Post on 07-Jan-2017
REPLICAÇÃO VIRAL
FABRÍCIO SOUZA CAMPOS* *Dr, MSc, Medico Veterinário
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
INSTITUTO DE CIÊNCIAS BÁSICAS DA SAÚDE
DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA
Características virais
• Genoma DNA ou RNA
• Na célula hospedeira o genoma viral direciona a
síntese dos componentes necessários para a
produção de novos virions
• Virions são veículos para transmissão do genoma
viral para próxima célula hospedeira ou organismo
• Uma vez dentro da próxima célula, os virions são
“desmontados” iniciando um novo ciclo de infecção
Estratégias comuns entre os vírus
1. Todos os vírus empacotam o seu genoma dentro
de uma partícula utilizada para transmissão a um
hospedeiro
2. O genoma viral contém a informação para iniciar
e completar um ciclo de infecção dentro de uma
célula suscetível e permissível
3. Todos os genomas virais são capazes de
infectarem uma população de hospedeiro,
visando a sobrevivência viral
Estratégias comuns entre os vírus
4. Todos os genomas virais são parasitas
moleculares obrigatórios que somente se tornam
funcionais após se replicarem em uma célula
5. Todos os vírus devem transcrever o mRNA que
será traduzido pelos ribossomos do hospedeiro:
Então, os vírus são parasitas da maquinaria de
síntese proteica da célula
Como parasitas moleculares obrigatórios, cada método de
replicação pode revelar algo sobre o hospedeiro e / ou vírus
“Entendendo” os vírus
• Vírus dependem de seus hospedeiros
para sobreviver
Se são muito bem sucedidos e matam
seus hospedeiros, eles podem se eliminar
Se eles forem muito passivos e a defesa
do hospedeiro impedir o seu crescimento,
eles podem ser eliminados
Defesas do organismo
Genética de “bottlenecks”
• Defesa do organismo ou drogas antivirais
Objetivo da replicação
• Produzir progênie viral viável
• Consequências
– “Nenhuma” (TTV)
– Doença (Hepatites virais)
– Morte do hospedeiro (HIV)
• Termo replicação em virologia
Replicação
• Replicação em biologia
– Síntese de moléculas
de ácidos nucléicos
• Em virologia
– Todo o processo de
multiplicação viral
X
Alguns conceitos
• Infecção produtiva
– Produção de progênie viral viável
• Infecção abortiva
– Ciclo replicativo interrompido
• Susceptibilidade
– Capacidade das células de serem infectadas
• Permissividade
– Ocorrência de multiplicação viral
Alguns conceitos
• Células suscetíveis e permissivas
– Suportam o ciclo replicativo completo
• Penetração + etapas intracelulares
• Céls não suscetíveis ou permissivas
– Faltam receptores para adsorção e
penetração
– Semipermissivas
– Exceção = transfecção (processo artificial)
Aplicação prática
Tabela 1 - Conseqüências da infecção de espécies de ruminantes com BoHV-1.
Fonte: J. Thiry et al., 2006.
Veados e renas: células são apenas suscetíveis
Não permitem a replicação viral: não permissivas
Outros conceitos
• Espectro de hospedeiro
– Conjunto de espécies animais ou de
diferentes células
• Tropismo
– Predileção por células ou tecidos
• Receptores virais
• Ex.: H5N1
•Em humanos: ácido siálico-galactose: ligações α-2,6
•Em aves: ligações α-2,3
•Suínos: ambos receptores
Ácido siálico: receptor influenza
Ligação α-2,3 (aves)
Memb
celular
Etapas da replicação
1. Adsorção
2. Penetração
3. Desnudamento
4. Expressão gênica (transcrição e tradução)
5. Replicação do genoma
6. Morfogênese / maturação
7. Egresso
• Divisão
meramente
didática
Fases de infecção vírus lítico
Vírus lítico
Vírus lítico
Vírus lítico
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
1. Adsorção
1. Adsorção
• Vírus que utilizam receptores específicos
– Rinovírus, poliovírus, FMDV
• Vírus que utilizam receptores alternativos
– Herpesvírus, togavírus (rubéola)
– Vantagem evolutiva
• Maior espectro de hospedeiros e células
• Receptores virais
– Vírus DNA (tabela 2) e RNA (tabela 3)
1. Adsorção Tabela 2 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus DNA
Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração
1. Adsorção Tabela 3 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus RNA
Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração
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
Co-receptores
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
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
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
• Complexos e inúmeros métodos de infecções com apenas sete tipos de genomas (DNA ou RNA)
• A composição e a estrutura desses sete tipos de genomas virais são mais variados do que qualquer genoma dos reinos bacterianos, arquea ou eucarióticos
• Diferentes estratégias de replicação são fontes constantes de pesquisa
Evolução viral
Qual o objetivo de ter genoma DNA ou RNA
• Alguns argumentam que durante o processo
evolutivo o genoma de RNA surgiu primeiro
• Atualmente somente os vírus possuem
genomas RNA
• Vestígios de um mundo ancestral de RNA?
• Quando e por que houve uma mudança para
genomas DNA para todas as formas de vida,
porém exceto para alguns vírus?
GENOMAS VIRAIS Classificação 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.
Qual informação é codificada em um genoma
viral?
• Produtos de genes e sinais de regulação para:
A replicação do genoma viral
Montagem e empacotamento do genoma
Regulação do ciclo de replicação
Modulação de defesas do hospedeiro
Disseminação para outras células e hospedeiros
Qual informação NÃO é codificada em um
genoma viral?
