Някои общи характеристики на животинските вируси

1. Вирусите правят впечатление с голямото си многообразие. • Диаметър - от 10 до 200 nm, • Разлика в обемите от 10 000 пъти. • Екзотичен изглед на своята повърхност. • Всъщност всички вируси (без най-сложните) са конст-руирани според 1-2 основни плана. • Тази простота е наложена от малките размери на повечето вируси. • За да се конструира сфера с размерите на малък вирус от белтъци със средна големи-на са необходими около 5,5 милиона далтона белтък. • Геном, който може да се съ-бере в тези размери обаче може да кодира едва около 300 kD белтък, а и при това не всичкия се използва за из-граждане на вириона Вирусите са вътреклетъчни паразити, които могат да съществуват в две основнижизнени форми - една в клетката и една извън клетката. Извънклетъчната форма се нарича вирион или вирусна частица Някои общи характеристики на животинските вируси Вирусите са с много различниразмери и няколко форми

2. Особеност на вирусите е липсата или наличието на външна мембранна обвивка. Вириони, които съдържат само капсид и геном се означават като голи (naked). • Вируси, които имат липиден бислой или обвивка, заобикаляща капсида са мембранни (coated). • При такива вируси капсидът, плюс обвивката се означават общо като нуклеокапсид. • Обвивката се взема от клетъчната мембрана с един двустепенен процес, който се нарича пъпкуване Пъпкуване на вирусите Отначало вирусно-кодираните гликопротеини се инсертират в мембраната. След това вирионната обвивка може да контактува с цитоплазмения край на гликопротеините, което кара мембраната да се обвие около капсида и накрая да се откъсне от клетката. Клетъчната мембрана може да се затвори след пъпкуващия вирус. Някои вируси с мембрани могат да се освобождават непрекъснато от клетката за много поколения, без да увреждащ ефект.

3. 1. Двойноверижни ДНК вируси. Използ-ват клетъчната РНК Pol за синтеза на иРНК. Кодират капсидни и невирионни белтъци за репликация. 2. Едноверижни ДНК вируси с (-) вери-ги, или от (-) и (+) вериги, всяка в отде-лен вирион. Кодират само капсидни белтъци и зависят от клет. системи. 3. РНК геноми с (+) верига, която е иРНКс 3'-роlу-А и кепиран 5’ край. Кодират ензими за репликация на (+) веригата чрез междинна (-) верига. 4. РНК вируси с (-) верига - матрица за синтеза на иРНК чрез вирусна транск-риптаза веднага след инфекцията. 5. Двойноверижни РНК вируси. Носят вирусно-кодирани ензими за синтеза на иРНК от матрицата. 6. Ретровируси - с единичен (+) геном, който може да служи като иРНК – мат-рица за синтеза на двДНК, а тя - за транскрипция на вирусна иРНК и геном на новите вирусни частици. Вирусната ДНК се синтезира от обратна транс-криптаза - ензим, носен от вириона. 7. Хепатит В вируси, известни също като хепаднавируси. Имат геном пълна (-) ДНК верига и по-къса (+) верига. Имат ДНК Pol, която завършва (+) вери-гата до двойноверижна ДНК, която се транскрибирана във вирусна иРНК. Вирусните геноми могат да са едно- или двуверижни, линейни или циклични, РНК или ДНК

4. Животинските вируси използват различни начини за репликация и генна експресия Стратегии на РНК вирусите за синтеза на много белтъци от моноцистронна иРНК • Разрязване на белтъците. Много РНК вируси синтезират множеството белтъци, като синтезират полипротеини, които след това се нарязват, за да се отделят индивидуалните белтъци. В най-крайните случаи, какъвто е вирусът на по-лиомиелита, цялата верига се транслира в единствен поли-пептид, който след това се нарязва на десет отделни белтъка. • Сегментиран геном. Някои вирусни РНК геноми се състоят от множество части РНК, всеки от които кодира отделен белтък. Такъв е грипният вирус. • Nested иРНК. Някои вируси експресират вътрешните гени чрез образуване на серия иРНК с намаляваща дължина, които имат идентични 3'-краища, но различни 5' части. Те се наричат вгне-здени (nested). Всяка дава различен белтък, който се транс-лира от тази рамка на четене, която е най-близо до 5'-края на иРНК. Подобна стратегия се наблюдава при някои (+) РНК вируси, каквито са коронавирусите. • Сегментна синтеза. В някои случаи (+) РНК се синтезира като една дълга единица, а отделните иРНК за всеки белтък се образуват чрез отрязване или терминация и реинициация.

