 Estrutura dos vírus
 Etapas gerais de replicação
Estratégias gerais de replicação
Estrutura dos vírus
Os vírus apresentam uma grande diversidade de formas e
tamanhos. As partículas virais consistem basicamente em um
envoltório protéico (capsídeo) que abriga em seu interior o
material genético.
 Vírus não-envelopados
Vírus envelopados - apresentam bicamada lipídica envolvendo
o capsídeo (envelope).
Capsídeo viral
Estrutura que contém o genoma e serve de veículo para transferi-lo
a uma célula que possa replicá-lo e traduzi-lo produzindo novos
vírus.
Observação do vírus do mosaico do tabaco - se montavam, in vitro,
a partir de componentes dissociados - Watson e Crick propuseram
que os capsídeos dos vírus só poderiam ser estruturas altamente
simétricas:
 A eficiência genética necessita que a composição dos capsídeos
virais seja feita de muitas subunidades idênticas.
 A auto-montagem requer interações específicas e bem-definidas
entre as subunidades.
subunidades idênticas + interações específicas, em geral,
produzem estruturas simétricas.
A maioria dos vírus apresenta capsídeos de estrutura helical ou
icosaédrica. Alguns vírus, como os bacteriófagos, desenvolveram
estruturas mais complexas.
A forma icosaédrica se aproxima de uma esfera.
A forma helical é cilindrica.
Estrutura helical
http://www.twiv.tv/virus-structure/
Uma simetria icosaédrica obedece às características um sólido
geométrico que é formando por 20 triângulos equiláteros e 12
vértices, o icoságono. Essa estrutura requer o mínimo de energia
para montagem, a partir das subunidades, é a forma mais
eficiente de uma proteína ocupar uma área externa menor com
uma área interna maior.
Estrutura icosaédrica
Estrutura complexa
Ex: Bacteriófago lambda
Genomas dos vírus
 DNA fita dupla
 RNA fita dupla
 Circulares
 Polaridade positiva
 DNA fita simples
 Lineares
 Polaridade negativa
 RNA fita simples
Etapas gerais da replicação viral
Processos básicos da infecção/replicação viral
1) Adsorção – ligação do vírus a célula hospedeira.
2) Penetração e 3) Desencapamento - entrada e
liberação do genoma viral na célula hospedeira.
4) Síntese – Síntese dos componentes virais usando a
maquinaria da célula hospedeira.
5) Montagem/maturação – o capsídeo se combina com o
material genético e as partículas virais se tornam
completas.
6) Liberação das Novas Partículas – saída dos vírus
recém-produzidos da célula hospedeira.
Ciclo de vida de um vírus:
(a) Adsorção. (b) Penetração. (c)
Biossíntese. (d) Montagem. (e) Saída.
1) Adsorção
2) Penetração
3) Desencapamento
4) Síntese
5) Montagem
6) Liberação das Novas Partículas
1) Adsorção
A adsorção consiste na ligação específica entre
proteínas do capsídeo viral e receptores presentes na superfície
da célula hospedeira. Essa especificidade determina a
variedade de hospedeiros para um vírus.
Por exemplo, o HIV infecta células T, pois sua proteína
de superfície, gp120, só interage com a molécula CD4 e
receptores de quimiocinas na superfície das células T. Isso
ocorreu dessa forma para favorecer esses vírus que só vão
poder infectar células nas quais são capazes de replicar.
1) Adsorção
Proteínas do vírus responsáveis pela ligação à célula
hospedeira:
Vírus envelopados:
- Glicoproteínas embebidas na bicamada lipídica do vírus.
Normalmente são proteínas integrais de membrana do tipo I
que tem seu domínio de ligação ao receptor exposto.
Vírus não-envelopados:
- As estruturas que se ligam aos receptores são projeções do
capsídeo. O sítio de ligação ao receptor pode envolver uma
única proteína ou uma superfície composta por diversas
cadeias polipeptídicas.
1) Adsorção
Receptores na célula hospedeira promovem a entrada
do vírus através:
(a) da indução de mudanças conformacionais no vírus levando
a associação com outros receptores, fusão de membranas e
penetração.
(b) da transmissão de sinais pela membrana plasmática.
(c) guiando os vírus ligados pelas vias endocíticas.
