ESTRATEGIAS DE LOS VIRUS PARA LA REPLICACIÓN DE SU GENOMA Ignacio Ralli - 2016 Una de las etapas del ciclo replicativo viral es la replicación del genoma y expresión genética para la síntesis de proteínas virales, para lo cual el virus necesita presentar a la célula un ARN viral que pueda ser reconocido y traducido a dichas proteínas. Para esto, cada familia viral, de acuerdo a su tipo de genoma, desarrolla estrategias que le permiten formar el ARN viral que actuará como ARNm. ETAPAS DEL CICLO DE REPLICACION VIRAL: 1. Unión virus-célula. 2. Penetración o ingreso a la célula. 3. Desnudamiento o pérdida de envolturas. 4. Replicación del genoma y expresión genética. 5. Ensamble. 6. Maduración. 7. Liberación. Antes de continuar repasemos rápidamente como una célula eucariota del organismo fabrica sus proteínas. El genoma de las células eucariotas está compuesto de ADN formado por una doble hélice en la que cada una de las 2 hebras está orientada de forma opuesta, es decir que una está en dirección 3-5 y la otra 5-3. La transcripción es el proceso por el cual a partir de ese ADN se obtiene ARNm gracias a la acción de una enzima llamada ARN polimerasa. En eucariotas, este proceso ocurre en el núcleo celular. La síntesis de proteínas o traducción tiene lugar en los ribosomas del citoplasma celular, en donde los aminoácidos son transportados por el ARNt y son llevados hasta el ARNm, allí se aparean el codón (compuesto por un triplete de bases nitrogenadas) de éste con el anticodón del ARNt por complementariedad de bases. En el caso de las partículas virales, el genoma no está compuesto siempre por ADN como en el caso de una célula eucariota, sino que varía. El genoma viral está compuesto por ADN o ARN. Los virus no contienen ADN y ARN simultáneamente. El ADN puede ser de una sola cadena (ss por sus siglas en inglés) (parvovirus y circovirus), de doble cadena (ds por sus siglas en inglés) (polyomavirus, adenovirus, herpesvirus, poxvirus), o parcialmente de doble cadena (hepadnavirus). El genoma de ADN puede tener sus extremos ligados el uno al otro (circular = polyomavirus, circovirus) o no estar unido por sus extremos (linealadenovirus, herpesvirus, parvovirus). Todos los genomas virales de ARN son lineales. La mayoría de estos son de cadena sencilla y unos pocos son de cadena doble (reovirus, birnavirus). La mayoría tienen sus genomas en una sola pieza (monopartita) mientras que otros lo tienen dividido en segmentos.
Fuente: http://franciscojaviercervigonruckaver7.blogspot.com.ar/2015/06/francisco-javier-cervigonruckaver_7.html
Según la clasificación de Baltimore (basada en el tipo de genoma y replicación) se los puede dividir en 7 grupos o clases. VIRUS DE CLASE I Virus de ADN de doble cadena. Esta clase puede subdividirse en dos grupos: a) Replicación exclusivamente nuclear. Estos virus utilizan la ARN polimerasa celular, la cual se encuentra en el núcleo. -Flias. Herpesviridae, Adenoviridae, Poliomaviridae, Papilomaviridae- b) Replicación citoplasmática. Estos virus han evolucionado y adquirido los factores necesarios para la transcripción y replicación de sus genomas; poseen una ARN polimerasa ADN dependiente asociada al virión, por lo tanto son bastante independientes de la maquinaria celular. -Flias. Poxviridae y Asfarviridae- Representación de la estrategia de replicación viral de los virus de clase I tomando como ejemplo a la familia Adenoviridae. El virus ingresa por endocitosis, en el endosoma por influencia del bajo ph se produce el desnudamiento del virión. Luego, por la red de microtúbulos, llegan a la membrana nuclear en donde se asocian al complejo del poro nuclear. El ADN liberado se transporta al núcleo. La ARN polimerasa II transcribe genes y exporta los ARNm al citoplasma para sintetizar proteínas virales tempranas en los ribosomas de la célula hospedadora. Estas proteínas ingresan al núcleo en donde regulan la transcripción de los genes celulares y virales. Las proteínas tempranas incluyen las proteínas de replicación viral, que se importan al núcleo y cooperan con un número limitado de proteínas celulares en la síntesis de ADN viral. Fuente: Esquemas de ciclos de replicación viral (Cann, 1997). Algunas moléculas de ADN viral replicadas pueden servir como molde para nuevas rondas de replicación o para la transcripción de los genes tardíos (que codifican para las proteínas estructurales). Dentro del núcleo, las cápsides se ensamblan a partir de estas proteínas y los genomas virales de la progenie se encapsidan para formar viriones inmaduros no infecciosos.