5. Стратегии на ДНК вирусите да синтезират множество белтъци от моноцистронни иРНК • ДНК вирусите имат същия проблем на моноцистронните иРНК. Макар, че те могат да разрешат този проблем с наличието на транскрипционни промотори пред всеки ген, понякога те използват сложен начин на сплайсинг на РНК, за да свърже идентичните 5'-краища към множествените транскрипти. • ДНК вирусите имат специфичен проблем с репликацията, който възниква от това, че ДНК полимеразата не може да започне сама синтезата на нова верига ДНК, а може само да я продължи от наличните праймери. Това предизвиква остър проблем при завършване на краищата на линейните вериги, тъй като отделянето на праймерите, които по прин-цип са от РНК, ще даде едноверижни 3'-опашки. Разреша-ването на този проблем изисква участието на пръстено-виден геном, крайна самокомплементарна секвенция, която може да инициира удължаването на нова ДНК верига и терминални белтъци, които свързани с крайния нуклеотид, служат като праймери и остават ковалентно свързани към 5'-края на всяка верига ДНК.

6. Животинските вируси използват гликопротеинови рецептори на повърхността на клетката Вирусът не взаимодейства с рецептори, които имат β 1-3, вместо β 1-6връзка меж-ду сиаловата киселина и съседния заха-рен остатък • Вирусната инфекция започва с взаимодействието на вируса със специфична рецепторнамолекула на повърхността на клетката. • Това взаимодействие е високо специфично и се осъществява от вирусно-кодирани белтъци на повърхността на вириона • Рецепторите определя дали клетката е пермисивнакъм вирусната инфекция, спецификата на вируса за гостоприемника и тъканта се определя от типа на рецепторите на клетъчната по- върхност. • Повечето рецептори са гликопротеини. • Няколко вирусни групи, (като грипа) разпознават терминалният остатък на полизахаридната верига, обикновено сиалова киселина • Третирането на клетката със сиалинидаза (неураминидаза) унищожава способността на клет- ката да бъде инифицирана от подобни вируси

7. Вирусите навлизат в клетката чрез фузия или ендоцитоза Съществуват два добре документирани начина, по които вируси-те могат да преминат мембраната и да навлязат в цитоплазмата - фузия (сливане) и ендоцитоза. Механизмът на фузията става при парамиксовирусите - вируси с обвивка. Тук спада вирусът на заушката и вирусът на Сендай. Сливането се дължи на един гликопротеин в мембраната - F или сливащ белтък. Образува се с процесиране на предшественик. Рязането открива хидрофобната област в F-белтъка, необходима за взаимодействие с клетъчната мембрана. След това двете мембрани се свързват и като резултат капсидът се вкарва в клетката. • При ендоцитоза се използват кле- тъчни механизми за приемане на макромолекули; • По този начин навлизат мембран- ни вируси с повърхностен глико- протеин • Вирусът се свързва с клатриноврецептор в рецепторна ямка,която се превръща във вакуола; • Тук става ендоцитоза на рецепто- рите,заедно с техният специфичен лиганд; • Все още вирионът функционалное извън клетката, тъй като е об- граден от клетъчната мембрана • Вакуолата губи клатриновата сиобвивка и се слива с по-големи клетъчни вакуоли - ендозоми. • Ниското рН в ендозомите активира латентна сливаща активност във вирусните шипове; • Става фузия на вирусната и ендо- зомната мембрана и вириона нав- лиза в цитоплазмата

