Lezione_1

La dimensione dei virus
From Principles of Virology Flint et al
1
- Mancanza di ribosomi e membrane associate
(ecc. Arenavirus)
- Mancanza del sistema generatore di ATP
-Mancanza di attività metabolica
(aminoacidi, nucleotidi e lipidi)
- Un solo tipo di acido nucleico
2
Acido nucleico: DNA o RNA, ds o ss : nucleo centrale o CORE
Rivestimento proteico (formato da unita’ proteiche): CAPSIDE
Involucro esterno: membrana lipoproteica : PERICAPSIDE
3
DNA
RNA
struttura biochimica:
quantità nel virione:
1% (virus influenzali)
50% (alcuni batteriofagi)
quantità di informazione:
3 kb per catena ~ 3-4 geni
300 kb per catena > 100 geni
(1,2 Mb - Mimivirus)
unica molecola =aploide
(eccezione: retrovirus
forma:
lineare
4
(eccezione: Papovavirus ( circolare)
3 kb - 600 kb
ds DNA
lineare (eccezioni: Papillomavirus,
Poliomavirus e Hepadnavirus )
ss DNA (parvovirus)
cross-linking
poxvirus
legame covalente
con proteine
adenovirus
5
Ridondanza terminale:presenza di “terminal repeats” (TR) (genoma di
Adenovirus)
Sequenze identiche
……...e di “inverted terminal repeats” (ITR) (genoma di Poxvirus, Parvoviru
ed Herpesvirus).
5’
3’
a b c
c’ b’ a’
a’ b’ c’
c b a
3’
5’
La lunghezza dei ITR varia da 20 a 150 residui nucleotidici.
Nei Poxvirus è di oltre 10.000 basi (> 5% del genoma)
6
5’
3’
a b c
c’ b’ a’
a’ b’ c’
c b a
3’
5’
melt and annealing
a
b
c
5’
+
3’
a’
b’
c’
3’
a’
b’
c’
5’
a
b
c
-
7
Le sequenze terminali sono necessarie per la replicazione del GENOMA VIRALE
Genomi compatti:
presenza di ORF differenti
trascrizione da segmenti di DNA con polarità differente
Es schema genoma papova
SV40
50% in una direzione
50% nell’altra
8
Minicromosoma di SV40
con 24 nucleosomi
nucleosoma
DNA ds circolare (5.2 Kbp)
legato a istoni cellulari (H2A, H2B, H3 e H4)
9
6 - 16 kb
Molecole di RNA ss lineari
Molecole lineari di RNA ds (Reovirus)
Molecole di RNA ds circolare (alcuni virus vegetali)
unico filamento
segmentato (ss - Influenza virus (8 segmenti)
ds - Rotavirus (11 segmenti)
doppio filamento ss (retrovirus)
Polarità positiva
Polarità negativa
10
RNA +
analoghi agli mRNA cellulari
struttura cap al 5’
(picornavirus - proteina VpG
(22aa) legata covalentemente
sequenze poli A al 3’ (eccezione: virus delle piante - sequenza
simile a tRNA
RNA -
terminano all’estremità 5’ con un nucleoside
trifosfato
ambisenso
(Bunyavirus ed Arenavirus)
11
La struttura secondaria svolge un ruolo
importante nella regolazione della loro funzione
di messaggeri
IRES di POLIOVIRUS
12
Tutti i genomi presentano regioni specifiche di
incapsidamento
Per vedere questa immagine
occorre QuickTime™ e un
decompressore GIF.