1) Adsorção
Vírus vão ser reconhecidos por: receptores + fatores de ligação
+ co-receptores
*Fatores de ligação – ajudam a concentrar as partículas virais
na superfície celular facilitando a entrada/infecção (não
promovem a entrada, não são específicos).
*co-receptores – quando o vírus utiliza mais de uma molécula
como
receptor.
Se
convencionou
chamar
um
deles
“receptor” (o primeiro caracterizado) e todos os outros “coreceptores”.
Ex: HIV
fator de ligação – heparan sulfato
receptor – CD4
Co-receptor – CXCR4, CCR5 (receptor de quimiocina)
1) Adsorção
A identidade, distribuição e comportamento dos receptores
determinam quais tipos celulares, tecidos e organismos cada
vírus vai ser capaz de infectar.
Ex: A capacidade dos herpesvirus de infectar diversas células
está relacionada com a capacidade das suas proteínas se ligarem
a diversos receptores diferentes.
1) Adsorção
1) Adsorção
2) Penetração
3) Desencapamento
4)Síntese
5) Montagem
6) Liberação das Novas Partículas
2) Penetração
Penetração – entrada do vírus e liberação dos componentes virais
na célula hospedeira
2) Penetração
Virus entry: molecular mechanisms and biomedical applications.
Dimiter S. Dimitrov
Nature Reviews Microbiology 2, 109-122 (February 2004)
2) Penetração
Vírus não-envelopados:
1. “Perforation”/Translocação – a
partícula atravessa a membrana celular
sem lise da mesma. Ex: Picornavirus
2. “Membrane pucture”/injeção do
genoma – a partícula se liga a superfície
celular e libera seu genoma que penetra
no citoplasma através de um poro. Ex:
Bacteriófagos
3. Endocitose e lise – a partícula se liga a
receptores na superfície celular e penetra
no citoplasma através de numa vesícula.
Ex: Adenovirus
2) Penetração
Vírus envelopados:
4. Endocitose e fusão de membranas
– o envelope viral funde com a
membrana endossomal e os
componentes virais são liberados.
Ex: Influenza
5. Fusão de membranas – o envelope
viral funde com a membrana
plasmática na superficie celular. Os
componentes virais são liberados no
citoplasma. Ex: HIV
2) Penetração
Mecanismos de endocitose:
Macropinocitose – mecanismo não-específico de internalização.
2) Penetração
Clatrina dependente – É um processo que a célula utiliza para internalizar complexos ligantesreceptor, fluídos, proteínas de membrana e lipídeos. Os vírus são internalizados por esse
processo quando seu receptor possui um sinal para internalização através de vesículas
encobertas por clatrina. Essa via leva os vírus para endossomas iniciais onde são expostos a
baixo ph, depois para endossomas tardios com ph ainda mais baixo e, eventualmente, para
lisossomas onde os vírus são degradados.
2) Penetração
2) Penetração
Por cavéolas – via que resulta em vesículas não acidificadas. Processo mais lento que o
mediado por clatrina e a caveolina 1 é o principal componente. Tem outros componentes
como colesterol.
2) Penetração
Um vírus pode utilizar mais de uma via de penetração nas células.
Isto vai depender do tipo celular, da multiplicidade viral e
condições de crescimento.
Exemplos:
(a) HIV 1 – pode fundir com a membrana plasmática ou entrar
por endocitose.
(b) Influenza – pode entrar por endocitose mediada por clatrina
ou independente de clatrina.
(c) SV40 - pode entrar por cavéolas ou endocitose independente de
cavéolas.
1) Adsorção
2) Penetração
3)Desencapamento
4)Síntese
5) Montagem
6) Liberação das Novas Partículas
2) Desencapamento
http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%2013/animalrep.html
2) Desencapamento
http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%2013/animalrep.html
2) Desencapamento
http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%2013/animalrep.html
2) Desencapamento
Mudanças conformacionais, perda progressiva de proteínas
estruturais, proteólise, diminuição das interações intermoleculares.
1) Adsorção
2) Penetração
3) Desencapamento
4) Síntese
5) Montagem
6) Liberação das Novas Partículas
2) Síntese
Síntese dos componentes virais usando a maquinaria da célula
hospedeira.
