Разнообразие жизненных циклов рнк-геномных вирусов

Тип РНК генома вируса в значительной степени определяет, является ли первым шагом макромолекулярного синтеза трансляция, транскрипция или репликация РНК.





Вирусы с (+)РНК-геномом (кроме ретровирусов) поставляют геномные последовательности непосредственно клеточным рибосомам и начинают инфекционный цикл с процесса трансляции (рис.7 и 8). Соответственно, эти геномные РНК инфекционны, даже когда полностью депротеинизированы, как изначально показано в классической работе для РНК вируса табачной мозаики (Fraenkel-Conrat H. et al., 1957). Вирусы с (+)РНК геномом разделяют на две группы: вирусы, которые синтезируют субгеномные мРНК и вирусы, которые этого не делают. Для вирусов последней группы (пикорна- и флавивирусы), геномная РНК направляет синтез единственного полипротеина предшественника и структурных и неструктурных вирусных белков, которые поэтому синтезируются в эквимолярных количествах. После протеолитического расщепления протеазами, содержащимися в пределах полипротеина, неструктурные белки катализируют репликацию РНК, производя потомство генома, которое объединяется с

синтезированными структурными белками и формирует потомство вирусных частиц



(рис.7).



Для (+)РНК-содержащих вирусов, входящих в другую группу (астро-, калици-, тога-, корона- и артеривирусы), геномная РНК направляет синтез предшественника только неструктурных белков, в том числе вирусной RdRp. Этот фермент затем транскрибирует одну или несколько субгеномных мРНК, кодирующих структурные белки. В результате сложности транскрипции субгеномных РНК структурные и неструктурные белки синтезируются в неэквимолярных количествах (рис.8).

Вирусные геномы, которые состоят из (-)РНК, (+/-)РНК или из днРНК – не инфекционны, потому что они начинают жизненный цикл с транскрипции вирусных мРНК, а неинфицированные клетки не содержат соответствующей RdRp. Кроме, как у вируса гепатита дельта, эта реакция катализируется ферментами, которые попадают в клетки с вирионами инфицирования. РНК-полимераза транскрибирует индивидуальные мРНК для вирусных белков (рис. 9-11).

Рис. 7. Схема репликации (+)РНК вирусов, протекающей без образования субгеномных мРНК

После проникновения и раздевания (шаг 1), геномная РНК выступает как мРНК для неструктурных и структурных белков (шаги 2 и 3). Неструктурные белки катализируют репликацию РНК через синтез антигеномной РНК (шаги 4 и 5). Репликация продуцирует множество геномных (+)РНК нитей для последующей трансляции вирусных белков (шаги

6 и 7) и их объединения со структурными белками с образованием вирусных частиц (шаг



8).



Здесь и далее синими стрелками обозначены наиболее активно протекающие процессы.

Рис. 8. Схема репликации (+)РНК вирусов, производящих одну или несколько субгеномных мРНК

После проникновения и частичного раздевания (шаг 1), геномная РНК прямым образом служит мРНК для неструктурных белков, включая вирусную RdRp (шаги 2 и 3), которая катализирует репликацию РНК через синтез полноразмерной антигеномной РНК (шаги 4 и 5). Также транскрибируются одна или несколько субгеномных мРНК (шаг 6) для прямого синтеза вирусных структурных белков (шаги 7 и 8). Реплицированный геном также транслирует в качестве продукта несколько неструктурных белков (шаги 9 и 10) и ассемблирует со структурными

белками с образованием вирусных частиц (шаг 11). Корона- и артеривирусы синтезируют свои субгеномные мРНК посредством механизма, отличающегося от тога-, астро-, и калицивирусов.