13
i capsidi virali sono formati da subunità proteiche che
si auto-assemblano
le forze che mediano l’assemblaggio delle unità
proteiche sono interazioni elettrostatiche (legami
idrogeno e ionici) ed idrofobiche (legami idrofobici e
forze di Van der Waals)
sono specifiche e ben definite
14
Protezione dell’acido nucleico sia da elementi fisici che
dall’idrolisi enzimatica delle nucleasi cellulari
Determinazione della forma del virione
Per I virus nudi : Funzione di attacco a proteine recettoriali
presenti sulla membrana della cellula ospite
15
• ELICOIDALE
(virus a RNA)
• ICOSAEDRICA
•
(virus a DNA
ed alcuni virus a RNA)
• COMPLESSA
(Poxvirus, batteriofagi)
16
Struttura del capside elicoidale
 Protomero (unità strutturale)
 I protomeri hanno legami coda-a-coda
(legami identici): nastro
 avvolgimento intorno all’asse dell’elica
= asse rotazionale
 contatti additionali tra avvolgimenti
adiacenti
 la lunghezza del genoma determina la
lunghezza del capside
17
from Fields et al., (1996) Fundamental Virology, 3rd edition
Esempi di capsidi elicoidali
TUTTI hanno la stessa simmetria
 Genoma: (Nucleo)capside
Nudi: Rigidi (TMV)
Involucro: Flessibili
(Rhabdovirus, Parainfluenza
ed Influenza)
differente forma dei virioni:
ruolo di altre proteine strutturali
VSV: forma a proiettile (proteina M)
18
From Flint et al.. Principles in Virology (2000), ASM Press
SIMMETRIA ICOSAEDRICA
ICOSAEDRO:
20 FACCE
12 VERTICI
Ogni faccia è costituita da unità proteiche ripetute
UNITA’ DI BASE
=
PROTOMERO
19
Simmetria 5:3:2
Facendo ruotare l’icosaedro, a seconda dell’angolo di osservazione,
l’icosaedro presenta 2 (spigoli), 3 (centro della faccia) o 5 (vertici)
Assi di Simmetria
20
Un icosaedro puo essere
costruito partendo da un
piano diviso in 12 esagoni
uniformi
Ogni esagono può essere decomposto in 6
triangoli equilateri
figura piana
figura 3D
Se ripetiamo per 12
volte
avremo
un
icosaedro
regolare
composto
da
2160
elementi (12 x 5)
Per vedere questa immagine
occorre QuickTime™ e un
decompressore GIF.
Il capside è formato da unità proteiche ripetute
(identiche o differenti)
i contatti forti che si formano tra le unità proteiche agli
assi di simmetria 5 e 3 formano dei raggruppamenti che
definiscono le unità morfologiche (visibili al ME) dette
capsomeri
22
CAPSOMERI
1 polipeptide
ESONI (ESOMERI)
più polipeptidi
= i CAPSOMERI delle 20 facce
PENTONI (PENTOMERI) = i CAPSOMERI ai 12 vertici
23
Assemblaggio di un capside
icosaedrico
PROBLEMI
Le sub-unità proteiche NON sono simmetriche, quindi:
1. come formare Ie corrette interazioni?
2. come controllare il corretto assemblaggio?
SOLUZIONI
1. I contatti tra le sub-unità sono: quasi-equivalenti
• una subunità, a seconda dell’ambiente strutturale, lega le sub-
unità vicine in modo simile ma non identico
2. ogni sub-unità:
• ha estremità flessibili in grado di interagire differentemente
• specifici “domains” stabilizzano le strutture
(e.g. VP4 di poliovirus)
24
Impacchettamento di 60 unità (VP1-VP2-VP3)
nei virioni del Poliovirus
struttura ad alta risoluzione del poliovirus (1985)
Strutture 3D simile a forma di “cuneo”
25
L’assemblagggio
“Scaffold”
di
capsidi
“grandi”
richiede
proteine
Herpesvirus:
Pre-VP22a, VP21: proteine
“scaffold”
VP24: proteasi
26
From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press
Adenovirus
Per vedere questa immagine
occorre QuickTime™ e un
decompressore GIF.
virus nudo
Herpes Simplex virus
Per vedere questa immagine
occorre QuickTime™ e un
decompressore GIF.
Virus con involucro
La struttura completa della particella virale è detta virione,
termine che indica completezza di infettività.
27
La maggior parte dei virus provvisti di involucro sono sferici o
appaiono non omogenei per forma e grandezza = virus
pleiomorfi
Influenza virus
Per vedere questa immagine
occorre QuickTime™ e un
decompressore GIF.
Per vedere questa immagine
occorre QuickTime™ e un
decompressore GIF.
Virus della Stomatite vescicolare
(Rhabdovirus)
28
costituito da:
bilayer lipidico derivato dalla membrana della cellulq ospite
Glicoproteine virali
Le glicoproteine sono generalmente associate tra loro in
strutture oligomeriche visibili al ME dette spicole o
spikes
Virus dell’influenza
29
L’involucro è acquisito durante il processo di gemmazione
sulla membrana della cellula ospite
ciclo di replicazione del VSV
secrezione della
glicoproteina G
Le proteine cellulari vengono allontanate
From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press
assemblaggio del
virus sulla 30
membrana
I peplomeri dei Togavirus prendono contatto
diretto con le proteine NC
superfice esterna
proteina NC interna
I Togavirus sono i più semplici virus con involucro
Non hanno proteina di Matrice!
