2Цепочечные. Схема.

Пр.: Ротавирусы, Реовирусы (вирусы растений).

Стратегия геномов двуцепочечных РНК геномных вирусов. К данной группе относятся рео-и ротавирусы. Все члены этой группы имеют сегментированный геном, мРНК каждого сегмента кодирует отдельную полипептидную цепь. Процесс репликации вирусной нуклеиновой кислоты, транскрипция и трансляция происходят в цитоплазме клетки.

Как и в случаях с двуцепочечной ДНК, информация, содержащаяся в двуцепочечной РНК, должна быть вначале копирована в одноцепочечную (+) РНК, выполняющую функцию мРНК. Удвоенные РНК вириона не могут функционировать прямо в качестве мРНК, хотя и содержат нить (+) РНК. Вирусы с двуцепочечным РНК геномом содержат кодируемую геномом вируса РНК-транскриптазу, транскрибирующую одноцепочечные +РНК из (-) цепи генома вирусов. Процесс транскрипции является ассиметричным и консервативным. После депротеинизации каждая мРНК копируется в форме двуцепочечных молекул. В течение нескольких часов синтезируются множество “+” и “-“ нитей РНК, используемых для построения новых вирусных частиц.

Схема репродукции полиовирусов (пикорнавирусов)

Стратегия одноцепочечных + РНК геномных вирусов. Это простейшая модель стратегии, заключающаяся в функционировании нуклеиновой кислоты вириона (т.е. РНК) в качестве мРНК. Примером таких вирусов являются пикорна-(полиовирусы) и тогавирусы (вирус энцефалита лошадей). Эти вирусы имеют геном позитивной полярности +РНК. После вхождения в клетку геномная РНК (мРНК) непосредственно связывается с рибосомами и транслируется в различные вирусные белки. У полиовирусов она связывается с крупной полирибосомой и продуцируется одна огромная полипротеиновая молекула белка предшественника

Затем протеазы из нее нарезают структурные белки сердцевины и капсида. Кодируемая вирусом РНК полимераза, известная как РНК-транскриптаза, синтезирует комплементарную (-) цепь РНК, используя геномную РНК в качестве матрицы. В свою очередь, вновь синтезированные молекулы (-) РНК сохраняются в качестве матрицы для дальнейшей наработки необходимого количества геномной (+) нитевой РНК. Вновь образованные молекулы РНК могут сохраняться в цитоплазме как мРНК или использоваться как молекулы предшественники вирионной (геномной) РНК. Процесс завершается самосборкой вирионов и упаковкой геномной +РНК в капсиды.

Пикорновирусы (эти вирусы вызывают некоторые заболевания: полиомиелит человека, ящур крупного рогатого скота и др.) Помимо этих вирусов к пикарновирусам относятся и другие вирусы.

Тогавирусы (вызывают энцефалиты, желтую лихорадку).

Геномные РНК этих вирусов выполняют две функции. Во-первых, они выступают в качестве иРНК, т.к. последовательность нуклеотидов в геномной РНК данных вирусов идентична последовательности нуклеотидов в иРНК, т.е. их геном представлен «+»РНК или, как часто описывают эти вирусы, - вирусы с позитивным РНК геномом. После проникновения внутрь клетки данная РНК после депротеинизации может служить сразу иРНК, т.к. она имеет стартовые кодоны, участок для взаимодействия с рибосомой, аденилирована, имеет «шапочку» на 5^'- конце.!!!!!!!! Поэтому такая геномная РНК может сразу подвергаться трансляции с образованием соответствующих продуктов, в числе которых будут продукты, необходимые для последующих стадий репродукции вируса.

Геномная РНК пикорна- и тогавирусов является инфекционной и в «голом» виде может, при введении в клетку, вызывать ее заражение и обеспечивать репродукцию вирусного потомства, т.к. она сразу транслируется клеточными рибосомами. При трансляции таких геномных РНК, формируется крупный белок (полипептид), который в результате последующего процессинга формирует белки меньших размеров, которые выполняют соответствующие функции. Различают два этапа процессинга, в результате которых формируются три типа белков.

