aula teórica - estrutura e replicação

A na C lá ud ia Fra nco La b Vir / IC BS

VÍRUSDefinição e estrutura viral

Virologia x outras ciências

Bacteriologia, micologia, parasitologia, imunologia

Virologia: visualizamos o efeito do vírus na célula

Curvularia

Thermal

Tolerance

Virus

Vírus da

tolerância

termal da

Curvularia

Não

colonizada

Colonizada

Temperatura

55oC

Curvularia

protuberata

Todos os vírus causam danos?

Vírus influenciam a dinâmica das

populações!!!!

Animais, plantas, microorganismos, fitoplâncton....

Estas infecções resultam em lise celular e liberação de

novas partículas virais

Controlam a população, principalmente em aumentos

sazonais (“spring blooms”)

Rhodes et al., 2008

Vivemos em uma “nuvem” de vírus

• Nós comemos e respiramos bilhões de vírus regularmente

• Nós carreamos genomas virais como parte do nosso próprio

genoma

• Vírus infectam todas as formas de vida

• HHV‐1, HHV‐2, VZV, EBV, HCMV, HHV‐6, HHV‐7, HHV‐8

• Estes vírus permanecem no organismo por toda a vida

Vírus fazem parte da microbiota?

Cada uma de nossas células está infectada

por vírus

• Retrovírus endógenos: elementos virais derivados de

retrovírus

• Traços de infecções virais ocorridas a milhares de anos

integrados no genoma humano

• Algumas famílias são ativas (HERV-K) e continuam se

replicando no genoma humano

Dewannieux et al., 2006

O que é um vírus?

O que é um vírus?

• Microorganismos muito pequenos, infecciosos

• Parasito intracelular obrigatório

• “Partículas químicas” que não podem se reproduzir

sozinhas

• Necessitam de um hospedeiro celular

Os vírus são muito pequenos

VÍRUS GRANDES E PEQUENOS

Os vírus gigantes

• Mimivirus, Mamavirus. Megavirus,....

• Infectam protozoários

• Genomas de 1,2 a 2,8 Mb!!!!!

• Sputnik: virófago

• Alterando o conceito sobre vírus!!!

Raoult et al., 2004; La Scola et al., 2008; Philippe et al., 2013

O vírus dentro do vírus: Sputnik

• Natureza e sequencia de ácido nucleico

• Simetria ou forma do capsídeo

• Presença ou ausência de envelope

• Dimensão do virion ou capsídeo

Classificação dos vírus

• ICTV: Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus

• + de 40.000 vírus isolados de bactérias, plantas,

animais e alocados em 7 ordens, 96 famílias, 420

gêneros e 2618 espécies

• No oceano há cerca de 1030 vírus

Classificação dos vírus

Estrutura de um vírus

• Ácido nucleico: DNA ou RNA*

• Capsídeo: do latim “capsa” significa caixa

• Nucleocapsideo: ác nucleio + capsídeo

• Matriz: proteína que preenche o espaço entre o capsideo

e o envelope

• Envelope: membrana viral

Derivado da membrana do hospedeiro

Estrutura de um vírus

• Virion: partícula viral infecciosa

Ácido nucleico

Características dos Genomas Virais

• DNA ou RNA

• Fita dupla ou simples

• Linear ou circular

• Segmentado ou não

• Sequência de aminoácidos

DNA RNA

Fita simples

Fita dupla

Circular

+ ou -

Segmentado

Dupla fita segmentado

Capsídeo

Composição: proteica

Montagem: em diferentes setores celulares, por auto-polimeração

Simetria do nucleocapsídeo

• Icosaédrica, helicoidal, complexa

Adenovírus

DNA, ñ envelopado

Vírus da Raiva

RNA, envelopado

Funções do capsídeo

• Proteção e empacotamento do ácido nucleico viral

• Interação com a membrana celular para formação do

envelope

• Liberação do genoma

• Transporte do genoma para o sítio apropriado

• Conferem uma característica metaestável

Os capsídeos são metaestáveis

• Devem proteger o genoma (estável)

• E liberá-lo rapidamente durante a infecção viral

(instável)

Quebra-cabeças

Formação do envelope

• Derivado da membrana plasmática (bi-camada fosfolipídica)

Genoma viral não codifica lipídios

• Envelope é formado durante o brotamento do nucleocapsídeo através

de uma membrana celular

Glicoproteínas do envelope

• Integram a membrana

• Possuem um domínio externo e um interno e região TM

Externo: ligação, sítios antigênicos, fusão

Interno: montagem, ancoragem

Glicoproteína viral

Receptor celular

Conferem a característica de

especificidade

aos vírus

Replicação viral

VÍRUSReplicação viral

1. Os vírus empacotam o seu genoma

2. Os vírus contém a informação para iniciar e completar um ciclo

de infecção num hospedeiro suscetível

3. Transcrevem o mRNA que será traduzido pelos ribossomos do

hospedeiro

4. São parasitas da maquinaria de síntese proteica da célula

Estratégias comuns entre os vírus

Vírus dependem de seus hospedeiros para sobreviver

Se são muito bem sucedidos e matam seus hospedeiros,

eles podem ser eliminados

Se eles forem muito passivos e a defesa do hospedeiro

impedir o seu crescimento, eles podem ser eliminados

“Entendendo” os vírus

Qual o objetivo da replicação?

