REPLICAÇÃO VIRAL

FABRÍCIO SOUZA CAMPOS* *Dr, MSc, Medico Veterinário

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

INSTITUTO DE CIÊNCIAS BÁSICAS DA SAÚDE

DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA, IMUNOLOGIA E PARASITOLOGIA

Características virais

• Genoma DNA ou RNA

• Na célula hospedeira o genoma viral direciona a

síntese dos componentes necessários para a

produção de novos virions

• Virions são veículos para transmissão do genoma

viral para próxima célula hospedeira ou organismo

• Uma vez dentro da próxima célula, os virions são

“desmontados” iniciando um novo ciclo de infecção

Estratégias comuns entre os vírus

1. Todos os vírus empacotam o seu genoma dentro

de uma partícula utilizada para transmissão a um

hospedeiro

2. O genoma viral contém a informação para iniciar

e completar um ciclo de infecção dentro de uma

célula suscetível e permissível

3. Todos os genomas virais são capazes de

infectarem uma população de hospedeiro,

visando a sobrevivência viral

Estratégias comuns entre os vírus

4. Todos os genomas virais são parasitas

moleculares obrigatórios que somente se tornam

funcionais após se replicarem em uma célula

5. Todos os vírus devem transcrever o mRNA que

será traduzido pelos ribossomos do hospedeiro:

Então, os vírus são parasitas da maquinaria de

síntese proteica da célula

Como parasitas moleculares obrigatórios, cada método de

replicação pode revelar algo sobre o hospedeiro e / ou vírus

“Entendendo” os vírus

• Vírus dependem de seus hospedeiros

para sobreviver

Se são muito bem sucedidos e matam

seus hospedeiros, eles podem se eliminar

Se eles forem muito passivos e a defesa

do hospedeiro impedir o seu crescimento,

eles podem ser eliminados

Defesas do organismo

Genética de “bottlenecks”

• Defesa do organismo ou drogas antivirais

Objetivo da replicação

• Produzir progênie viral viável

• Consequências

– “Nenhuma” (TTV)

– Doença (Hepatites virais)

– Morte do hospedeiro (HIV)

• Termo replicação em virologia

Replicação

• Replicação em biologia

– Síntese de moléculas

de ácidos nucléicos

• Em virologia

– Todo o processo de

multiplicação viral

X

Alguns conceitos

• Infecção produtiva

– Produção de progênie viral viável

• Infecção abortiva

– Ciclo replicativo interrompido

• Susceptibilidade

– Capacidade das células de serem infectadas

• Permissividade

– Ocorrência de multiplicação viral

Alguns conceitos

• Células suscetíveis e permissivas

– Suportam o ciclo replicativo completo

• Penetração + etapas intracelulares

• Céls não suscetíveis ou permissivas

– Faltam receptores para adsorção e

penetração

– Semipermissivas

– Exceção = transfecção (processo artificial)

Aplicação prática

Tabela 1 - Conseqüências da infecção de espécies de ruminantes com BoHV-1.

Fonte: J. Thiry et al., 2006.

Veados e renas: células são apenas suscetíveis

Não permitem a replicação viral: não permissivas

Outros conceitos

• Espectro de hospedeiro

– Conjunto de espécies animais ou de

diferentes células

• Tropismo

– Predileção por células ou tecidos

• Receptores virais

• Ex.: H5N1

•Em humanos: ácido siálico-galactose: ligações α-2,6

•Em aves: ligações α-2,3

•Suínos: ambos receptores

Ácido siálico: receptor influenza

Ligação α-2,3 (aves)

Memb

celular

Etapas da replicação

1. Adsorção

2. Penetração

3. Desnudamento

4. Expressão gênica (transcrição e tradução)

5. Replicação do genoma

6. Morfogênese / maturação

7. Egresso

• Divisão

meramente

didática

Fases de infecção vírus lítico

Vírus lítico

Vírus lítico

Vírus lítico

1. Adsorção

• Ligação específica das partículas víricas na superfície das células hospedeiras

Proteínas de superfície dos vírions (VAPs)

Vírus nú: proteínas do capsídeo

Vírus envelopados: glicoproteínas

Receptores celulares

Proteínas (glicoproteínas)

Carboidratos

1. Adsorção

1. 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)

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

Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração

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

Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração

1. 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

Co-receptores

2. Penetração

Principais mecanismos de

penetração dos vírus nas

células hospedeiras:

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

3. Desnudamento

• Série de eventos que ocorre após a penetração

• Exposição do genoma para transcrição / tradução

• Estar acessível as enzimas

• Vírus DNA: penetração do genoma nos poros nucleares

Estrutura dos genomas

• Os genomas virais de DNA ou RNA são estruturalmente diversos

– linear

– circular

– segmentado

– Fita única de polaridade (+)

– Fita única de polaridade (-)

– Fita dupla

– Fita dupla parcial

• Complexos e inúmeros métodos de infecções com apenas sete tipos de genomas (DNA ou RNA)

• A composição e a estrutura desses sete tipos de genomas virais são mais variados do que qualquer genoma dos reinos bacterianos, arquea ou eucarióticos

• Diferentes estratégias de replicação são fontes constantes de pesquisa

Evolução viral

Qual o objetivo de ter genoma DNA ou RNA

• Alguns argumentam que durante o processo

evolutivo o genoma de RNA surgiu primeiro

• Atualmente somente os vírus possuem

genomas RNA

• Vestígios de um mundo ancestral de RNA?