Пикорнавирусы названы так, исходя из их малых размеров. Родительская геномная РНК способна транслироваться рибосомами клетки без всяких дополнительных факторов. После трансляции формируется крупный белок, который процессируется с образованием белков разных функциональных характеристик. Среди этих белков при первом процессинге имеются белки, которые обеспечивают синтез РНК-молекулы, комплементарной геномной молекуле РНК, в последующем выступающей в качестве матрицы для синтеза уже геномной «+»РНК. Среди этих белков появляется РНК-полимераза, работающая на РНК-матрице (таких полимераз в клетках не существует). Это специфический фермент для синтеза вирусных РНК. РНК-полимеразы вируса, который обеспечивает синтез «-»нити, участвующей в репликации геномной РНК. Таким образом, первая функция геномной РНК РНК-содержащих вирусов с позитивными геномами является обеспечение трансляции вирусных белков. А вторая – это функционирование в качестве матрицы для синтеза «-»нити РНК, т.е. геномная РНК, служит для трансляции и для синтеза «-»нити (она нужна для последовательных синтезов «+»нитей для трансляции и для геномов).

Геномы тогавирусов также инфекциозны. Они тоже могут быть транслированы, они также аденилированы, имеют сайты для взаимодействия с рибосомами и сайты инициации трансляции, но отличаются от пикорнавирусов тем, что в них различают две стадии или два цикла трансляции белков. В первом цикле трансляции транслируется только часть геномной РНК, и синтезируются белки необходимые для транскрипции геномной РНК и его остающейся части. Образующаяся в процессе транскрипции «-»нить РНК, является, опять же, матрицей для синтеза комплементарных РНК, но двух типов. Молекулы первого типа представляют собой иРНК и дополняют иРНК, которая транслировалась на первом этапе. Второй тип будет являться геномной РНК. Он будет соответствовать по размеру геному (рис.5.3, л.5).

Первый цикл трансляции: транслируется часть генома и трансляция этой части генома обеспечивает синтез белков (неструктурных белков), кодируемых от 5'-конца. Среди этих белков главным образом белки обеспечивающие транскрипцию этой матрицы. Возникает комплементарная «-» РНК, которая не входит в состав вирусной частицы, ибо геном «+»РНК. Эта матрица ферментами транскрибируется с одной стороны геномной РНК, а с другой стороны иРНК, которая содержит информацию недотранслированную на первом цикле трансляции информацию. С этой иРНК на 2-ом цикле трансляции синтезируются белки с 3’-конца, являющиеся структурными белками, которые после определенного протеолитического процессинга участвуют в формировании зрелых вирионов. Т.е. тогавирусы отличаются от пикорнавирусов тем, что у них два цикла трансляции.

Следует иметь в виду, что геномная РНК этих вирусов является инфекциозной, т.к. она транслируется и в изолированном виде, может инициировать процесс репродукции вируса, т.к. при ее трансляции появляются все необходимые для этого белки, которые будут реплицировать геном, обеспечивать транскрипцию и т.д.

20. Основные типы репликации вирусных геномов (-)-РНК-геномы, (+)-РНК-диплоидные геномы.

Стратегия генома одноцепочечных (–) РНК вирусов. Одноцепочечные-РНК вирусы не несут сиквенсы, кодирующие белки, а содержат только комплементарную ему цепь. Более того, они могут использовать различные стратегии образования мРНК. Путь реализации стратегии генома наиболее часто следующий:-РНК > мРНК> белок (рис.3). Если геном реплицирован посредством одноцепочечной (+) РНК интермедиата, то он затем сохраняется в качестве матрицы для синтеза последующих (-) одноцепочечных геномных РНК. Клетки животных не имеют ферментов, использующих РНК в качестве матриц для образования РНК. Вирусы, использующие этот тип стратегии, кроме того, должны содержать в вирионе некоторое количество РНК транскриптазы, которая привносится в клетку при ее инфицировании вирусом.