8. РНК вируси. Геноми и основни принципи на експресияРНК вируси с (+) верига Полиомиелитен вирус - модел за (+) РНК вирус • Най-добре изследваниятпикорнавирус. • Единична (+) РНК верига от около 7 400 нуклеотида; • Икосаедрален вирион от четири вирусно-кодирани белтъка - VP1, 2, 3 и 4 (по 60 копия на вирион; • VP1 е отговорен за закреп-ването на рецептори по епителни клетки, фибро-бласти и нервни клетки; • Клетъчният цикъл на по-лиовируса става в цито-плазмата • Жизненият цикъл е най-бързият сред всички живо-тински вируси. Вирусът има (+) РНК, която влиза в клетката и служи като иРНК за белтъчна синтеза. Като клетъчните иРНК, полио-РНК има poly-A секвенция на 3'-края, но не е кепирана на5'-края. Вместо това има един малък белтък VPg, ковалентно свързан с 5'-края чрез фосфодиестерна връзка между терми-налния 5’-уридинов нуклеотид и тирозинов остатък във VPg

9. Геномът на полиовируса кодира само един белтък • Вирусната РНК се транслира в само в един полипептид, наречен NCVP (nascent cleavage virus protein), от който се отрязват всички останали вирусни белтъци; • Вирусният геном има само една отворена рамка на четене (ORF) от 6620 нуклеотида. • На 5‘ края има нетранслираща се област от 740 нуклеотида • Инициацията не е при първия АУГ кодон – прескачат се 8 АУГ от 5'-края. • На 3' има нетранслираща се област, последвана от poly-A опашка. • N-края, който се синтезира пръв, съдържа белтъците на вириона • С-края се реже, и дава белтъ- ци за репликацията - РНК- зависима РНК полимераза или репликаза,VPg и белтък, за протеолитичните рязания

10. Репликацията на полиовируса може да се инициира от белтък, ковалентно свързан с 5'-края на РНК • След като иРНК синтезира вирусни белтъци за своята репликация, тя трябва да послужи като матрица за репликация. • Репликацията започва със синтеза на(-)верига, която се образува при копи-ране на (+) веригата от инициаторен сайт, близо до 3'-края. • Първо, тъй като на 3'-края има poly-A опашка, 5'-края на (-) веригата има комплементарен участък от poly-У. За разлика от еукариотните иРНК, при по-лиовирусната иРНК poly-A не се добавя след транскрипцията, а се реплицира заедно с останалата част от генома. • Второ, за разлика от всички ензими, които извършват синтеза на РНК и в подобие на ДНК полимеразите, тук репликазата може да започне добавяне на нуклеотиди само към съществуващ праймер • Следователно репликазата е неактивна, когато има само полиовирусна РНК като матрица - трябва да е налице и праймер. • Праймерът тук не е къс олигорибонук-леотиден участък, както при клетъчната ДНК полимераза. Вместо това праймер е поли-У фрагментът, който е ковалентно свързан с малкия белтък VPg

11. Сглобяването на полиовирусаизисква разрязване на капсидните предшественици • Най-ранното разрязване на NCVP дава на N-края Р1, от който се получават четири капсидни белтъка; • Това включва серия от реакции на разрязвания и свързване на капсидните белтъци един с друг; • По 5 копия от Р1 се свързват в пентамери; • Молекулите Р1 се режат на фрагменти VPO, VP1 и VP3; • 12 пентамера агрегират в една куха, капсидоподобна структура, наречена прокапсид; • Вмъкването на генома в прокапсида дава структура, наречена провирион; • Зрял вирион се получава чрез протеолитично разрязване на VPO go VP2 и VP4; • Ранните рязания са основно във връзките Gln- Gly, докато пo-късното рязане на VP0 става при Asn-Ser и може се извърши от самия VPO; • Подобно сглобяване, при което агрегирането на молекулите на предшественика е последвано от протеолитично разрязване до нормални молекули се наблюдава и при други вирусни групи; • Прост механизъм на последователни промени в конформацията, когато са необходими - крайното рязане на VPO може да промени вирионната структура от достатъчно рехава и отворена да приеме вирусния геном, до друга, която е плътна и предпазва генома от изпадане и екстремни стойности на рН.

