Viroidi

Definizione Operativa [1]
Si definisce “organismo vivente” un sistema che:
a) istruisce la sua stessa replicazione
riproduzione
b) é soggetto a mutazioni
irritabilità
c) compete con altri sistemi per la sopravvivenza
e aggiungiamo
d) é basato sugli acidi nucleici.
[1] M.Ageno, - L'origine della vita sulla Terra - Zanichelli (1971).
Viroidi
-autoreplicazione utilizzando enzimi dell'ospite, mutazione
-specificità per l'ospite
-dannoso, ma non distruttivo per l'ospite
-individualità basata solo sull'auto-replicazione
- assenza di compartimentazione
Ritenuti i precursori dei virus ad RNA, sono stati trovati in alcune cellule di piante. I viroidi sono
costituiti da un tratto di RNA circolare, formato da soli 300-400 nucleotidi, che é interamente
replicato dagli enzimi della cellula ospite, non essendo essi in grado di codificare per nessuna
proteina. Essendo privi di capside (RNA nudo), il mezzo con il quale i virus accedono alle cellule
intatte, il loro trasferimento da pianta a pianta avviene solo nel caso in cui entrambe le cellule, di
donatore e ricevente, siano danneggiate.
Tsagris et al. Cellular Microbiology (2008) 10(11), 2168–2179
Viroids are small, circular RNA pathogens, which infect several crop plants
and can cause diseases of economic importance.
They do not code for proteins but they contain a number of RNA structural
elements, which interact with factors of the host.
The resulting set of sophisticated and specific interactions enables them to
use the host machinery for their replication and transport, circumvent its
defence reactions and alter its gene expression.
Although found in plants, viroids have a distant relative in the animal world:
hepatitis delta virus (HDV), a satellite virus of hepatitis B virus, which has a
similar rod-like structure and replicates in the nucleus of infected cells.
Viroids have also a cellular relative: the retroviroids, found in some plants
as independent (non-infectious) RNA replicons with a DNA copy.
In this review, we summarize recent progress in understanding viroid
biology. We discuss the possible role of recently identified viroid-binding
host proteins as well as the recent data on the interaction of viroids with
one part of the host’s defence machinery, the RNA-mediated gene silencing
and how this might be connected to viroid
replication and pathogenicity.
Viroidi
Elementi infettivi causa di un certo numero di malattie nelle piante.
Molecole circolari di RNA (PM 107  127 KDa(1))
1978: sequenza nucleotidica del viroide del tubero fusiforme della
patata (PSTV) (GROSS et al.(2))
359 ribonucleotidi
1
61
121
181
241
301
CGGAACUAAA
GAAGGCGGCU
AAAGGACGGU
CACCCUUCCU
GCGCUGUCGC
CUCUAUCUUA
CUCGUGGUUC
CGGAGGAGCG
GGGGAGUGCC
UUCUUCGGGU
UUCGGCUACU
CUUGCUUCGG
CUGUGGUUCA
CUUCAGGGAU
CAGCGGCCGA
GUCCUUCCUC
ACCCGGUGGA
GGCGAGGGUG
CACCUGACCU
CCCCGGGGAA
CAGGAGUAAU
GCGCCCGCAG
AACAACUGAA
UUUAGCCCUU
CCUGAGCAGA
ACCUGGAGCG
UCCCGCCGAA
GACCACCCCU
GCUCCCGAGA
GGAACCGCAG
AAAGAAAAAA
AACUGGCAAA
ACAGGGUUUU
CGCCCCCUUU
ACCGCUUUUU
UUGGUUCCU
numerosi accoppiamenti intramolecolari tra basi che ne
stabilizzano la struttura
1 dalton = 1/12 del peso di un atomo di 12C.
(2) GROSS, H. J., H. DOMDEY, C. LOSSOW, P. JANK, M. RABA, H. ALBERTY, and H. L.
SÄNGER: Nucleotide sequence and secondary structure of potato spindle tuber viroid. Nature
(Lond.) 273, 203-208 (1978)
(1)
Non codifica per nessuna proteina e non ha capside
ma si replica e si muove all’interno della pianta infettata
deve interagire direttamente con i fattori cellulari dell’ospite
ottimo modello per studiare i meccanismi che regolano il traffico di RNA
Il viroide probabilmente ha selezionato, nel corso dell’evoluzione, motivi strutturali
mimetici con quelli che nelle piante sono riconosciuti dai fattori cellulari addetti al
trafficking.