Схема репродукции ортомиксовирусов

Такие одноцепочечные-РНК вирусы, как вирусы гриппа, имеют сегментированные геномы (несколько фрагментов). Репликация данных фрагментов РНК происходит в ядре и завершается созданием нескольких уникальных мРНК, кодирующих структуру определенного белка. При этом синтез каждого вирусного белка регулируется независимо. Для инициации транскрипции используется кэп-содержащий нуклеотидный сиквенс из 10-13 оснований, локализованный на 5’ конце клеточной мРНК. Он отщепляется эндонуклеазой вирусного происхождения. Таким образом, все вирусные мРНК приобретают сегмент 5’ конца клеточных мРНК. После завершения образования вирусспецифических мРНК они транслируются в полипептиды разных белков вируса. Ряд – РНК вирусов характеризуются экономной стратегией использования генетической информации: отдельные области геномной РНК имеют множественные рамки считывания, каждая из которых транскрибируется в уникальную мРНК, которая затем транслируется в соответствующие белки (1, 5, 6, 11).

__________

Ко второй группе вирусов, содержащих однонитевую РНК, относятся орто- и парамиксовирусы (возбудитель кори, свинки), рабдовирусы (возбудитель бешенства). Эти вирусы относятся к вирусам с негативным РНК-геномом. Характерно, что их геномная РНК должна выполнять функцию матрицы, чтобы формировалась геномная РНК потомства. Вирусы эти для обеспечения своей репродукции должны иметь в составе генома полимеразу, которая обеспечит репликацию.

Образующаяся «+» -нить служит на определенном этапе матрицей для синтеза геномной «-»-нити РНК. Изолированная РНК данных вирусов не является инфекционной. Возникающая иРНК этих вирусов при репликации аденилируется и потом легко взаимодействует с рибосомой.

Репродукционный цикл вирусов с негативным РНК-геномом не нуждается в репликативных ферментах клетки хозяина. Они не проникают в ядро, репродукционный цикл идет в цитоплазме.

Процесс сплайсинга обуславливает появление различных иРНК, обеспечивающих синтез соответствующих белков.

К этой группе относятся вирусы, которые репродуцируются несколько отличным способом. Некоторые из них проникают в ядро, где идет синтез нуклеокапсида, а сборка завершается в цитоплазме. Пример: вирус гриппа.

(+) РНК-диплоидные геномы

Вирусы, геном которых представлен двумя идентичными нитями позитивной РНК (диплоидный геном). Вирионы имеют РНК-зависимую ДНК-полимеразу. Ретровирусы.

Ретровирусы имеют диплоидный геном, представляющий инвертированный димер из двух молекул линейной позитивной полярности, оцРНК; каждая молекула содержит 7-11 тн и имеет полиА последовательность на З'-конце и КЭП-структуру на 5'-конце. Детальная организация геномов разных ретровирусов широко варьирует.

Стратегия +РНК геномных вирусов с обратной транскрипцией. Ретровирусы являются оболочечными вирусами и входят в клетку посредством слияния с плазматической мембраной и, возможно, мембранами эндосом. ВИЧ содержит одноцепочечную +РНК, но применяет уникальную стратегию репликации, создавая промежуточный продукт – двуцепочечную ДНК провируса (копию РНК-генома).

Схема репродукции вирусов с обратной транскрипцией

Процесс протекает с участием уникального фермента-обратной транскриптазы (ОТ) и РНК-азы Н, присутствующих в вирионе. Вирусная одноцепочечная +РНК сохраняется в качестве матрицы для вирионной РНК-зависимой ОТ. Последняя синтезирует молекулы ДНК из РНК матрицы. РНК-аза Н расщепляет нить РНК гибридной молекулы ДНК-РНК. Двуцепочечные ДНК-ые копии генома транспортируются в ядро и интегрируются в ДНК хромосом. В интегрированном состоянии геном вируса может находиться долгое время, и называются «провирусом», транскрибируются клеточными РНК-полимеразами, создавая молекулы РНК идентичные геному вируса. Молекулы этих РНК транспортируются в цитоплазму в несплайсированном виде или в виде нескольких сплайсированных мРНК. В этом отношении интегрированные ретровирусы (ДНК-провирусы) похожи на профаги лизогенных бактериофагов. Геномная РНК является мессенджером для трансляции серии молекул полипротеинов. Затем протеаза расщепляет полипротеиновую молекулу на полипептиды-предшественники отдельных структурных и неструктурных белков.