Особенности репродукции вирусов животных и человека

Репродукция в. происходит в разных частях кл. – дезьюктивный тип.

Вирусная репродукция - уникальная форма выражения чужеродной информации в инфецированных клеток жив. и ч-ка, состоит в подчинении матричного генетического аппарата кл. хоз.

1. Начальные этапы:

Адсобрция

Проникновение

Раздевание

2. Средний этап(эклипс): - особенности транскрипции, трансляции и репликации.

3. Заключительный период – выход зрелых вирусных частиц из клетки.

Начальный этап

Адсорбция – у в. Жив – ых и ч-ка есть специфические рецепторы,к-рые позволяют адсорбироваться к поверхностым рецепторам Кл. хоз. Начальные процессы адсорбции имеют специфический характер, в основе электростатистические взаимодействия «+» и «_»заряженных группировок на поверхности в.частички Кл. хоз. Узнавание в. Частички приводит к прикреплению. Рецептор для в. Гриппа и сем. Парамиксовирусов – сиаловая кислота, для сем. Рабдо в и Рео в. – углеводные компоненты оболочки Кл. хоз. Для сем. Пикорно в. И адено в. – белковые компоненты оболочки Кл. хоз.

Две фазы неспечифическая и специфическая адсорбция. Неспецифическая – образование единичных связей. специфическая – рецеторы играют роль не только для прикрепления к поверхности а также внутриклеточный транспорт и доставка к определенным участкам клетки.чтобы наступило необратимое (специфическое) адсорбция – множество связей (мультивалентные прикрепления, до 3000) – это возможно благодаря свободному перемещению молекул рецептора в липидном бислое (текучисть мембран). Увеличение текучисти липидов является ранним и важным событием для взаимодействия в.частицы с рецепторами кл. хоз. Следствие: формирование рецепторных полей (стабильное необратимое прикрепление).

Кол-во рецепторов 10*4, 10*5 на 1 кл. от типа в.

На этом этапе определенную роль играют прикрепительные белки – входя в состав фибров Аденовируса и входят в состав шипов сложных в. У простоорганизованных фагов белки – на поверхности капсидной оболочки.

Проникновение (пенитрация) два альтернативных механизма:

- путем виропексии (эндоцитоз). Термин виропексис в 1948г. Предложил Десантро – в.частичка попадает в цитоплазму Кл. хоз. В результате инвагинации участка плазматической мембраны, образуется вакуоля содержащяя в. частицу (наз. рецепторный эндоцитоз)- происходит в специальных участках клетки где имеются специальные ямки покрытые со стороны цитоплазмы особым белком клатрин(высокая М). на дне ямки специальные рецепторы обеспечивающие быструю инвагинацию и образование покрытых клотрином внутри клеточных вакуолей. Кол – во образования вакуолей в 1 минуту до 2000. в дальнейшем вакуоль сливается с более крупными цитоплазматическими вакуолями – образуется рецептосомы. В дальнейшем рецептосомы сливаются с лизосомами. Таким механизмом порникает многие оболочечные и безоболочные вирусы. В дальнейшем в. частица может освобождаться в цитоплазме (цитоплазматические в.) или в ядре (ядерные в.). Схема:окаймленная ямка-пузырек-эндосома (рецептосома)-лизосома-слияние мембран в. и мембраны кл хоз-выход

- слияние мембраны клетки хозяина с вирусной оболочкой. Этот механизм обусловлен взаимодействием вирусного белка – слияний с липидами клеточной оболочки.вирусная липопротеидная оболочка встраивается в клеточную мембрану а нуклеокапсид попадает внутрь. Белки – слияния специфичны для каждого в. Н.: парамиксовирусы – F – белок, вирус гриппа – НА2.

Отличия: 1. в эндоцитозе вирусная частичка пассивный пассажир, а при слиянии она активный участник процесса. 2. слияние мембран при кислых значениях рН = 5- 5,75 если подщелочить до рн = 6 слияние не происходит – это обусловлено конформационными изменениями вирусных белков слияния.

