La replicazione dei virus
(dal virus parentale ai virus della progenie)
Fasi del ciclo replicativo
Essendo PARASSITI ENDOCELLULARI OBBLIGATI i
virus devono:
− trovare
− entrare in contatto (aderire)
− penetrare
la cellula ospite nella quale si possa svolgere il loro
ciclo replicativo
Fasi del ciclo replicativo
• Attacco del virus alla cellula
• Penetrazione del virus nella cellula
(queste fasi sono le più restrittive, ma non le uniche ad
essere condizionanti l’ esito dell’ infezione)
• Replicazione del genoma virale
• Assemblaggio delle neo-particelle
• Maturazione e rilascio dei virus neoformati
Fasi del ciclo replicativo
• Attacco del virus alla cellula
• Penetrazione del virus nella cellula
(queste fasi sono le più restrittive, ma non le uniche ad
essere condizionanti l’ esito dell’ infezione)
• Replicazione del genoma virale
• Assemblaggio delle neo-particelle
• Maturazione e rilascio dei virus neoformati
Attacco
recettore (cellulare) – antirecettore (virale)
•
•
L’attacco del virus consiste nel riconoscimento
specifico tra antirecettore virale e il recettore
cellulare.
Le molecole recettoriali possono essere:
Proteine (spesso glicoproteine)
recettori specifici
Residui di carboidrati
recettori meno specifici
(glicoproteine o glicolipidi)
(la stessa configurazione di catene
laterali si può ritrovare su differenti
molecole glicosilate delle membrane)
•
Alcuni virus complessi usano più di un recettore e,
quindi, hanno vie alternative di ingresso
• Fattore comune a tutti i recettori virali:
sono molecole di superficie le cui
funzioni fisiologiche vengono sovvertite
dai virus.
Classi di recettori:
• immunoglobuline o immunoglobuline-like
• associati alle membrane
• trasportatori e canali transmembrana
Poliovirus/Rhinovirus (Picornaviridae)
Il legame avviene sul fondo di cosiddetti canyon
(depressioni alla superficie del virus )
Zone a sequenza costante
perchè non risentono della
pressione selettiva del
sistema immunitario, vista la
loro difficile accessibilità
Enterovirus
Poliovirus type 1
X-Ray
Rhinovirus
Rhinovirus 14
X-Ray
Rhinovirus
Rhinovirus 14
X-Ray
Aphthovirus
FMDV
X-Ray
Enterovirus
Poliovirus type 1
X-Ray
Rhinovirus
Rhinovirus 16
X-Ray interior
Rhinovirus
Rhinovirus 14
CryoEM
Cardiovirus
Mengovirus
X-Ray
Corecettori
• Alcuni virus usano un processo a due step per
aderire e penetrare
• Step 1: adesione a bassa affinità del virus ad un
primo recettore. Questo porta il virus in contatto
con il secondo recettore (corecettore)
• Step 2: Il recettore secondario (corecettore)
promuove un legame più forte tra virus e cellula
e la fusione delle due membrane
uno dei modi di penetrazione
dei virus all’ interno delle
cellule alle quali hanno aderito
Fasi del ciclo replicativo
• Attacco del virus alla cellula
• Penetrazione del virus nella cellula
(queste fasi sono le più restrittive, ma non le uniche ad
essere condizionanti l’ esito dell’ infezione)
• Replicazione del genoma virale
• Assemblaggio delle neo-particelle
• Maturazione e rilascio dei virus neoformati
Modalità di penetrazione
• Endocitosi:
esterna, interna
• Fusione:
esterna, interna
Modalità di penetrazione
Fusione
• Necessaria per molti virus rivestiti
• Può avvenire sulla superficie della
membrana (fusione in esterno) o in
in vescicole endocitiche (fusione in
interno)
• Richiede proteine virali specifiche
che promuovone l’unione delle
membrane cellulari con la superficie
virale
Proteine virali specifiche di fusione
• Le proteine di fusione di I tipo sono le più
comuni e conosciute e sono presenti su molti
virus (Es: Influenza, VSV, Retrovirus)
Fusione
Endocitosi
• E’ il meccanismo più comune di penetrazione virale
• Non richiede nessuna proteina virale specifica (a parte
quelle utilizzate per l’attacco)
• Si basa sui normali meccanismi di formazione e
internalizzazione di vescicole rivestite a livello della
membrana cellulare
Es: Adenovirus
From Principles of Virology, Flint et al, ASM Press
Alcuni virus senza rivestimento (pericapside):
• non fondono
• non vengono endocitati
ma inducono la formazione di pori (es: Picornavirus )
From Principles of
Virology, Flint et al,
ASM Press
I Parvovirus contengono una fosfolipasi A2 nel capside
Strategie replicative dei genomi
G. Dehò, E. Galli Biologia dei Microrganismi Copyright 2012 C.E.A. Casa Editrice Ambrosiana
Strategie replicative dei genomi
G. Dehò, E. Galli Biologia dei Microrganismi Copyright 2012 C.E.A. Casa Editrice Ambrosiana
Genomi a doppio filamento di DNA (dsDNA), i più diffusi.
