

• Replicação no núcleo

– Exceção: poxvírus (replicam no citoplasma)

• DNA fita dupla: dsDNA (Classe I) maioria

• DNA fita simples: ssDNA (Classe II)

• DNA parcialmente dupla: pdsDNA (Classe VII)

Transcrito

Traduzido

Transcrito

Replicado

• Genoma é copiado pela DNA polimerase hospedeiro (polioma, papiloma)

• Alguns carregam DNA polimerase viral (Adeno, herpes)

Transcrito

Traduzido

Transcrito

Replicado

Replicação viral é sequencial

• Genes cedo: codificam proteínas não estruturais

relacionadas com a interação com o hospedeiro

• Genes intermediários: codificam proteínas não estruturais relacionadas com a replicação

• Genes tardios: codificam proteínas estruturais envolvidas na montagem

Vírus RNA

• Replicação no citoplasma

– * Ortomixovírus: no núcleo

• As células não possuem a RNA polimerase dependente de RNA viral

• Enzima é codificada pelo genoma viral

• Vai sintetizar o genoma de RNA e o mRNA viral

• Vírus RNA (+): genoma “infeccioso”

RNA fita simples Maioria

Replicado Traduzido

Replicado

Coronavírus: SARS

Febre amarela, dengue, BDVD, Hepatite C Febre aftosa, Rinovírus, Enterovírus

Encefalite equina, rubéola

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Replicado Traduzido

Replicado

• Genoma com ORF única e longa

• Origem uma poliproteína que é clivada pelas proteases celulares e virais e dá origem as enzimas virais

• Dentre elas RNA polimerase viral: replicação do genoma num intermediário de RNA (-) que é replicado em RNA (+)

Replicado Replicado Replicado Traduzido Vírus da raiva Parainfluenza, Sarampo, hRSV, Pneumo e Metapneumovirus Influenzavírus 53

Vírus RNA

• Trazem a replicase viral (RNA polimerase) • RNA (-) => RNA (+) = mRNA

• mRNA sem CAP e cauda de poli A (ir no núcleo) • Proteínas estruturais e não estruturais

Replicado

Replicado

Replicado Traduzido

• Única família: Retroviridae

• HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano) • Replicação no citoplasma e núcleo

• Carregam: RT, integrase, protease provírus Replicado _Replicado Transcrito Traduzido Transcriptase reversa

Vírus RNA

6. Morfogênese/maturação

• Morfogênese

– Processo de montagem das partículas víricas

– Ocorre no final do ciclo replicativo

• Maturação

– Aquisição da capacidade infectiva

7. Egresso

• Maturação intracelular e egresso dos vírus sem envelope

- Vírus nú já sai pronto do citoplasma (RNA) ou núcleo (DNA) - Liberados quando ocorre a destruição das células infectadas

• Processo de aquisição do envelope

- Envelope é adquirido da membrana plasmática - Liberação por exocitose com ou sem lise celular

Vídeo exemplificando a replicação do HIV

Mensagens principais

• Entender os mecanismos da replicação viral é a fonte para o diagnóstico e tratamento antiviral

• Por que é tão difícil combater os vírus?

– Vírus utilizam a maquinaria celular para a replicação (parasita intracelular)

– Se replicam muito rapidamente e aos milhares ou milhões por células

Por que é tão difícil combater os

vírus?

• Infectam novas células / hospedeiros

• Fazem latência (Herpesvírus) ou promovem infecções persistentes (HIV)

• Possuem mais de um hospedeiro (Influenza)

• Possuem reservatórios (vírus da Dengue) • Sofrem mutações (variações antigênicas)

Latência

• Perpetuação dos herpesvírus na população humana

Provirus

• Perpetuação do HIV na população humana

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• Possuem vários tipos e subtipos

• Falta de conhecimento de detalhes do método de replicação (HPV)

• Sem contato prévio (Ebola) • Resistência viral

• Não existe um padrão de replicação

Por que é tão difícil combater os

vírus?

• Existem cerca de 1016 _{genomas de HIV no}

planeta atualmente

• Com este número de genomas, é altamente provável que os genomas de HIV existentes são resistentes a qualquer uma das drogas antivirais atuais e futuras!

Sugestões de leitura

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• Livros:

– Kyluik, D.L., Sutton, T.C., Le, Y., Scott, M.D. Polymer-Mediated Broad Spectrum Antiviral Prophylaxis: Utility in High Risk Environments, Progress in Molecular and Environmental Bioengineering - From Analysis and Modeling to Technology Applications, Angelo Carpi (Ed.), ISBN: 978-953-307-268-5, InTech. 2011.

– Principles of Virology. Flint, S.J.; Enquist, L.W.; Racaniello, V.R. 3rd ed. ASM Press, 2009.

• Artigos:

– He, H. 2013. Vaccines and Antiviral Agents. Current Issues in Molecular Virology - Viral Genetics and Biotechnological Applications (http://dx.doi.org/10.5772/56866)

• Blog / site:

– Virology blog (http://www.virology.ws/).

http://www.ufrgs.br/labvir/

Grato pela atenção!!!