1) Adsorção
2) Penetração
3) Desencapamento
4) Síntese
5) Montagem
6) Liberação das Novas Partículas
2) Montagem
A montagem é um passo crucial na replicação viral e envolve um
processo onde macromoléculas quimicamente distintas vão ser
transportadas, geralmente através de rotas diferentes, para um
ponto da célula onde são reunidas e montadas, gerando novas
partículas virais.
Os vírus se utilizam dos mecanismos intracelulares de
endereçamento para enviar seus componentes para o local correto
de montagem dos virions.
Ex: adenovirus são montados no núcleo, logo, suas PTNs
estruturais, após serem traduzidas no citoplasma devem apresentar
o sinal que as envia para o núcleo para o exato local de montagem.
2) Montagem
Via secretória
Todas as proteínas (celulares e virais) destinadas à membrana
externa da célula passam pela via secretória que compreende o ER
(entrada) e o golgi. É onde ocorrem as modificações e o folding das
proteínas necessário para formar partículas íntegras e infectivas.
Ex: É no golgi que os precurssores das glicoproteínas dos vírus,
como a Env dos retrovirus, são clivadas e atingem sua forma
madura. Essa clivagem é crucial para a formação de proteínas
biologicamente funcionais, e dessa forma, também crítica para a
infectividade do vírus.
2) Montagem
Os vírus não-envelopados podem se montar no citoplasma ou no
núcleo. Para esses vírus, as proteínas estruturais e o genoma
devem ser marcados ou retidos no domínio subcelular onde
ocorre a montagem.
Os vírus envelopados precisam adquirir a bicamada lipídica de
umas das membranas celulares durante o processo de
montagem. Para alguns vírus a aquisição do envelope ocorre
concomitante com a montagem, para outros vírus, essa
aquisição ocorre após a montagem.
1) Adsorção
2) Penetração
3)Desencapamento
4)Síntese
5) Montagem
6) Liberação das Novas Partículas
6) Saída
Os vírus envelopados adquirem sua membrana pelo brotamento
através de uma membrana celular - membrana plasmática, ER,
golgi, membrana nuclear.
Utilizando os mecanismos de compartimentalização da célula, os
vírus dirigem a inserção das suas proteínas de superfície para a
membrana celular adequada. O brotamento pode ser dirigido:
Proteínas do envelope. Ex: coronavirus
Precurssores do capsídeo na ausência da PTN do envelope. Ex:
HIV
Interações entre a PTN do envelope e o capsídeo. Ex: alfavirus
6) Saída
http://academic.pgcc.edu/~kroberts/Lecture/Chapter%2013/animalrep.html
6) Saída
Brotamento do vírus Herpes humano
http://science.kingston.ac.uk/bpsrg/main.php?p=haematology
Estratégias de replicação
dos vírus
Genomas virais
Vírus de DNA
I) Migração do genoma para o núcleo celular.
II) Fase pré-replicativa – expressão dos genes iniciais (proteínas
não-estruturais.
II) Fase de replicação – expressão dos genes tardios (proteínas
estruturais) e síntese de novas cópias de DNA genômico.
Vírus ssRNA (+)
Vírus ssRNA (+)
I) Tradução da poliproteína viral precurssora completa.
II) Processamento da poliproteína.
III) Transcrição da fita de RNA complementar (-) pela RNA
polimerase dependente de RNA viral (RpRd) a partir do molde
genômico.
IV) Transcrição da fita de RNA genômico (+) pela (RpRd).
Ex: Flavivirus
http://expasy.org/viralzone/all_by_species
Vírus ssRNA (+)
I) Tradução da poliproteína viral precurssora contendo somente
PTNs não-estruturais (NS).
II) Processamento do precurssor NS.
III) Transcrição da fita de RNA complementar (-) pela RNA
polimerase dependente de RNA viral (RpRd) a partir do molde
genômico.
IV) Transcrição da fita negativa RNA (RpRd) originando os
mRNAs subgenômicos para as PTNs estruturais.
V) Transcrição da fita de RNA genômico (+) pela (RpRd).
Ex: Alphavirus
http://expasy.org/viralzone/all_by_species
Vírus ssRNA (-)
Vírus ssRNA (-)
Vírus ssRNA (-) não-segmentados
I) Transcrição de mRNAs distintos que servem de molde para
síntese das PTNs virais. Os virions carregam o complexo de
relicase viral – RpRd (L) + fosfoproteína (P) + proteína do
nucleocapsídeo (N).