Рис. 9. Схема репликации (-)РНК-геномных вирусов



После проникновения и частичного раздевания (шаг 1), вирусные РНК в составе РНП транскрибируются связанной нуклеокапсидом RdRp с получением мРНК (шаг 2) для вирусных белков (шаг 3). Неструктурные белки катализируют репликацию РНК через синтез антигеномных нуклеокапсидов (шаги 4 и 5). Репликация производит геномные нуклеокапсиды для дальнейшей транскрипции (шаг 6) и трансляции (шаг 7) вирусных генов, и для сборки со структурными белками с образованием вирусных частиц (шаг 8). Ортомиксовирусы и борнавирусы транскрибируют и реплицируют геном в ядре, некоторые из мРНК сплайсируются. Вирусы других семейств данного списка реплицируются в цитоплазме и избегают сплайсинга. Геномы некоторых буньявирусов имеют отрицательную полярность, другие – амбисенс полярность.









Рис. 10. Схема репликации амбисенс РНК-геномных вирусов



После проникновения и частичного раздевания (шаг 1), вирусная РНК в составе РНП частично транскрибируется нуклеокапсид-ассоциированной RdRp с образованием мРНК (шаг 2) для белка нуклеокапсида и RdRp (шаг 3). Полимераза катализируют репликацию РНК через синтез антигеномных нуклеокапсидов (шаг 4), которые служат матрицей для транскрипции мРНК (шаг 5) других вирусных белков (шаг 6) и для производства геномных нуклеокапсидов. Реплицированные геномные нуклеокапсиды служат в качестве матрицы для транскрипции (шаг 7) и трансляции (шаг 8) вирусных генов и для сборки вирусных частиц (шаг 9). Некоторые буньявирусы имеют амбисенс-геномы, некоторые – (-)РНК геномы.





Для (-)РНК и (+/-)РНК-содержащих вирусов RdRp и вновь синтезированный белок нуклеокапсида обеспечивают репликацию РНК и производят антигеномные нуклеокапсиды. Антигеномы не направляют белковый синтез, а используются исключительно как матрицы для синтеза РНК.

Геном вируса гепатита дельта, который является кольцевой молекулой (-)РНК,



транскрибируется и реплицируется с помощью клеточной ДНК-зависимой РНК

полимеразы с использованием нетипичного для РНК механизма катящегося кольца, что уникально для РНК-вирусов животных.

Для днРНК-вирусов, индивидуальные мРНК транскрибируются с сегментов генома,



которые остаются внутри субвирусных частиц (рис.11).

Рис. 11. Схема репликации вирусов с днРНК-геномом



После проникновения и частичного раздевания (потеря внешнего капсида) (шаг 1), сегменты днРНК в пределах субвирусных частиц транскрибируются связанными RdRp`s, чтобы произвести мРНК (шаг 2) для вирусных белков (шаг 3). Далее в цитоплазме вокруг мРНК формируются субвирусные частицы (шаг 4), в которых РНК копируется с образованием геномной днРНК (шаг

5). Потомки субвирусных частиц вносят вклад в выражение вирусных генов (шаг 7) и репликацию (шаги 8 и 9) и собираются со структурными белками наружного капсида с образованием вирусных частиц в каналах ЭПР.





Синтезированные (+)РНК и продукты их трансляции собираются в субвирусные частицы, где синтез (-)РНК на (+)РНК матрице дает двунитевые доли генома.

Ретровирусы начинают инфекционные циклы, копируя свои онРНК геномы в днДНК-



провирусы с использованием обратной транскриптазы (РНК/ДНК-зависимой ДНК-

полимеразы, которую несет вирион инфицирования). После интеграции в хромосому хозяина провирусная ДНК транскрибируется клеточной РНК-полимеразой II с образованием несплайсируемых и сплайсируемых мРНК для направленного вирусного белкового синтеза (рис.12).

Рис.12. Схема репликации ретровирусов



После проникновения и частичного раздевания (шаг 1), геномная РНК копируется в днДНК обратной транскриптазой (шаги 2 и 3) и ковалентно интегрирует с клеточной ДНК в ядре с помощью ДНК-интегразы (шаг 4). Оба фермента присутствуют в вирусном коре. Интегрированный вирусный геном (или провирус) транскрибируется клеточной РНК-полимеразой II (шаг 5) с продукцией вирусных РНК транскриптов, которые функционируют как предшественники мРНК для вирусных белков (шаги 6 и 7). Полноразмерный транскрипт ассемблирует в созревающие вирусные частицы (шаг 8).<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!