• Não possuem genes que codificam a síntese
completa de proteína
– dependem da maquinaria celular
• Não possuem genes que codificam proteínas
envolvidas na produção de energia ou na
síntese de membrana
• Não possuem genes que codificam centrômeros
ou telômeros encontrados nos cromossomos
Qual a estratégia comum entre os vírus
DNA ou RNA
• Os genomas virais devem produzir mRNA que
pode ser lido pelos ribossomos das células
hospedeiras
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)
Transcrito
Traduzido
Transcrito
Replicado
Genomas dsDNA: DNA fita dupla
• Genoma é copiado pela DNA polimerase hospedeiro (polioma,
papiloma)
• Alguns carregam DNA polimerase viral (Adeno, herpes)
Transcrito
Traduzido
Transcrito
Replicado
Ciclo replicativo dos vírus da classe I - dsDNA
• Genes cedo: codificam proteínas não estruturais
relacionadas com a interface com o hospedeiro
• Genes intermediários: codificam proteínas não estruturais
relacionadas com a replicação
• Genes tardios: codificam proteínas estruturais envolvidas na
montagem
Genomas ssDNA: DNA fita simples
• NÃO codificam a DNA polimerase
• Toda replicação é realizada pela polimerase do hospedeiro
TT virus
Parvovirus B19
Transcrito
Replicado Replicado
Traduzido
Transcrito
Replicado Replicado
Traduzido
Ciclo replicativo dos vírus da classe II - ssDNA
• Mais dependentes da maquinaria celular
• O genoma de DNA fita simples é convertido em fita dupla
pela DNA polimerase celular
• A RNA polimerase celular transcreve os mRNA virais
• Proteínas não estruturais (enzimas que vão atuar na
replicação e interface com o sistema imune)
• Proteínas estruturais que irão formar o capsídeo viral
Genomas pdsDNA – fita parcialmente dupla
• Genoma ligado a proteínas
• Genoma ligado a uma pequena sequencia de RNA
• Um fita completa e a outra parcial
proteína RNA
Vírus da Hepatite B
•Replicação parte núcleo e parte no citoplasma
•RNA polimerase viral (transcriptase reversa)
•Expressão gênica: inicial, intermediaria e tardia
•Quebra do dogma da biologia
DNA => RNA => Proteínas
Transcriptase reversa
Replicado
Transcrito
Transcrito
Traduzido
Replicado Replicado
Ciclo replicativo dos vírus da classe VII - pdsDNA
X
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
• mRNA será lido pelos ribossomos da célula
Vírus RNA
• Vírus RNA (+): genoma “infeccioso”
– Vírus RNA (+) = mRNA
• Vírus RNA (-): não “infeccioso”
• RNA fita simples (+): ssRNA (+) (Classe IV)
• RNA fita simples (-): ssRNA (-) (Classe V)
• RNA fita dupla: dsRNA (Classe III)
• RNA fita simples (+) com DNA intermediário:
ssRNA-RT (+) (Classe VI)
RNA fita simples
Maioria
Replicado
Traduzido
Replicado
Genomas ssRNA (+): RNA fita simples (+)
Coronavírus: SARS
Febre amarela, dengue, BDVD, Hepatite C
Febre aftosa, Rinovírus, Enterovírus
Encefalite equina, rubéola
Replicado
Traduzido
Replicado
Ciclo replicativo dos vírus da classe IV – ssRNA (+)
• 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 (+)
Genomas ssRNA (-): RNA fita simples (-)
Replicado
Replicado
Replicado
Traduzido
Vírus da raiva
Parainfluenza, Sarampo, hRSV,
Pneumo e Metapneumovirus
Influenzavírus
• 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
Ciclo replicativo dos vírus da classe V – ssRNA (-)
Replicado
Replicado
Replicado
Traduzido
Genomas dsRNA : RNA fita dupla
• Muitos vírus com
dsRNA são
segmentados
• Reoviridae: 10 a
12 segmentos
(Rotavírus)
Replicado
Replicado
Traduzido
• Carregam a polimerase viral
• Produção de mRNA
• Transcrição primária: proteínas não estruturais
• Transcrição secundária: proteínas estruturais
Ciclo replicativo dos vírus da classe III - dsRNA (+/-)
Replicado
Replicado
Traduzido
Genomas ssRNA (+) com DNA intermediário
• Única família: Retroviridae
• HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano)
• Replicação no citoplasma e núcleo
• Carregam: RT, integrase, protease
provírus
Replicado Replicado Transcrito
Traduzido
Transcriptase
reversa
Ciclo replicativo dos vírus da classe VI - ssRNA (+)
• Vídeo exemplificando a replicação do HIV
• 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!
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
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
Maturação por brotamento • Envelope adquirido das membranas celulares internas
- Retículo endoplasmático e complexo de Golgi contendo as
glicoproteínas virais
-Os Herpesvírus podem adquirir o envelope da membrana nuclear
Brotamento
• Processo de aquisição do envelope
- Envelope é adquirido da membrana plasmática
- Liberação por exocitose com ou sem lise celular
Sedimentação do aprendizado
1.Quais as etapas da replicação viral?
2.Qual genoma é considerado infeccioso?
3.O que os vírus que se replicam no citoplasma
necessitam?
4.Cite a principal peculiaridade dos retrovírus?
5.Quais organelas podem dar origem ao envelope
viral?
6.Qual a melhor maneira de controlar infecções virais?