Раздевание – вирусная частичка должна сбросить белковую оболочку для начала инфекционного процесса – освобождение генома. В результате распада вирусные частицы исчезает инфекционная активность, появляется чувствительность к неклеазам, возникает устойчивость к действию антител, теряется фаго чувствительность. Конесным продуктом разлевания – образование серцевины нуклеокапсида или нуклеиновой кислоты связанной с внутренним белком.. раздевание порисходит в специальных участках клетки (на лизосомных структур, аппарат Гольджи, околоядерных пор). Раздевание и внутриклеточный транспорт взаимосвязанные процессы, т.е. процесс раздевания начинается после прикрепления вирусной частицы к клеточным рецепторам и продолжается в эндоцитозных вакуолях при слиянии их с лизосомами при участии протеолитических ферментов. При нарушении процесса раздевания вирусная частичка может попасть в лизосому и в ней разрушится. Поэтому высвобождение компонентов вириона происходит до того как оно сливается с лизосомой. Однако некоторые вирусы н.: сем. Риовирусы используют гидролазы для деградации лизосомы. Т.о. процесс раздевания многоступенчатый, в результате чего образуется промежуточные формы, Н.: у Пикорновирусов промежуточные субклеточные частицы размер которых постепенно уменьшается от 156S до 12S; Аденовирусы- субъединица в. частицы – сердцерина – ДНК+внутренний терминальный белок.

Средний период (Эклипс).

Начинается с этапа транскрипции, продукт транскрипции – и-РНК, продукт трансляции – белок. ДНК - и-РНК – белок.

Стратегия в. генома в отношении синтеза и-РНК у различных в. различна.

У ДНК-содерж в. и-РНК обычно синтезируется на матрице одной из нитей ДНК.

У в., репродукция кот происходит в ядре кл хоз, обычно испол клеточную РНК-полимеразу – ядерные или почкующиеся в. (Аденовирусы, Папововирусы, Герпесвир).

У ДНК-содерж в., репродукция кот происходит в цитоплазме Кл хоз, испол специфическую вирусную ДНК-полимеразу (в. оспы).

РНК-содерж «+» цепочечные в. - геном представлен и-РНК, у них нет транскрипции, специфический фермент репликаза испол родительскую «+» цепь для синтеза «-» цепи, а затем синтезирует «+» цепь будущего вириона. (Пикорновир, Тоговир, Короновир).

РНК-содерж «-» цепочечные в. – собственный геном явл матрицей для синтеза и-РНК. Имеют собственную транскриптазу. Транскрипция – самостоятельный процесс (Ортомиксовир, Рабдовир, Буньвир).

Для Реовирусов (дипловирусы) есть РНК-полимераза или транскриптаза. В сердцевине 2 материнские ДНК, не входят в состав будущего вириона.

Ретровирусы – уникальный путь передачи ген информации РНК-ДНК-РНК-белок. Имеет фермент – обратная транскриптаза (РНК-зависимая ДНК полимераза). Сначала синтез провирусной ДНК из «-» цепи достраивается «+» цепь и двунитчатая ДНК интегрируется в геном хоз. Путем образования из линейной структуры кольцевой структуры. Опасный – процесс трансформации из нормальных кл в онкоклетки.

 

Регуляция транскрипции вирусного генома происходит на протяжении всего инфекционного цикла. У некот в. ДНК-содерж существует 3 периода транскрипции: сверхранний, ранний, поздний. Сверхранний и ранний – считывание сверхранних и ранних генов – образование сверхр. и р. и-РНК – трансляция сверх и р. белков. В позднем периоде – познии.

Фактором регуляции транскрипции у ядерных в. явл транспорт транскриптов из ядра в цитоплазму, к месту функционирования и-РНК и полсиом (ДНК-содерж в.). У двухцепочечных РНК (Реовир) на ранних стадиях транскрипции только 4 гена из 10, в дальнейшем транскрибируются весь геном.

В регуляции транскрипции участвуют одновременно геном кл хоз и вирусный.

 

Трансляция

Состоит из 3 фаз:

1. Инициация – узнавание рибосомой и-РНК с помощью инициаторов

2. Элонгация - процесс удлинения, наращивание полипептидной цепи

3. Терминация – когда рибосома доходит до терминирующего кодона, кот входит в состав ДНК.

Стратегия в. генома направлена на создание механизмов для подавлении трансляции собственного (кл хоз) и-РНК для избирательной трансляции в. и-РНК, кот значительно меньше. Поскольку в. не подавляет синтез и-РНК клеток, возникает ситуация: прекращается трансляция довольно значительного фонда клеточного и-РНК, и на освободившихся рибосомах клетки начинается трансляция одиночных молекул в. и-РНК.