Produzir progênie viral viável

Consequências

“Nenhuma” (maioria dos vírus)

Doença (Hepatites virais)

Morte do hospedeiro (Ebola)

Vírus replicam num ambiente hostil

Replicação em biologia

Síntese de moléculas

de ácidos nucléicos

Em virologia

Todo o processo de

multiplicação viral

Replicação

Alguns conceitos

Infecção produtiva

Produção de progênie viral viável

Infecção abortiva

Ciclo replicativo interrompido

Susceptibilidade (receptor)

Capacidade das células de serem infectadas

Permissividade (enzimas)

Ocorrência de multiplicação viral

Alguns conceitos

Células suscetíveis e permissivas

Suportam o ciclo replicativo completo

Penetração + etapas intracelulares

Céls não suscetíveis ou não permissivas

Faltam receptores/enzimas para a entrada/replicação

Semipermissivas

Exceção = transfecção (processo artificial)

Espectro de hospedeiro

Conjunto de espécies animais ou de diferentes células

Tropismo

Predileção por células ou tecidos

Presença de receptores

Ex.: H5N1 se liga aos receptores de ác siálico-galactose: aparelho

respiratório

Outros conceitos

Ligação α-2,3 (aves)

Memb

celular

• Humanos: ligação α-2,6

• Suínos: possuem ambas as ligações

Ácido siálico e influenzavírus

1. Adsorção

2. Penetração

3. Desnudamento

4. Expressão gênica (transcrição e tradução)

5. Replicação do genoma

6. Montagem

7. Liberação

Etapas da replicação

• Divisão

meramente didática

1. Adsorção

2. Penetração

3. Desnudamento

4. Expressão gênica

5. Replicação do genoma

6. Montagem

7. Liberação

12

3

4

5

6

7

Fases da infecção viral

Vírus lítico

Vírus lítico

http://www.sciencemag.org/content/suppl/201

0/01/19/science.1183173.DC1/1183173s1.

mov

Replicação no hospedeiro

https://www.youtube.com/watch?v=Rpj0emEGShQ

Ligação específica das partículas víricas na superfície das células hospedeiras

Vírus

Proteínas de superfície dos vírions (VAPs):

- Vírus nú: proteínas do capsídeo

- Vírus envelopados: glicoproteínas

Hospedeiro

Receptores celulares

Proteínas (glicoproteínas)

Carboidratos

Adsorção

Adsorção

Vírus que utilizam receptores específicos

Rinovírus, poliovírus, FMDV

Vírus que utilizam receptores alternativos

Herpesvírus, togavírus (rubéola)

Vantagem evolutiva???

Maior espectro de hospedeiros e células

Receptores virais

Vírus DNA (tabela 2) e RNA (tabela 3)

Adsorção

Tabela 2 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus DNA

Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração

Adsorção

Tabela 3 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus RNA

Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração

Adsorção

Co-receptores: auxiliam na interação

HIV: o complexo gp120 – gp41 vai se ligar ao receptor CD4

E os receptores de citocinas vão atuar como co-receptores

celulares

Adsorção

Passagem do vírus pela

membrana plasmática

A) Fusão com a memb. plasmática

B) Fusão após endocitose mediada

por clatrina

C) Fusão após endocitose mediada

por caveolina

D-E) Penetração após endocitose

mediada por lipídios

Penetração

Penetração

Desnudamento

Série de eventos que ocorre após a penetração

Exposição do genoma para transcrição / tradução

Genoma fica acessível às enzimas

Vírus DNA: penetração do genoma nos poros nucleares

Vírus

DNA

Vírus

RNA

EXPRESSÃO GÊNICA

SÍNTESE DE GENOMAS

SÍNTESE DE RNA MENSAGEIRO

Expressão gênica

Os genomas virais de DNA ou RNA são estruturalmentediversos linear

circular

segmentado

Fita única de polaridade (+)

Fita única de polaridade (-)

Fita dupla

Fita dupla parcial

Qual informação é codificada em um genoma viral?

Produtos de genes e sinais de regulação para:

A replicação do genoma viral

Montagem e empacotamento do genoma

Regulação do ciclo de replicação

Modulação de defesas do hospedeiro

Disseminação para outras células e hospedeiros

Qual informação NÃO é codificada em um genoma

viral?