L’analisi dei movimenti dei viroidi può quindi servire a studiare il trafficking di
RNA nella cellula
Studiando il traffico di PSTV in Nicotiana benthamiana, Zhu et al.(1) hanno
messo in evidenza che PSTV non segue semplicemente il flusso, ma viene
trasportato selettivamente in organi precisi.
(1)
Y.Zhu, Y.Qi, Y.Xun, R.Owens, and B.Ding Plant Physiol. Vol. 130, 2002
Nel frattempo sono stati sequenziati molti altri viroidi
Tutti sono lunghi 200  400 nucleotidi e hanno tutti la forma a bilanciere
La parte centrale, responsabile per la patogenicità,
è generalmente altamente conservata
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/entrez?db=genome&cmd=search&term=viroid
Plasmidi
-autoreplicazione utilizzando enzimi batterici, mutazione
-controllo autonomo autoreplicazione e distribuzione di copie
-propagazione non specifica tra ospiti
-simbionte innocuo o vantaggioso per l'ospite
-individualità data dall'autonomia
-assenza di compartimentazione
Piccole molecole circolari di doppia elica di DNA che sono naturalmente presenti sia nei batteri che nel
lievito, dove essi si replicano come unità indipendenti quando la cellula ospite prolifera. Sebbene essi
costituiscano generalmente solo una piccola frazione del DNA totale della cellula ospite, spesso
trasportano geni essenziali per la vita come quelli che conferiscono la resistenza agli antibiotici. I
plasmidi, che possono essere facilmente separati dal DNA dell'ospite, sono molto usati in ingegneria
genetica.
•
•
•
•
Molti batteri contengono uno o piú plasmidi
# coppie di basi (bp): da 3000 a 100000
Unitá autonome di replicazione
Opzionali per la cellula ospite (resistenza agli antibiotici)
I plasmidi sono utilizzati come vettori di clonaggio
• un frammento di DNA, proveniente da altra sorgente, é integrato nel
plasmide →plasmide chimera
• il plasmide modificato é inserito in una cellula di E.coli
• le cellule con il plasmide chimera sono individuate dalla loro resistenza
ad un farmaco
• l’insieme dei discendenti di queste cellule é un clone
I plasmidi sono utilizzati come vettori d’espressione
si puó riuscire a far esprimere il gene inserito e produrre
una proteina di interesse medico (es: insulina)
Virus
-auto-riproduzione per mezzo della "macchina" dell'ospite
-mutazione
-individualità data anche dalla compartimentazione
-varietà di forme
-riconoscimento specifico e attacco distruttivo dell'ospite
-latenza (mediante inserzione nel materiale genetico dell'ospite)
Batteri
-auto-riproduzione mediante propri strumenti, mutazione
-compartimentazione in cellule
-motilità e risposta agli stimoli esterni
-accoppiamento “sessuato”
Accoppiamento sessuale in E.coli.
Il “maschio”, a sinistra, trasferisce il proprio materiale genetico alla
“femmina”, a destra, usando un lungo stelo che tiene i due uniti per qualche
tempo
Protozoi
-auto-riproduzione mediante strumenti propri, mutazione
-compartimentazione interna alla cellula (eucarioti)
-motilità e risposta agli stimoli esterni
-aggregazione in colonie
Organismi
superiori
-riproduzione: sessuale, per germinazione, per partenogenesi
-organizzazione multicellulare, differenziazione cellulare
-crescita e morfogenesi
-motilità e risposta agli stimoli esterni
-accumulo ed eleborazione di informazioni
-comportamento sociale
-auto-coscienza
-evoluzione culturale
Viroidi
Autoreplicazione senza compartimentazione
Procarioti
Virus
I livello di compartimentazione
Unicellulari
Plasmidi
Batteri
Protozoi
II livello di compartimentazione
Eucarioti
Organismi superiori
Multicellulari
Eredità trasversale
albero evolutivo temporale