VIRUS DE CLASE II Virus de ADN de cadena simple positivo. La replicación ocurre en el núcleo, involucra la formación de una doble cadena de ADN intermediaria, que sirve como molde para la síntesis del nuevo ADN de cadena simple. -Flias. Parvoviridae y Circoviridae- Representación de la estrategia de replicación viral de los virus de clase II tomando como ejemplo a la familia Parvoviridae. Fuente: Esquemas de ciclos de replicación viral (Cann, 1997). El virión penetra en el citoplasma por endocitosis y alcanza el núcleo vía transporte microtubular. La replicación del ADN viral y el ensamblaje de la cápside requieren que la célula esté en la fase S del ciclo de división celular debido a la necesidad que tiene el virus de la maquinaria de replicación del ADN del hospedador para la replicación del ADN viral. Las ADN polimerasas celulares replican el ADN viral para formar un intermedio de ADN de doble cadena, que se utiliza luego como molde para la transcripción de los ARNm virales. Estos sirven para la síntesis de proteínas tempranas y tardías. VIRUS DE CLASE III Virus de ARN de cadena doble. Estos virus tienen genoma segmentado, cada segmento es transcripto por separado para producir ARNm monocistrónicos 1 individuales. -Flias. Reoviridae y Birnaviridae- Representación de la estrategia de replicación viral de los virus de clase III tomando como ejemplo a la familia Reoviridae. La replicación de los reovirus tiene lugar en el citoplasma. El virión penetra en la célula mediante endocitosis y es desprovisto parcialmente de su envoltura por acción de hidrolasas lisosómicas. Se producen moléculas de ARN de cadena doble por la síntesis de cadenas de ARN de sentido (-). Estas cadenas dobles sirven, a su vez, como moldes para la transcripción de más ARNm, que posteriormente se traducen en proteínas víricas estructurales. Finalmente, las partículas subvíricas se asocian a otras proteínas para completar la maduración vírica. 1 Contienen información para una sola cadena polipeptídica. Solo tiene un codón de inicio AUG, que es reconocido por los ribosomas para iniciar la traducción, por lo que solo da lugar a una proteína.
Fuente: Esquemas de ciclos de replicación viral (Cann, 1997). VIRUS DE CLASE IV Virus de ARN simple de sentido positivo. Estos virus pueden dividirse en dos grupos: a) Orden Nidovirales: Producen ARNm monocistrónicos subgenómicos, unidos en su extremo 3 - Flias. Coronaviridae y Arteriviridae- b) Virus con ARNm policistrónicos 2 : El genoma (ARN +) actúa como ARNm, el cual es traducido luego de la infección, resultando en la síntesis de una poliproteína, la que es posteriormente clivada para formar las proteínas maduras. -Flias. Picornaviridae, Caliciviridae, Flaviviridae, Togaviridae y Astroviridae- Representación de la estrategia de replicación viral de los virus de clase IV tomando como ejemplo a la familia Picornaviridae. El virión se une a un receptor celular e ingresa por endocitosis, la liberación del genoma (ARN cadena simple positivo el cual es utilizado como ARNm) se produce desde el interior de los endosomas localizados cerca de la membrana plasmática. El genoma viral se dirige a los ribosomas en donde es traducido a una poliproteina la que finalmente se cliva (por proteasas codificadas en el genoma viral) con la producción de varias proteínas, ya sean estructurales o funcionales. El genoma, además de servir como ARNm para la síntesis de proteínas virales, también sirve como molde para generar la cadena negativa de ARN que se transcriben en ARN positivos (igual al genoma viral original). Una vez ocurrido esto, se deben ensamblar los componentes para la formación de las nuevas partículas virales. 2 Codifican más de una proteína. Tiene varios codones de inicio AUG, por lo que da lugar a varias proteínas.
