VIRUS RNA(+)
Nota 1: RESUMEN SOBRE TOGAVIRUS. PINCHA AQUÍ
LOS PICORNAVIRUS
Nota 2: Podéis encontrar en la URL indicada a continuación bibliografía sobre mi investigación en poliovirus (ECP, replicación, inducción de apoptosis, interacción con membranas especiales...):
http://www2.cbm.uam.es/jalopez/personal/publicaciones.htm
- Constituyen uno de los grupos de virus más estudiados y mejor conocidos.
- Son virus simples y de gran interés clínico y veterinario.
- Picornavirus: Pequeño (Pico), RNA (Pico-rna-virus).
- Algunos datos relevantes:
o Fiebre aftosa: Primer virus animal descubierto. 1898
o Poliovirus: Primer virus crecido en líneas celulares establecidas. 1949
o Poliovirus: Primer ejemplo de mRNA eucariótico sin cap. 1976
o Poliovirus: Primer genoma secuenciado de virus animal RNA. 1980
o Poliovirus: Primer cDNA infeccioso de un virus animal RNA. 1981
o Rinovirus: Primeras imágenes a resolución atómica. 1985
o Poliovirus: Primer virus animal infeccioso sintetizado completamente en tubos de ensayo, sin células. 1991.
- Se han utilizado como modelos para entender la biología molecular de la expresión genética en eucariotas.
- Como interés clínico: Hepatitis A, rinovirus o el virus de la polio.
-
Como interés veterinario: Fiebre aftosa.
- Familia Picornaviridae. Actualmente han aumentado los miembros hasta englobar 6 géneros:
o Enterovirus: Polio, Coxsackie A, enterovirus, echovirus...
o Rinovirus: Virus del catarro
o Aftovirus: Fiebre aftosa (FMDV)
o Cardiovirus: Encefalomiocarditis, Theiler’s encefalomielitis murina...
o Hepatovirus: Virus de la hepatitis A
o
Parechovirus: Virus Parecho
- Virus muy simple, pequeño, de unos 20-30 nm. Esférico y con simetría icosaédrica.
- Partícula viral compuesta únicamente por RNA y proteínas. No tienen envuelta lipídica. En algunos casos, el ácido mirístico se encuentra unido covalentemente con la proteína de la cápsida VP4.
- Genoma compuesto por una sola molécula de ssRNA (+) que se pliega para adaptarse al hueco de la partícula viral.
- Existen 60 copias de cada una de las 4 proteínas de la cápsida: VP1, VP2, VP3 y VP4 (capsómero) organizadas en 12 pentámeros. Además, existe una única copia de la proteína VPg unida covalentemente al extremo 5’ del genoma (de ahí la “g”).
-
VP1-3 son proteínas externas, mientras que VP4 es totalmente interna. En
la superficie viral existen zonas más prominentes (activadoras de la respuesta
inmune) y zonas deprimidas o cañones (zonas de interacción con el receptor...)
- Una coma de ssRNA(+) de 7.4-8.5 Kb que puede actuar como mRNA. El 90% del genoma es codificante, mientras que en ambos extremos existen secuencias no codificantes que participan en la replicación y traducción del RNA.
- Regiones NO codificantes:
o En el 5’ del mRNA NO existe cap como en los mRNA eucarióticos. Se encuentra la proteína VPg (22Aa en polio) unida covalentemente.
o Existen 744 nucleótidos, en polio, hasta el AUG iniciador.
o Los primeros 200 nucleótidos suelen estar implicados en la replicación del RNA viral. El resto, hasta el AUG iniciador, podrían intervenir en traducción. A esta última zona se le denomina IRES (Internal Ribosome Entry Site), que reemplaza la necesidad de cap.
o En el 3’, la región es pequeña (unos 70 nucleótidos), desde el codón de terminación hasta la cola de poliA (100-200 A) que está codificada por el genoma. Esta región no codificante interviene en la síntesis de RNA viral.
o Existe una única secuencia de lectura desde el AUG iniciador y a lo largo de unos 2200 (polio) codones.
o Existen 3 regiones codificantes bien definidas:
§ P1: 4 proteínas estructurales: 1A (VP4), 1B (VP2), 1C (VP3) y 1D (VP1). En algunos picornavirus existe otra proteína denominada L (leader).