*transcritos com taxas diferenciais – os + próximos da extremidade
3’ são transcritos em maior quantidade.
II) Quando N atinge níveis altos, se liga ao RNA (-) e à L. Ligação
de N e L é controlada pela fosforilação de L por P. Assim, são
produzidas as fitas de RNA polaridade (+) que vão gerar novas
fitas de RNA genômico (-).
Ex: Rhabdiviridae
http://expasy.org/viralzone/all_by_species
Vírus ssRNA (-)
Vírus ssRNA (-) segmentados
I) Possuem RNA segmentado, ou seja, segmentos de RNA
genômico que vão servir de molde para a síntese de mRNAs
distintos e cada um servirá de molde para síntese de uma PTN
viral. A transcrição é feita por um complexo protéico com
atividade de replicase.
II) Tradução. Acúmulo das PTNs virais na célula.
III) São produzidas as fitas de RNA polaridade (+) que vão gerar
novas fitas de RNA genômico (-).
Ex:
Orthomyxovirus
Influenza
http://expasy.org/viralzone/all_by_species
Vírus dsRNA
Vírus dsRNA
I) A replicase viral está presente nos virions. Ela iniciará a
transcrição de mRNAs a partir da fita (-).
II) Ocorre a tradução desses mRNAs.
III) Os mRNAs são replicados pela polimerase viral. São
sintetizados RNAs de fita (-) que permanecem ligados à fita
molde (+).
Ex: Reovírus e
birnavírus
*O genoma dsRNA não está nunca completamente desencapsulado,
para prevenir ativação da resposta antiviral em resposta ao
reconhecimento do dsRNA (o dsRNA não é exposto ao ambiente
citoplasmático).
ssRNA(+) (RT)
Retrovírus - ssRNA(+)
I) Transcriptase reversa associada ao vírion. Após a chegada do
capsídeo ao citoplasma, ocorre a transcrição reversa do RNA
em DNA fita dupla.
II) Integração da fita dupla de DNA viral ao genoma da célula
pela enzima integrase.
III) Tradução.
IV) Replicação.
dsDNA (RT)
Hepadnavírus - dsDNA
Codificam sua própria replicase - DNA polimerase que utiliza RNA
como molde (possui atividade de transcriptase reversa).
O genoma deste vírus é uma fita de dupla de DNA incompleta (o
final da fita codificante não é concluído durante replicação).
Quando infecta a célula, a fita dupla de DNA associada ao capsídeo
é direcionada ao núcleo e sua síntese é completada.
As
extremidades da dupla fita são ligadas formando um círculo. A
transcrição de seus genes ocorre no núcleo.
O RNA vai gerar o DNA incompleto por transcrição reversa, no
citoplasma das células infectadas.
positive sense single stranded RNA - alphavirus
Os vírus entram por endocitose. O ambiente ácido do endossoma gera mudanças
conformacionais na PTN de envelope levando a fusão de membranas. O capsídeo
é então liberado no citoplasma. Precurssores das PTNs NS são traduzidos e a
clivagem desse precurssor gera as PTNs nsP1–nsP4. nsP1 está envolvida na
síntese da fita negativa de RNA e nsP2 tem atividade de RNA helicase, RNA
fosfatase e proteinase e está envolvida com o desligamento da transcrição celular,
nsP3 é parte do complexo de replicase viral e nsP4 é a RNA polimerase. Essas
PTNs formam o complexo de replicação viral que sintetiza o RNA intermediário
polaridade negativa. Ele serve de molde para síntese tanto do RNA genômico e
subgenômico. O RNA subgenômico dirige a expressão da poliproteína
precurssora C–pE2–6K–E1, que é processada. O capsideo (C) é liberado, e as
glicoproteínas pE2 e E1 são geradas por posterior processamento. pE2 e E1 se
associam com o Golgi são exportadas para a membrana plasmática onde pE2 é
clivada em E2 e E3. A montagem viral é promovida pela ligação do
nucleocapsideo ao RNA viral e o recrutmento das glicoporteínas do envelope
associadas à membrana. A partícula viral montada, brota da membrana
plasmática.
Ex: Chikungunya virus, Semliki forest virus (SFV)
Nat Rev Microbiol. 2010 Jul;8(7):491-500.
Biology and pathogenesis of chikungunya virus.
Schwartz O, Albert ML.