Fuente: Esquemas de ciclos de replicación viral (Cann, 1997). VIRUS DE CLASE V Virus de ARN simple negativo. Los genomas de estos virus pueden dividirse en dos grupos: a) Genomas segmentados: El primer paso en la replicación es la transcripción del genoma (ARN-) por acción de la ARN polimerasa ARN dependiente, asociada al virión; esta enzima produce un ARNm monocistrónico, que sirve como molde para la replicación del genoma. -Flias. Ortomixoviridae. Algunos de estos virus poseen un ARN ambisentido: Bunyaviridae y Arenaviridae- b) Genomas no segmentados -Orden Mononegavirales... -Flias. Paramixoviridae, Rabdoviridae, Filoviridae y Bornaviridae- Representación de la estrategia de replicación viral de los virus de clase V tomando como ejemplo a la familia Rabdoviridae. El ciclo de replicación del virus de la rabia se lleva a cabo en el citoplasma de la célula blanco, ya que ninguna célula de mamíferos contiene una enzima capaz de transcribir y replicar ARN a partir de una cadena molde de ARN. El virus cuenta con su propia transcriptasa y replicasa. El virus penetra por endocitosis dentro de una vacuola fagocítica. La reacción de fusión de membranas (membrana viral y membrana plasmática), que favorece la inyección de la nucleocápside al citoplasma, depende de un cambio a ph ácido dentro de la vacuola fagocítica. El virus de la rabia se replica exclusivamente en las regiones del citoplasma donde existen ribosomas (en el soma de la neurona). Cuando la nucleocápside alcanza el citoplasma, el genoma inmediatamente empieza a ser transcripto por la transcriptasa viral (polimerasa ARN dependiente) produciendo miles de copias del genoma del virus de la rabia (ssrna-). El proceso de traducción que se lleva a cabo por los ribosomas celulares es casi de manera simultánea a la transcripción.
Fuente: Esquemas de ciclos de replicación viral (Cann, 1997). VIRUS DE CLASE VI Fuente: Esquemas de ciclos de replicación viral (Cann, 1997). Virus de ARN simple positivo diploide con una forma ADN intermediaria. No puede actuar directamente como ARNm, sino que sirve como molde para la síntesis de ADN por acción de la enzima viral Transcriptasa reversa (RT). -Flia. Retroviridae- El virus ingresa a la célula por endocitosis. La síntesis de ADN vírico, se produce en el citoplasma a través de la RT que cataliza la formación de ADN a partir de ARN genómico. El ADN creado pasa al núcleo celular y se inserta en el genoma como provirus, luego transcripto por la ARN polimerasa II celular. es VIRUS DE CLASE VII Virus de ADN doble cadena, circular e incompleto con una forma ARN intermediaria. Estos virus también utilizan la Transcriptasa reversa, pero a diferencia de los anteriores esta transcripción ocurre en la partícula viral durante la maduración. Cuando infectan una célula la primera acción es completar la cadena de ADN incompleta, luego se produce la transcripción. -Flía. Hepadnaviridae-.
Fuente: Esquemas de ciclos de replicación viral (Cann, 1997).
BIBLIOGRAFIA - Apuntes del Área, Ciclos de replicación viral. - Apuntes del Área, Esquemas de ciclos de replicación viral. - Biología celular y molecular, De Robertis, E. Hib. J, 16 Edición 2012, Edit. Promed. - http://franciscojaviercervigonruckaver7.blogspot.com.ar/2015/06/francisco-javiercervigon-ruckaver_7.html - Fenner s Veterinary Virology; F. Fenner; Academic Press Inc. 4 th Ed. 2011. - Virología Veterinaria, IVIS (International Veterinary Information Service). Carter G.R., Wise D.J. and Flores E.F (2005). - Principles of Molecular Virology. Alan Cann, 2 nd edition, 1997.