 

Для в. жив. и чел. существуют 2 основных способа формирования в. белков:

- и-РНК транслируется в виде гигантского полипетида-предшественика и в дальнейшем происходит его нарезание на функционально активные белки (РНК «+» цепочечные в.). Принимают участие белки, обладающие протеолитической активностью. Белки – структурные и неструктурные (полипротеазы).

- и-РНК транслируется с образованием практически зрелых белков или белков, кот подвергаются незначительной модификациям. Для многих ДНК-содерж и РНК-содерж. Обычно синтезируются моноцистронные и-РНК – образуются функционально активные белки

Между размерами и-РНК и размерами полисом существует определенная корреляция. Полисомы как свободные, так и мембраносвязаные. У простых в. (без суперкапсидной оболочки, Пикорновир) процесс трансляции связан с мембрносвязанными полисомами. У сложных в. внутрении белки синтезируются на свободных полисомах, а синтез гликопротеинов – на связанных с мембраной полисом

Пострансляционные модификации происходят в результате ковалентных модификаций: гликозилирования, ацетилирования, метилирования, сульфирования, протеолитического нарезания или фосфорилирования.

- Гликозилирование – ковалентное присоединение белковых молекул к цепочкам углеводов- гликопротеиды. Этот процесс не влияет на транспорт полипептида, но существенное значение для биологической активности белка. При воздействии на гликозелирование ингибиторов нарушается синтез полипептида и блокируется процесс сборки вириона (Рабдовир, Миксовир)

- Нарезание белков под действием клеточных протеаз на более мелкие функцианально активные элементы.

- Фосфорилирование – фосфопротеиды, характерны практически для всех в.; как клеточные так и в. протеинкиназы. Обычно фосфорилированию подвергаются геномные белки, Н: фосфорилирование белков онкогенных в. обуславливает клеточную трансформацию, т. е. превращение в онкокл.

- Интегр. действие интерферона. Сам интерферон в зараженной кл индуцирует фермент-протеинкиназу – фосфорилирует субъединицу иницируещего фактора трансляции – блокировка трансляции в и-РНК.

Репликация – происходит в латентный период, по полуконсервативному механизму.

Одноцепочечные ДНК в. вначале образуют 2-х цепочечную ДНк, кот называется промежуточная репликативная форма (Парвовир)

У РНК-содерж в. участвует фармент-репликаза (модифицированная транскриптаза). У однониточных РНК в. вначале синтезируется комплиментарная геному нить – промежуточная репликативная форма, вторая нить является матрицей для синтеза новых копий дочернего генома.

Регуляция идет по принципу саморегуляции, по пути взаимодействия в. РНК и белков (белок-нуклеинового или белок-белкового узнавания). В результате узнавания осуществляется процесс регуляции и синтеза дочерних вирусных геномов.

В дальнейшем происходит сборка в. частиц (в ядре, в цитоплазме). Приводят к разобщенному (дезьюктивному) способу формирования структур возможен, если при определенных концентрациях происходит узнавание друг друга. В основе самозборки лежит специфические белок-нуклеиновые кислота и белок-белковые узнавания в результате гидрофобных, солевых или водородных связей.

Сначала белок-белковые (формируется капсид), а потом белок-нуклеиновые.

У простых в. вначале происходит формирование провириона, кот в результате модификации белков – зрелый вирион. У сложноустроенных в. сборка многоступенчатая: сначала формируется сердцевина (нуклеокапсиды), с ней взаимодействуют белки наружной оболочки – формируется сложный вирион. Сборка сложноустроенных вирионов на кл мембранах (с учатием мемраны ЭПС – цитоплазматические в., ядерные мебраны- ядерные в.).

Роль предшествиников между сформированными нуклеокапсидом и внешней оболочкой – гидрофобные белки, н: матричные белки

«Вирусные фабрики» внутри инфецированых кл.

Гликопротеины (белки суперкапсидной оболочки) – подходят к определенным зонам мембраны кл. хоз, модифицируют их. В дальнейшем нуклеокапсид узнает эти модиф-е части и подходит с внутренней стороны липидного бислоя. Определенную роль играют матричные белки.

У непочкующихся в. (в. оспы) происходит формирование липидной оболочки за счет кл липидов цитоплазмы, в результате самосборки. Поэтому их структура отличается от мембр оболочки кл хоз.