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Estrutura e replicação viral
Fabrício S. Camposcamposvet@gmail.com
Equipe de Virologia do ICBS / UFRGS
Agosto de 2015
1Fonte: http://www.google.com/imghp
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
Dewannieux et al., 2006 6
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
O quão infectados estamos?
8Fonte: Flint et al., 2009
Curvularia
Thermal
Tolerance
Virus
Vírus da
tolerância
termal da
Curvularia
Não
colonizada
Colonizada
Temperatura
55oC
Curvularia
protuberata
Todos os vírus causam danos?
9Fonte: Flint et al., 2009
Pétalas “anormais”
Quebras de cor
Não forma pigmento em
partes da flor
Tulip breaking virus (TBV)
11Fonte: http://www.google.com/imghp
Descoberto vírus gigante congelado
há mais de 30 mil anos na Sibéria
Pithovirus sibericumFonte: PNAS: Legendre, M. & Bartolia, J. et al., 2014
12
• 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
13
A árvore da vida
14
• Onde estão vírus?
• Por que eles “não fazem” parte da árvore da
vida?
Fonte: Pepper et al., 2011
• Agente infeccioso não-celular com duas
características principais:
O que é um vírus?
15
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?
16
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 X1.000.000 X
Os vírus são muito pequenos
17
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
19
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 envelope22
Os capsídeos são metaestáveis
• Devem proteger o genoma (estável)
• E libera-lo rapidamente durante a infecção
viral (instável)
23
Envelope
• Derivado da membrana plasmática (bi-
camada lipídica)
Genoma viral não codifica lipídios
• Envelope é formado durante o brotamento do
nucleocapsideo através da membrana
27
Glicoproteínas
• Integram a membrana
• Possuem um domínio externo e um interno
Externo: ligação, sítios antigênicos, fusão
Interno: montagem, ancoragem
28
Outros componentes virais
• Enzimas: polimerases, integrases, proteínas
associadas, proteases, topoisomerase
• Ativadores, mRNA de degradação
• Componentes celulares: histonas, tRNAs,
lipídios, entre outros
29
“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
30
Replicação
• Replicação em biologia
– Síntese de moléculas
de ácidos nucléicos
• Em virologia
– Todo o processo de
multiplicação viral
X
33
Objetivo da replicação
• Produzir progênie viral viável
• Consequências
– “Nenhuma” (TTV)
– Doença (Hepatites virais)
– Morte do hospedeiro (HIV)
34
12
3
4
5
6
7
Etapas da
replicação
1. Adsorção
2. Penetração
3. Desnudamento
4. Expressão gênica
(transcrição e tradução)
5. Replicação do genoma
6. Morfogênese /
maturação
7. Egresso/Liberação35
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
36
1. AdsorçãoTabela 2 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais
vírus DNA
Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração
38
1. AdsorçãoTabela 3 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus RNA
Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração
39
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
40
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
42
3. Desnudamento
• Série de eventos que ocorre após apenetração
• Exposição do genoma para transcrição /tradução
• Estar acessível as enzimas
• Vírus DNA: penetração do genoma nosporos nucleares
43
Estrutura dos genomas
• Os genomas virais de DNA ou RNA sãoestruturalmente diversos
– linear
– circular
– segmentado
– Fita única de polaridade (+)
– Fita única de polaridade (-)
– Fita dupla
– Fita dupla parcial
45
GENOMAS VIRAISClassificação 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 (-)
Fonte: Madigan, 2004.46
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)
47
Transcrito
Traduzido
Transcrito
Replicado
• Genoma é copiado pela DNA polimerase hospedeiro (polioma,
papiloma)
• Alguns carregam DNA polimerase viral (Adeno, herpes)
48
Vírus DNA
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
49
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
50
Replicado
Traduzido
Replicado
Coronavírus: SARS
Febre amarela, dengue, BDVD, Hepatite C
Febre aftosa, Rinovírus, Enterovírus
Encefalite equina, rubéola
51
Vírus RNA
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 (+)
52
Vírus 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
54
Vírus RNA
• Única família: Retroviridae
• HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano)
• Replicação no citoplasma e núcleo
• Carregam: RT, integrase, protease
provírus
Replicado ReplicadoTranscrito
Traduzido
Transcriptase
reversa
Vírus RNA
55
6. Morfogênese/maturação
• Morfogênese
– Processo de montagem das partículas víricas
– Ocorre no final do ciclo replicativo
• Maturação
– Aquisição da capacidade infectiva
– Envelopados = aquisição do envelope
56
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
57
• Processo de aquisição do envelope
- Envelope é adquirido da membrana plasmática
- Liberação por exocitose com ou sem lise celular
58
7. Egresso
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
60
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)61
Provirus
• Perpetuação do HIV na população humana
63Fonte: http://site.motifolio.com/images/The-formation-of-a-provirus-by-HIV-1021215.png
• 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
64
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!65
Sugestões de leitura
67
• 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/).
– Slide Share (http://pt.slideshare.net/drdhriti/antiviral-drugs-drdhriti)
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