Estrutura e replicação viral
Fabrício S. Campos
[email protected]
Equipe de Virologia do ICBS / UFRGS
Agosto de 2015
Fonte: http://www.google.com/imghp
1
Fonte: http://www.google.com/imghp
2
Infectam todas as formas de vida
Fonte: http://www.google.com/imghp
3
Nós comemos e
respiramos vírus
Fonte: http://www.google.com/imghp
4
Nós carreamos genomas virais como
parte do nosso próprio genoma
Fonte: http://www.google.com/imghp
5
Cada uma de nossas células está
infectada por vírus
• Retrovírus endógenos:
derivados de retrovírus
elementos
virais
• Traços de infecções virais ocorridas a milhares de
anos integrados no genoma humano
Dewannieux et al., 2006
6
Retrovírus endógenos
Transmissão
horizontal
Infecção por
retrovírus
Infecção de células
germinativas
RNA viral
Transmissão vertical
para os filhos
Pró-vírus integrado
Fonte: Lavialle et al., 2013
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O quão infectados estamos?
• HSV‐1, HSV‐2, VZV, EBV, HCMV, HHV‐6, HHV‐7,
HHV‐8
• Permanecem no organismo por toda a vida
Fonte: Flint et al., 2009
8
Todos os vírus causam danos?
Colonizada
Vírus da
Curvularia
tolerância
Thermal
termal
da
Tolerance
Curvularia
Virus
Temperatura
55oC
Não
colonizada
Curvularia
protuberata
Fonte: Flint et al., 2009
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Apesar dos riscos, a maioria
dos vírus são benéficos
Fonte: http://www.google.com/imghp
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Tulip breaking virus (TBV)
 Pétalas “anormais”
 Quebras de cor
 Não forma pigmento em
partes da flor
Fonte: http://www.google.com/imghp
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Descoberto vírus gigante congelado
há mais de 30 mil anos na Sibéria
Pithovirus sibericum
Fonte: PNAS: Legendre, M. & Bartolia, J. et al., 2014
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Objetivo da aula
• 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
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A árvore da vida
• Onde estão vírus?
• Por que eles “não fazem” parte da árvore da
vida?
Fonte: Pepper et al., 2011
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O que é um vírus?
• Agente infeccioso não-celular com duas
características principais:
 Possui um ácido nucleico (DNA ou RNA)
Capa
proteica
Bacteriófago
envolto por uma capa proteica
 E não pode se reproduzir sem o auxílio da
maquinaria celular
Fonte: http://www.google.com/imghp
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Os vírus são vivos?
• Agentes infecciosos não-celular
• Não podem se reproduzir sem o auxílio da
maquinaria celular
 Então, os vírus NÃO são vivos
 Por isto “não fazem” parte da árvore da
vida
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Os vírus são muito pequenos
Átomo de carbono
HIV-1
Fago
TMV
Ribossomos
Poliovírus
E. coli
100.000 X
Miosina Actina
1.000.000 X
17
18
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
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Estrutura de um vírus
• Virion: partícula viral infecciosa
20
Fonte: http://www.cdc.gov/flu/images/h1n1/3D_Influenza_transparent_key_pieslice_lrg.gif
21
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 envelope
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Os capsídeos são metaestáveis
• Devem proteger o genoma (estável)
• E libera-lo rapidamente durante a infecção
viral (instável)
23
Nucleocapsídeo
• Simetria icosaédrica
Adenovirus
DNA, ñ envelopado
24
Nucleocapspídeo
• Simetria helicoidal
25
Nucleocapsídeo
• Simetria complexa
26
Envelope
• Derivado da membrana
camada lipídica)
plasmática
(bi-
 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
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Outros componentes virais
• Enzimas: polimerases, integrases, proteínas
associadas, proteases, topoisomerase
• Ativadores, mRNA de degradação
• Componentes celulares:
lipídios, entre outros
histonas,
tRNAs,
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“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
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Defesas do organismo
31
Genética de “bottlenecks”
• Defesa do organismo ou drogas antivirais
32
Replicação
• Replicação em biologia
– Síntese de moléculas
de ácidos nucléicos
X
• Em virologia
– Todo o processo de
multiplicação viral
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Objetivo da replicação
• Produzir progênie viral viável
• Consequências
– “Nenhuma” (TTV)
– Doença (Hepatites virais)
– Morte do hospedeiro (HIV)
34
1
2
Etapas da
replicação
3
4
1.