12. Други (+) РНК вируси могат да имат по-сложна генна екпресия Тогавирусите имат (+) верига РНК от 12 000 бази като геном и икосаедрален капсид като обвивка. Геномът на тогавирусите е бицистронен Цистронът, който е най-близък до 5'-края, кодира вирусна репликаза, а цистронът, по-близък до 3'-края, кодира предшест-веник на вирусните бел-тъци. Тъй като вътрешни-ят инициаторен сайт на втория цистрон е неви-дим за рибозомата, сами-ят геном може да служи като иРНК само за вирус-ната репликаза

13. Nested иРНК при корона вирусите Още по-краен случай на вгенездените (nested)иРНК се наблюдава при коронавирусите Техният 16-кб геном се експресира чрез не по-малко от седем отделни иРНК, всяка съдържаща 3'-края на генома, като всяка служи за матрица за синтеза на различен генен продукт – този, който е в началото и който има ORF. Интересно е, че всяка отделна субгеномна иРНК съдържа обща 5'-лидерна секвенция с дължина 72 нуклеотида

14. РНК вируси с (-) веригаVSV - модел за вирус с (-) РНК верига • Генома е (-) РНК и не притежава кеп и poly-A опашка, които са харак-терни за (+) РНК • РНК не може да се транслира, а ензимите, необходими за синтеза-та на иРНК се носят от самия вирион • Последните 2 белтъка - L (голям) и NS (неструк-турен), изпълняват тази роля. • Комплекса L-NS се нарича транскриптаза, • Ролята му е да синте-зира (+) транскрипти, веднага след като гено-ма на вируса навлезе в клетката. • Рабдовирусите са малки вируси с обвивка, геном от (-) РНК верига и специфична форма на куршум; • Най-известният и смъртоносен член на семейството е вирусът на едрата шарка; • Типичен за групата е вируса на везикуларния стоматит (VSV - vesicular stomatitis virus); • VSV кодира само пет белтъка и всички те са намерени във вириона; • Нуклеокапсидният белтък (N) включва генома в спирален, еластичен капсид, който е правилно нагънат във вириона; • Матриксният (М) белтък се намира между капсида и обвивката и контактува едновременно с N белтъка и вътрешния край на; • Вирионния глииопротеин (G), който освен това е и белтък, отговорен за контакта с клетъчните рецептори.

15. VSV транскриптазата катализира едноременно синтезата на иРНК и репликацията L-NS ензимa може да катализира шест различни реакции: матрично-зависима синтеза на РНК, полиаденилиране и четирите ензимни етапа, с които се характеризира кепирането Свободните РНК са неактивни и само VSV-РНК комплексът с N белтък работи. Синтезата на VSV иРНК става по определен начин от 3'-края към 5'-края на геномната матрица Kомплексът L-NS се свързва с 3'-края на генома и се синтезира 48-базова лидерна РНК. Когато N е малко, този фрагмент се отделя от матрицата и след това комплексът синтезира последователно петте иРНК, като полиадени-лира всеки фрагмент на 3'-края, преди да започ-не синтезата на следва-щия.

16. Образуване на Poly-A опашка на всяка иРНК Друг механизъм се използва, за да се добави poly-A към петте иРНК. (-) веригата на генома съдържа специфична секвенция в една област, съответстваща на свързването между всяка иРНК. Тази секвенция е поредица от седем У остатъка, съответстващи на мястото на poly-A в иРНК. Тя очевидно позволява poly-А да се добави чрез плъзгане, което включва движение на транскриптазата напред-назад за последователно образуване на дълга секвенция, която съдържа само А нуклеотиди.

17. VSV транскриптазата катализира едноременно синтезата на иРНК и репликацията С протичането на репликацията на VSV е необходимо изместване от синтеза на иРНК към синтеза на пълна (+) верига - матрица за синтеза на генома на новите вируси и това изместване се ръководи от N-белтъка. Лидерната РНК молекула от 48 нуклеотида, която се синтезира в началото, притежава специфичен свързващ сайт за N белтъка. При достатъчно N белтък, той ще се свърже с този сайт, образувайки нукле-окапсид на (+) вери-гата, веднага след се L-NS и това предиз-виква синтеза на пълна (+) верига. Покриването на новата (+) верига с N белтък пречи на нейното полиаде-нилиране и така се синтезира цялост-на (+) верига