• Quando e por que houve uma mudança para

genomas DNA para todas as formas de vida,

porém exceto para alguns vírus?

GENOMAS VIRAIS Classificação de Baltimore (1975)

Vírus de DNA fd (±)

Pode ser usado

diretamente

Síntese da outra fita

Transcrição fita (-)

mRNA (sentido +)

Vírus RNA fs (+) Vírus RNA fs (-)

Transcrição

Vírus de DNA fs

Intermediário

de DNA fd

Retrovírus

RNA fs (+)

Transcrição

reversa

Vírus de RNA fd (±)

Transcrição fita (-)

Fonte: Madigan, 2004.

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 possuem genes que codificam a síntese

completa de proteína

– dependem da maquinaria celular

• Não possuem genes que codificam proteínas

envolvidas na produção de energia ou na

síntese de membrana

• Não possuem genes que 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

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

Genomas dsDNA: DNA fita dupla

• Genoma é copiado pela DNA polimerase hospedeiro (polioma,

papiloma)

• Alguns carregam DNA polimerase viral (Adeno, herpes)

Transcrito

Traduzido

Transcrito

Replicado

Ciclo replicativo dos vírus da classe I - dsDNA

• Genes cedo: codificam proteínas não estruturais

relacionadas com a interface com o hospedeiro

• Genes intermediários: codificam proteínas não estruturais

relacionadas com a replicação

• Genes tardios: codificam proteínas estruturais envolvidas na

montagem

Genomas ssDNA: DNA fita simples

• NÃO codificam a DNA polimerase

• Toda replicação é realizada pela polimerase do hospedeiro

TT virus

Parvovirus B19

Transcrito

Replicado Replicado

Traduzido

Transcrito

Replicado Replicado

Traduzido

Ciclo replicativo dos vírus da classe II - ssDNA

• 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

• Proteínas não estruturais (enzimas que vão atuar na

replicação e interface com o sistema imune)

• Proteínas estruturais que irão formar o capsídeo viral

Genomas pdsDNA – 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

Ciclo replicativo dos vírus da classe VII - pdsDNA

X

Vírus RNA

• 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

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)

RNA fita simples

Maioria

Replicado

Traduzido

Replicado

Genomas ssRNA (+): RNA fita simples (+)

Coronavírus: SARS

Febre amarela, dengue, BDVD, Hepatite C

Febre aftosa, Rinovírus, Enterovírus

Encefalite equina, rubéola

Replicado

Traduzido

Replicado

Ciclo replicativo dos vírus da classe IV – ssRNA (+)

• Genoma com ORF única e longa

• Origem uma poliproteína que é clivada pelas proteases

celulares e virais e dá origem as enzimas virais

• Dentre elas RNA polimerase viral: replicação do genoma

num intermediário de RNA (-) que é replicado em RNA (+)

Genomas ssRNA (-): RNA fita simples (-)

Replicado

Replicado

Replicado

Traduzido

Vírus da raiva

Parainfluenza, Sarampo, hRSV,

Pneumo e Metapneumovirus

Influenzavírus

• Trazem a replicase viral (RNA polimerase)

• RNA (-) => RNA (+) = mRNA

• mRNA sem CAP e cauda de poli A (ir no núcleo)

• Proteínas estruturais e não estruturais

Ciclo replicativo dos vírus da classe V – ssRNA (-)

Replicado

Replicado

Replicado

Traduzido

Genomas dsRNA : RNA fita dupla

• Muitos vírus com

dsRNA são

segmentados

• Reoviridae: 10 a

12 segmentos

(Rotavírus)

Replicado

Replicado

Traduzido

• Carregam a polimerase viral

• Produção de mRNA

• Transcrição primária: proteínas não estruturais

• Transcrição secundária: proteínas estruturais

Ciclo replicativo dos vírus da classe III - dsRNA (+/-)

Replicado

Replicado

Traduzido

Genomas ssRNA (+) com DNA intermediário

• Única família: Retroviridae

• HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano)

• Replicação no citoplasma e núcleo

• Carregam: RT, integrase, protease

provírus

Replicado Replicado Transcrito

Traduzido

Transcriptase

reversa

Ciclo replicativo dos vírus da classe VI - ssRNA (+)

• Vídeo exemplificando a replicação do HIV

• Existem cerca de 1016 genomas de HIV no

planeta atualmente

• Com este número de genomas, é

altamente provável que os genomas de

HIV existentes são resistentes a qualquer

uma das drogas antivirais atuais e futuras!

6. Morfogênese/maturação

• Morfogênese

– Processo de montagem das partículas víricas

– Ocorre no final do ciclo replicativo

• Maturação

– Aquisição da capacidade infectiva

– Envelopados = aquisição do envelope

7. Egresso

• Maturação intracelular e egresso dos vírus sem envelope

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

- Liberados quando ocorre a destruição das células infectadas

Maturação por brotamento • 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

Brotamento

• Processo de aquisição do envelope

- Envelope é adquirido da membrana plasmática

- Liberação por exocitose com ou sem lise celular

Sedimentação do aprendizado

1.Quais as etapas da replicação viral?

2.Qual genoma é considerado infeccioso?

3.O que os vírus que se replicam no citoplasma

necessitam?

4.Cite a principal peculiaridade dos retrovírus?

5.Quais organelas podem dar origem ao envelope

viral?

6.Qual a melhor maneira de controlar infecções virais?

camposvet@gmail.com

Grato pela atenção!!!