Adsorção
2.
Penetração
3.
Desnudamento
4.
Expressão gênica
5
(transcrição e tradução)
5.
Replicação do genoma
6.
Morfogênese /
maturação
7.
6
7
Egresso/Liberação
35
1. Adsorção
• Ligação específica das partículas víricas
na superfície das células hospedeiras
Proteínas de superfície
dos vírions (VAPs)
Receptores celulares
Vírus nú: proteínas do
capsídeo
Proteínas
(glicoproteínas)
Vírus envelopados:
glicoproteínas
Carboidratos
36
1. Adsorção
37
1. Adsorção
Tabela 2 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais
vírus DNA
Família
Vírus
Receptor viral
Forma/local de Penetração
38
1. Adsorção
Tabela 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
Co-receptores
CCR4 e CXCR5
41
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
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3. Desnudamento
• Série de eventos que ocorre após a
penetração
• Exposição do genoma para transcrição /
tradução
• Estar acessível as enzimas
• Vírus DNA: penetração do genoma nos
poros nucleares
43
44
Estrutura dos genomas
• Os genomas virais de DNA ou RNA são
estruturalmente diversos
– linear
– circular
– segmentado
– Fita única de polaridade (+)
– Fita única de polaridade (-)
– Fita dupla
– Fita dupla parcial
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GENOMAS VIRAIS
Classificação de Baltimore (1975)
Vírus de DNA fs
Síntese da outra fita
Vírus de DNA fd (±)
Intermediário
de DNA fd
Transcrição
reversa
Transcrição
Pode ser usado
diretamente
Vírus RNA fs (+)
mRNA
Transcrição fita (-)
(sentido +)
Retrovírus
RNA fs (+)
Transcrição fita (-)
Vírus RNA fs (-)
Vírus de
RNA fd (±)
Fonte: Madigan, 2004.
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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)
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Vírus DNA
Traduzido
Transcrito
Transcrito
Replicado
• Genoma é copiado pela DNA polimerase hospedeiro (polioma,
papiloma)
• Alguns carregam DNA polimerase viral (Adeno, herpes)
48
Replicação viral é sequencial
Traduzido
Transcrito
Transcrito
Replicado
• 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
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Vírus RNA
• Replicação no citoplasma
RNA fita simples
Maioria
– * 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”
50
Vírus RNA
Traduzido
Replicado
Replicado
Coronavírus: SARS
Febre amarela, dengue, BDVD, Hepatite C
Febre aftosa, Rinovírus, Enterovírus
Encefalite equina, rubéola
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Vírus RNA
Traduzido
Replicado
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
Traduzido
Replicado
Replicado
Influenzavírus
Parainfluenza, Sarampo, hRSV,
Pneumo e Metapneumovirus
Vírus da raiva
53
Vírus RNA
Replicado
Traduzido
Replicado
Replicado
• 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
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Vírus RNA
Traduzido
Transcrito
Replicado
Replicado
Transcriptase
reversa
provírus
• Única família: Retroviridae
• HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano)
• Replicação no citoplasma e núcleo
• Carregam: RT, integrase, protease
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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
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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
7. Egresso
• Processo de aquisição do envelope
- Envelope é adquirido da membrana plasmática
- Liberação por exocitose com ou sem lise celular
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Vídeo exemplificando a replicação do HIV
59
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
milhares ou milhões por células
e
aos
60
Por que é tão difícil combater os
vírus?
• Infectam novas células / hospedeiros
• Fazem
latência
(Herpesvírus)
ou
promovem infecções persistentes (HIV)
• Possuem mais
(Influenza)
de
um
hospedeiro
• Possuem reservatórios (vírus da Dengue)
• Sofrem mutações (variações antigênicas)
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Latência
• Perpetuação dos herpesvírus na população
humana
62
Provirus
• Perpetuação do HIV na população humana
Fonte: http://site.motifolio.com/images/The-formation-of-a-provirus-by-HIV-1021215.png
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Por que é tão difícil combater os
vírus?
• 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
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• 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
Fonte: http://www.google.com/imghp
66
Sugestões de leitura
• 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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Grato pela atenção!!!
http://www.ufrgs.br/labvir/
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