Estrutura e replicação viral
Fabrício S. Campos
camposvet@gmail.com
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 55oC 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
• Ácido nucleico: DNA ou RNA• 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
• Simetria icosaédricaAdenovirus
Nucleocapspídeo
• Simetria helicoidalNucleocapsídeo
• Simetria complexaEnvelope
• Derivado da membrana plasmática (bi-camada lipídica)
Genoma viral não codifica lipídios
• Envelope é formado durante o brotamento do nucleocapsideo através da membrana
Glicoproteínas
• Integram a membrana• 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
• Replicação em biologia – Síntese de moléculas de ácidos nucléicos • Em virologia – Todo o processo de multiplicação viral X 33Objetivo 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 2. Penetração 3. Desnudamento 4. Expressão gênica (transcrição e tradução) 5. Replicação do genoma 6. Morfogênese / maturação 7. Egresso/Liberação 351. 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
556. 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/