Legame diretto delle code citoplasmatiche delle proteine
di membrana E1e E2 con le subunità di NC
31
Gli Herpesvirus hanno uno strato di proteine :
“tegumento”
32
From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press
Per vedere questa immagine
occorre QuickTime™ e un
decompressore Photo - JPEG.
involucro esterno
involucro della regione centrale
corpi laterali
Per vedere questa immagine
occorre QuickTime™ e un
decompressore Photo - JPEG.
33
Termini e Definizioni
Termini
subunità proteica
Sinonimi
-
Definizioni
singola catena polipeptidica
unità strutturale
protomero
unità che costituisce parte del
capside o del nucleocapside; può
essere una subunità proteica o
differenti subunità proteiche
unità strutturale
capsomero
struttura superficiale vista al ME;
non necessariamente corrisponde
all’unità strutturale. Il termine è
riiferito alla descrizione dei virus al ME
capside
rivestimento formato da proteine che
racchiude il genoma dei virus
nucleocapside
core
involucro
membrana
complesso proteina-acido nucleico;
termine usato quando questo complesso
è una struttura discreta nella particella
doppio strato lipidico contenente
glicoproteine virali
34
virione
-
particella completa infettiva
VIRUS DIFETTIVI
Virus incapaci di replicazione autonoma (mutanti di delezione)
Si replicano in presenza del virus selvaggio (virus helper)
QuickTime™ e un decompressore TIFF (Non compres
VIRUS SATELLITI
Virus difettivi che non hanno un virus selvaggio correlato
Sono presenti solo in cellule infettate da altri virus (virus helper)
- Virus adeno-associati: DNAss codifica per poche proteine (parvovirus B)
- Virus dell’epatite d - RNA, si replica solo in presenza del virus dell’epatite
B
35
NOMENCLATURA DEI VIRUS
Virus del morbillo
Virus della parotite
- tipo di malattia
- morfologia
rotavirus
- luogo del primo isolamento
- nome dello scienziato
- acronimi
Coxsackie
Marburg
Epstein-Barr
Papovavirus
Papilloma
Polyoma
Vacuolating agents
36
CRITERI PRINCIPALI per la CLASSIFICAZIONE
dei VIRUS
Caratteristiche Morfologiche
Simmetria del nucleocapside e numero di capsomeri
 Presenza o assenza dell’involucro lipidico
Caratteristiche
Genomiche
 Tipo di acido nucleico (DNA/RNA)
 Numero e struttura dei filamenti di acido nucleico (singolo
doppio, lineare, circolare, circolare discontinuo, segmentato)
 Polarità del genoma virale
 Mappa di restrizione
Caratteristiche
Biologiche
 Tropismo d’ospite, di specie, di organo e tessuto
 Proprieta’ antigeniche
37
Classificazione dei Virus
Il sistema classico
• E’ basato su due principi– 1) proprietà fisiche dell’agente infettivo
(dimensione, simmetria del capside, presenza
di involucro lipidico)
– 2) il tipo di acido nucleico
38
Classificazione dei virus
il sistema genomico
• oggi è possibile classificare i virus sulla
base delle sequenze genomiche
• dall’anno 2000 gli oltre 4000 virus
identificati (virus delle piante, animali e
batterici) sono divisi in 71 famiglie, 9
sottofamiglie e 164 generi.
39
Tassonomia dei virus
Ordine
virales
Mononegavirales
Famiglia
viridae
Orthomyxoviridae
Sottofamiglia
virinae
Herpesviridae
Alphaherpesvirinae
Genere
. influenzavirus A
Simplexvirus
Specie
influenza A virus
human herpes virus 1
Tipo
Ceppo
herpes simplex virus 1
influenza A/PR/8/34
40
CLASSIFICAZIONE dei VIRUS
(D. Baltimore – 1971)
CLASSE I
DNAds
POX - HERPES
ADENOVIRUS
CLASSE II
DNAss
PARVOVIRUS
CLASSE III
RNAds
REOVIRUS
CLASSE IV
RNAss +
PICORNAVIRUS
CLASSE V
RNAss –
ORTHOMYXOVIRUS
PARAMYXOVIRUS
RHABDOVIRUS
CLASSE VI
RNA oncogeni
CLASSE VII DNA a trascrizione inversa
RETROVIRUS
EPATITE B
41
virus a RNA
42
virus a DNA
43