§ P2: 3 proteínas: 2A, 2B y 2C.
§
P3: 4 proteínas: 3A, 3B, 3C y 3D.
- Nos vamos a centrar en el virus de la polio como prototipo:
o Las proteínas de la región P1 son las estructurales.
o 2A y 3C son proteasas encargadas de procesar los precursores proteicos virales. También pueden hidrolizar sustratos celulares. La 2A corta el factor de traducción eIF4G, inhibiendo la síntesis de proteínas celulares.
o 2B tiene capacidad permeabilizante y promueve la formación de vesículas membranosas en el citoplasma.
o 2C es una NTPasa que unen RNA. Participa en la replicación y encapsidación, pero se desconoce el mecanismo.
o 3A interacciona con membranas. Su precursor, 3AB participa en la iniciación de la síntesis del RNA viral, ofreciendo el cebador, 3B (VPg), al complejo replicativo, quedando unida covalentemente al extremo 5’ de los RNA que se sinteticen (positivos o negativos).
o 3C es la proteasa responsable de la mayoría de los cortes proteolíticos.
o
3D es la proteína de mayor tamaño. RNA polimerasa dependiente de
RNA. También tiene actividad helicasa y une VPg al primer nucleótido.
- Nuevamente nos vamos a centrar en el ciclo lítico (aunque puede ser persistente) del virus de la polio.
- Adsorción y entrada:
o Existe un receptor caracterizado de la superfamilia de las Ig (Pvr). Se está estudiando la posibilidad de entrada directa en algunos casos...
o Normalmente, tras la inclusión en un endosoma, el RNA se libera al citoplasma.
-
Traducción del RNA:
o
Se hidroliza la VPg, al poco de la entrada, por esterasas
citoplasmáticas, pero no afecta en absoluto a la traducción del RNA entrante,
debido a la región IRES.
o
Una vez unido la subunidad 40s ribosomal al IRES, el complejo de
traducción va al AUG iniciador que está flanqueado por una secuencia especial
que lo convierten en el sitio de iniciación de la traducción.
o
El ribosoma 80s ya formado traduce 5’-3’.
o
Tras la pérdida de la metionina inicial, la VP4 se miristila en
glicina, facilitando la interacción de la proteína naciente con las membranas
celulares.
o
Al sintetizarse la 2A, ésta corta en cis en su extremo
amino y libera la región P1.
o
Al sintetizarse la proteasa 3C, se libera el precursor P2.
o
Los precursores P1, P2 y P3 se procesan para ir dando los
diferentes productos.
o
Por lo tanto, el virus de la polio codifica para once productos
maduros y una serie de precursores.
o
Durante la morfogénesis se produce el último corte
proteolítico: la VP0 se corta en VP4 y VP2, catalizado por el propio RNA viral.
o
Tras varias rondas de traducción temprana, comienza la replicación
del virus y, posteriormente, una nueva síntesis masiva de proteínas y el corte
del factor eIF4G, inhibiéndose la síntesis de macromoléculas celulares.
o
Las proteínas virales implicadas se sintetizan durante la etapa
temprana.
o
La replicación se lleva a cabo mediante la formación del
complejo replicativo en el extremo 3’, al mismo tiempo que los ribosomas van
traduciendo desde el extremo 5’. Podría ocurrir que la unión del complejo
replicativo inhibiera la incorporación de nuevos ribosomas...
o
Se desconocen muchos procesos moleculares de la replicación,
o
La proteína 3AB, asociada a membranas se une el primer nucleótido,
mediante un enlace éster, en la región de la posterior 3B (VPg). Se forma UTP
(tanto en RNA(-) como (+), siempre empieza con 3AB-UTP).
o
El proceso de replicación lo lleva a cabo la 3D. Se une un nuevo
UTP. Los dos residuos UMP-UMP hibridan con el extremo poli(A) del genoma y
empieza la polimerización, copiándose el genoma 3’-5’.
o
Una vez comenzada la polimerización, la 3C corta la 3AB, dejando
la proteína 3A unida a membrana y la VPg unida al extremo 5’ del RNA.
o
El molde nuevamente formado de RNA(-) puede producir nuevas copias
RNA(+).
o
La copia RNA(-) puede permanecer un tiempo unida a la (+) formando
la forma replicativa (FR). Un mismo molde de RNA puede servir simultáneamente
a varios complejos replicativos, formándose lo que se denomina intermedio
replicativo (IR).
o
En una célula infectada existe unas 10 veces más RNA(+) que (-).
o
El RNA(+) puede actuar para:
§
Síntesis de proteínas, como mRNA.