Não codificam a síntese completa de proteína

dependem da maquinaria celular

Não codificam proteínas envolvidas na produção de

energia ou na síntese de membranas

Não codificam centrômeros ou telômeros encontrados

nos cromossomos

Qual a estratégia comum entre os vírus

DNA ou RNA

Os genomas virais devem produzir mRNA que pode

ser lido pelos ribossomos das células hospedeiras

Replicação vírus DNA

Replicação no núcleo

Exceção: poxvírus (replicam no citoplasma)

DNA fita dupla: dsDNA (Classe I) maioria

DNA fita simples: ssDNA (Classe II)

DNA parcialmente dupla: pdsDNA (Classe VII)

Transcrito

Traduzido

Transcrito

Replicado

Classe I: DNA fita dupla

• Genoma é copiado pela DNA polimerase hospedeiro (polioma, papiloma)

• Alguns possuem DNA polimerase viral (Adeno, herpes)

Transcrito

Traduzido

Transcrito

Replicado

Classe I – DNA fita dupla

• Genes precoces: codificam proteínas não estruturais relacionadas

com a interação com o hospedeiro

• Genes intermediários: codificam proteínas não estruturais

relacionadas com a replicação

• Genes tardios: codificam proteínas estruturais envolvidas na

montagem

Classe II: DNA fita simples

• NÃO codificam a DNA polimerase

• Toda replicação é realizada pela polimerase do hospedeiro

TT virus

**Vírus adeno-associado: Dependovirus)

Transcrito

ReplicadoReplicado

Traduzido

Transcrito

ReplicadoReplicado

Traduzido

Classe II - continuação

• Mais dependentes da maquinaria celular

• O genoma de DNA fita simples é convertido em fita dupla pela

DNA polimerase celular

• A RNA polimerase celular transcreve os mRNA virais

Classe VII: DNA fita parcialmente dupla

• Genoma ligado a proteínas

• Genoma ligado a uma pequena sequencia de RNA

• Um fita completa e a outra parcial

proteína RNA

Vírus da Hepatite B

•Replicação parte núcleo e parte no citoplasma

•RNA polimerase viral (transcriptase reversa)

•Expressão gênica: inicial, intermediaria e tardia

•Quebra do dogma da biologia

DNA => RNA => Proteínas

Transcriptase reversa

Replicado

Transcrito

Transcrito

Traduzido

Replicado Replicado

Classe VII - continuação

X

Replicação no citoplasma

* Ortomixovírus: no núcleo

As células não possuem a RNA polimerase dependente de

RNA viral

Enzima é codificada pelo genoma viral

Vai sintetizar o genoma de RNA e o mRNA viral

mRNA será lido pelos ribossomos da célula

RNA fita simples

Maioria

Replicação de vírus RNA

Vírus RNA (+): genoma “infeccioso”

Vírus RNA (+) = mRNA

Vírus RNA (-): não “infeccioso”

RNA fita simples (+): ssRNA (+) (Classe IV)

RNA fita simples (-): ssRNA (-) (Classe V)

RNA fita dupla: dsRNA (Classe III)

RNA fita simples (+) com DNA intermediário: ssRNA-RT

(+) (Classe VI)

Vírus RNA

Replicado

Traduzido

Replicado

Coronavírus: SARS

Febre amarela, dengue, BDVD, Hepatite C

Febre aftosa, Rinovírus, Enterovírus

Encefalite equina, rubéola

Classe IV: RNAss +

Replicado

Traduzido

Replicado

Classe IV – continuação

• RNA polimerase viral: replica o genoma num intermediário de

RNA (-) que é replicado em RNA (+)

Replicado

Replicado

Replicado

Traduzido

Vírus da raiva

Parainfluenza, Sarampo, hRSV,

Pneumo e Metapneumovirus

Influenzavírus

Classe V: RNAss -

• Trazem a RpRd

• RNA (-) => RNA (+) = mRNA

• mRNA sem CAP e cauda de poli A (vai ao núcleo: influenza)

Replicado

Replicado

Replicado

Traduzido

Classe V: RNAss -

• Genoma linear ou

segmentado

• Reoviridae: 10 a 12

segmentos (Rotavírus)

Replicado

Replicado

Traduzido

Classe III: RNAds

• Carregam a polimerase viral

• Produção de mRNA

• Transcrição primária: proteínas não estruturais

• Transcrição secundária: proteínas estruturais

Replicado

Replicado

Traduzido

Classe III: continuação

• Única família: Retroviridae

• HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano)

• Replicação no citoplasma e núcleo

• Carregam: RT, integrase, protease

provírus

Replicado ReplicadoTranscrito

Traduzido

Transcriptase

reversa

Classe VI: RNA + com DNA intermediário

Ocorre no final do ciclo replicativo

O vírus adquire a capacidade infectiva, ou seja, ocorre a

maturação das partículas

Nos vírus envelopados ocorre a aquisição do envelope

Montagem dos vírions

https://www.youtube.com/watch?v=Ofd_lgEymto

https://www.youtube.com/watch?v=X-8MP7g8XOE

• Vírus nú já sai pronto do citoplasma (RNA) ou núcleo (DNA)

• Liberados quando ocorre a destruição das células infectadas

Saída da célula

• Envelope adquirido das membranas celulares internas

- Retículo endoplasmático e complexo de Golgi contendo as glicoproteínas

virais

-Os herpesvírus podem adquirir o envelope da membrana nuclear

Saída da célula

• Envelope é adquirido da membrana plasmática

Liberação por exocitose com ou sem lise celular

Saída da célula