18. Грипът има сегментиран (-) РНК геном • Грипният вирус има (-) РНК верига, поради което има вирусна транскриптаза, асоциирана с генома • Геномът му е разделен на осем сегмен-та с определена дължина, всяка от кои-то кодира отделенгенен продукт • Всеки сегмент е обвит в собствен спи-рален нуклеокапсид, заедно със собст-вен транскриптазен ензим Грипните вириони са приблизително сферични, с два отделни типа повърхностни гликопротеини, Един от типовете шипове, изграден от хемаглутинин (НА) разпознава повърхностните клетъчни рецептори, и има възможност за сливане, който позволява на вируса да прониква през мембраната след ендоцитоза. Другият, изграден от неураминидаза (NA), отделя крайните остатъци от сиаловата киселина от повърхностните клетъчни белтъци. Вириона съдържа матриксен (М) и нуклеокапсиден (N) белтък, подобно на VSV. Четирите останали белтъка са вирусната транскриптаза. Всеки вирусно-кодиран белтък може да се свърже с определен сегмент, като има грубо съответствие в размерите, така че по-големите сегменти кодират по-големи белтъци

19. Грипният вирус инициира транскрипцията с откраднати кепове Развитието на грипния вирус за-виси от репликацията в ядрото !!! Вирионната транскриптаза е неактивна in vitro, за разлика от тази на VSV Транскриптазата на грипа, подобно репликазата на полиовируса, изисква праймер, а праймерите са в клетъчното ядро • In vitro праймерът може да се достави, като към сместа от разрушени вириони и НТФсе прибави иРНК с пълна дължина. Продукт на реакцията е вярно копие на всеки (-) РНК сегмент, с изключение на това, че началните няколко нуклеотида са заместени от къс фрагмент, взет от 5’ края на клетъчната иРНК, включително и кепиращата група. Така се оказва, че РНК е била инициирана с 5'-кепиращата група, открадната от друга иРНК. • Вместо да има апарат за синтезиране на кепиращата група, вирусната транскриптаза е развила механизъм за нейното отделяне от клетъчната иРНК.

20. Някои фрагменти на вирусния геном синтезират повече от един белтък • Два от фрагментите на вирусния геном претърпяват алтернативен сплайсинг. Затова, макар вируса да има 8 фрагмента РНК, в инфектираната клетка се откриват повече от 8 белтъка и никой не е продуктна рязане на друг белтък; • Двата най-малки геномни сегмента дават две частично припокриващи се иРНК и два белтъка. И в двата случая, едната иРНК се получава от другата чрез сплайсинг. И в двата случая сплайсингът става така, че карбоксилният край на белтъка, кодиран от едната иРНК, се копира в различна рамка на четене от родителската иРНК. Грипният сегмент 8 кодира два структурни белтъка - NS1 и NS2. Без погълнатият 5'-кеп, иРНК на NS1 е колинеарно, но непълно копие на сегмент 8. Около 55 нуклеотида на 5'-края от иРНК на NS2 са общи с иРНК на NS1. Следва делеция на 473 нуклеотида, при което се използва клетъчният механизъм. В резултат на тези иРНК структури, белтъците NS1 u NS2 имат девет общи аминотерминални АК, но се различават напълно в останалата част на своята АК секвенция. Двете иРНК, от геномния сегмент 7 имат сходни взаимоотношения.

21. Структура на хемаглутининовите гликопротеини на грипния вирус Хемаглутининовите шиповесе състоят от три идентични молекули. Всеки мономер се синтезира като типичен мембранен гликопротеин. След вмъкване в мембраната, белтъка се реже, за да даде два пептида - HA1 и НА2, които се свързват помежду си с дисулфидни мостове и се закотвят в клетъчната мембрана чрез С-терминални-те хидрофобни области Рентгеноструктурният анализ показва, че тримера на НА е удължен цилиндър, в който всеки (HA1+ НА2) мономер дава дълго нишковидно стебло и глобуларна глава. Свързващият участък на рецептора се наблюдава като вдлъбнатина на главата. Свързващите участъци за антитялото също се намират върху главите, като в четири различни области са наблюдавани АК-замени, които водят до нови антигенни типове.