§
Molde para sintetizar RNA(-)
§
Encapsidarse en nuevas partículas virales.
o La replicación de genomas virales tiene lugar en estrecha asociación con vesículas membranosas que se originan de novo en el citoplasma de las células infectadas en un proceso en el que participa la proteína 2BC.
o La polimerasa carece de mecanismos de corrección de bases incorporadas incorrectamente, por lo que las frecuencias de mutación observadas en picornavirus (virus RNA en general) son altas (entre 10-2 y 10-5 errores por nucleótidos).
o Este hecho, junto con el pequeño tamaño de los genomas y sus grandes tamaños poblacionales, confieren a estos virus una estructura denominada cuasiespecie.
o Esto proporciona gran capacidad de adaptación y gran heterogeneidad con la presencia de numerosos serotipos y variantes.
- Morfogénesis:
o Se alcanzan grandes niveles de copias del genoma.
o La miristilación del precursor P1 permite la interacción con un tipo de membranas especiales sobre las que se va a llevar a cabo la morfogénesis.
o La 3C (o su precursor 3CD) procesan P1 generando VP0, VP3 y VP1 que se asocian entre sí generando un capsómero de 5s.
o 5 capsómeros darán lugar a un pentámero, y doce pentámeros, la cápsida viral completa.
o Tras la encapsidación del RNA, se produce la hidrólisis de las 60 copias de VP0, liberando el ácido mirístico y localizando internamente la VP4.
-
La salida de la progenie viral suele realizarse por lisis celular.
- Actualmente se tiene clonado todo el genoma de muchos picornavirus.
- Se ha podido obtener un plásmido infectivo...
- Mediante construcciones que contienen el elemento IRES de picornavirus, se han podido fabricar mRNAs que no dependen del cap para su traducción.
- También, mediante la inserción de un elemento IRES entre dos genes, se han podido obtener construcciones de mRNAs bicistrónicos (las células eucariotas sólo traducen el primer gen en una construcción policistrónica. Con el IRES, podemos tener otra traducción independiente de estructura cap.
-
El éxito del virus de la polio para vacunas, lo han convertido en un
vector para intentar expresar otras proteínas y vacunas contra diferentes
agentes...
- El virus de la polio se clasifica con los enterovirus por su capacidad para infectar el tracto digestivo.
- Puede permanecer viable en aguas contaminadas o fecales.
- En la mayoría de los casos, la infección es asintomática, aunque en algunos casos puede infectar neuronas motoras produciendo parálisis.
- La enfermedad presenta 4 fases:
o Entrada en el organismo, infección primaria y salida (normalmente por heces).
o Fase linfática. El virus pasa a los nódulos (amígdalas o glándulas de Peyer).
o Viremia. El virus se detecta en el torrente sanguíneo. Hasta aquí, el proceso puede ser asintomático y no revestir gravedad alguna...
o Fase neurológica. Se produce la poliomielitis espinal (parálisis de las extremidades inferiores) o bulbar (afecta al bulbo raquídeo y se producen anomalías respiratorias, deglución, etc...)
- El virus representó una verdadera plaga para la Humanidad durante la primera mitad del siglo XX.
- A partir de los años 50, con el desarrollo de las vacunas (inactivada (Salk) y atenuada (Sabin)) se controló la enfermedad, siendo posible su total erradicación durante los próximos años...
- Los virus coxsackie son los responsables de algunos tipos de cardiopatías. No existe tratamiento.
- Los rinovirus son responsables de la mayor parte de los catarros en humanos. Crecen en el tejido nasofaríngeo.
- El virus de la hepatitis A produce hepatitis transmitida por el agua. Existe una vacuna muy efectiva.
- El virus de la glosopeda o fiebre aftosa produce lesiones vesiculares en animales con pezuña. Raramente el virus infecta humanos. Todavía no existe una vacuna efectiva debido a la alta variabilidad.
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