Pox, Herpes, Adeno, Papova, Iridoviridae.
mRNA
proteine
dsDNA
assemblaggio
dsDNA
2 fasi: early e late [RNApol II cellulare]
Strategie replicative dei genomi
Genomi a singolo filamento di DNA (ssDNA), tipici dei
piccoli genomi.
Parvoviridae.
mRNA
ssDNA
proteine
dsDNA
assemblaggio
ssDNA
RNApol cellulare
DNApol cellulare
Strategie replicative virus ad RNA
Strategie replicative dei genomi
Genomi a singolo filamento di RNA (ssRNA)
Possono essere divisi in 2 gruppi:
• quelli che funzionano come l’ mRNA (senso positivo)
Picorna, Calici, Corona, Flavi, Togaviridae.
• quelli che sono complementari all’ mRNA (senso negativo)
Orthomyxo, Paramyxo, Rhabdo, Filoviridae.
Strategie replicative dei genomi
Strategie replicative dei genomi
Strategie replicative dei genomi
Genomi a doppio filamento di RNA (dsRNA).
Più piccoli dei genomi a DNA.
Tutti i virus a dsRNA hanno un genoma costituito da 2
a 12 molecole diverse di RNA (“genoma segmentato”).
Reoviridae.
dsRNA
mRNA
proteine
assemblaggio
RNApol virale associata al capside
(dsRNA)
Strategie replicative dei genomi
Strategie replicative dei genomi
Virus con genomi a singolo filamento di RNA
(ssRNA) che usano un passaggio intermedio a doppio
filamento di DNA (dsDNA, un provirus)
Retroviridae
proteina
ssRNA
dsRNA
ds DNA (integrazione)
mRNA
assemblaggio
Transcriptasi inversa virale
RNApol cellulare
Strategie replicative dei genomi
Virus con genomi a DNA (ss/dsDNA)
che usano un passaggio intermedio a singolo
filamento di RNA (ssRNA)
Hepadnaviridae
ss/dsDNA
mRNA
proteina
dsDNA
ssRNA
DNApol virale nel virione
RNApol cellulare
Transcriptasi inversa virale
assemblaggio
ss/dsDNA
Strategie replicative dei genomi
Assemblaggio
• L’ assemblaggio implica la raccolta di tutti i
componenti necessari per la formazione del virione
maturo in un punto particolare della cellula
(viroplasma) dove si forma la struttura di base
della particella virale
• Il sito di assemblaggio dipende dal sito di
replicazione e dal meccanismo usato dal virus per
uscire dalla cellula
− Nella maggior parte dei virus ad RNA l’assemblaggio
avviene nel citoplasma
− Nella maggior parte dei virus a DNA l’assemblaggio
avviene nel nucleo
Assemblaggio
Maturazione (rivestimento) e rilascio
Assemblaggio poi maturazione e rilascio?
Spesso non è possibile distinguere le fasi di
assemblaggio, maturazione e rilascio.
Maturazione
• Stadio del ciclo replicativo al quale il virus diviene
infettivo
• Contempla cambiamenti strutturali nella particella
virale (tagli specifici di proteine capsidiche o loro
cambiamenti conformazionali)
• Più spesso coinvolte proteasi virali (in alcuni casi
sono impiegati enzimi cellulari o mix virali-cellulari)
• Può avvenire all’ interno della cellula, durante l’
assemblaggio e la furiuscita, o anche all’ esterno
dopo che i virus della progenie sono fuoriusciti
Liberazione della progenie virale
• Per i virus litici (la maggior parte dei virus
senza pericapside) il rilasio all’ esterno della
particella neoformata è un processo
semplice: la cellula si rompe e rilascia il
contenuto all’ esterno: LISI
• Per i virus non litici coesistono due
meccanismi: ESOCITOSI E GEMMAZIONE
Liberazione della progenie virale
a) Virus con pericapside
plasmatica
esocitosi
A
golgi
B
C
D
gemmazione dalla
membrana
Effetto dell’infezione virale sulla cellula
Sopravvivenza fuori dall’ ospite
• Alcuni virus sono resistenti
(calore essiccamento, UV…)
• Altri sono fragili
• Di solito sopravvivono di più del loro ospite
