Struttura dei Virus. Terminologia. Acido nucleico + ogni molecola che ne determina la stabilità Struttura proteica che

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1 Struttura dei Virus Terminologia Core Capside Capsomero Nucleocapside Envelope Peplomeri Virione Acido nucleico + ogni molecola che ne determina la stabilità Struttura proteica che racchiude l acido nucleico o il core Unità proteica che, ripetuta, forma il capside Acido nucleico + capside Involucro lipoproteico esterno Proiezioni superficiali che protrudono dall envelope Particella virale completa come si può osservare al di fuori della cellula scaricato da 1

2 La funzione dei rivestimenti esterni 1) Protezione del fragile genoma da danni fisici, chimici, enzimatici. - I capsidi sono formati da un certo numero di unità proteiche uguali. - Il danno ad una rende quell una non funzionale, ma difficilmente danneggia l intera particella. Questo fa del capside un efficace barriera. 2) Conferimento della capacità di riconoscimento con il recettore cellulare. 3) Penetrazione del genoma virale nella cellula in una conformazione con la quale può interagire con le strutture cellulari ed iniziare il processo infettivo - in alcuni casi questo è un processo facile che consiste semplicemente nel far entrare il genoma nel citoplasma i lt i i i t t è iù l - in altri casi invece, questo momento è più complesso. Per es. i Retrovirus fanno modificazioni importanti al genoma del virus mentre questo è ancora dentro la particella virale scaricato da 2

3 Schema di un virus e dei suoi componenti Membrane protein Capsomer Matrix protein Quindi, parliamo di proteine scaricato da 3

4 Come si forma l involucro che contiene il genoma virale? Le particelle virali si formano spontaneamente senza bisogno di nessun altra informazione estranea. La particella si trova in uno stato energetico minimo e quindi è la struttura favorita da quei componenti (grande stabilità). Le forze che guidano l asseblaggio dei capsidi virali includono le interazioni idrofobiche ed elettrostatiche. Raramente si formano legami covalenti tra le subunità multiple. In termini biologici questo significa che vengono usate interazioni fra proteina - proteina, proteina - acido nucleico, proteina - lipidi. scaricato da 4

5 Struttura dei virus Come viene determinata? t Microscopia elettronica. Problemi di risoluzione. La risoluzione dell EM è di 5nm Per determinare la struttura è quindi necessario utilizzare i raggi X. scaricato da 5

6 Struttura dei virus Xray crystallography Capsomero Unità proteica che, ripetuta, forma il capside E più efficiente costruire grandi strutture partendo da elementi più piccoli tutti uguali Questo metodo di costruzione è economico per il virus in quanto: L acido nucleico deve codificare una sola o poche proteine diverse Non è richiesta una informazione genetica supplementare che codifichi le modalità di assemblaggio È messo in opera un meccanismo automatico di rigetto ogniqualvolta vengano prodotte subunità difettose scaricato da 6

7 Simmetria elicoidale Simmetria elicoidale Il modo più semplice per sistemare multipli di copie identiche di proteine, è quello di utilizzare una simmetria rotazionale. Identiche proteine dalla forma irregolare vengono disposte intorno alla circonferenza di un cerchio in modo da formare un disco. Numerosi dischi si adagiano uno sopra l altro in modo da formare un cilindro, con il genoma virale inserito nella cavità che si viene a formare al centro del cilindro. La strutturea del capside in realtà è costituita da un elica piuttosto che una pila di dischi. Simmetria elicoidale L elica può essere definita matematicamente da due parametri: ampiezza (diametro) & altezza (la distanza coperta da un singolo giro completo dell elica) Altezza scaricato da 7

8 Esempi di virus a simmetria elicoidale Simmetria elicoidale Tobacco mosaic virus. scaricato da 8

9 Ebola Simmetria elicoidale Simmetria elicoidale VSV Vesicular stomatitis virus scaricato da 9

10 Simmetria elicoidale Paramyxovirus umano tipo 1 I virus si possono dividere in 2 gruppi in base alla simmetria del nucleocapside A SIMMETRIA ELICOIDALE A SIMMETRIA ICOSAEDRICA scaricato da 10

11 Simmetria Two-fold symmetry La rigorosa definizione di simmetria è dimostrata da un operazione, come una rotazione, che porta un oggetto in self-coincidenza. Se l anello di tre virgole viene rotato di gradi, non sarà possibile osservare che la rotazione è avvenuta (considerando che le virgole siano indistinguibili tra di loro. Three-fold symmetry Un asse di simmetria che comporta una rotazione di: 180 gradi- asse di simmetria (e 240) gradi- asse di simmetria 3 Forma: geometria dell oggetto Simmetria: operazione che descrive la forma dell oggetto scaricato da 11

12 Icosaedro: poliedro simmetrico con 12 vertici e 20 facce (triangoli equilateri) Un icosaedro è formato da 60 subunità uguali (capsomeri) Virus satellite della necrosi del tabacco: il genoma a RNA contiene un unico gene che veicola l informazione per l unico capsomero. Schema di un icosaedro: Asse di simmetria 5 (vertici) Asse di simmetria 3 (facce) Asse di simmetria 2 (lati) 60 virgole distribuite con simmetria icosaedrica sulla superficie di una sfera. Le linee tratteggiate corrispondono alla proiezione dei lati dell icosaedro sulla sfera. scaricato da 12

13 Simmetria icosaedrica La maggior parte dei virus icosaedrici ha in realtà più di 60 capsomeri, e pertanto assume una forma che non è rigorosamente icosaedrica, ma si tratta di icosaedri modificati: possiamo avere avere un idea di come siano fatti in realtà se immaginiamo di dividere ciascuna faccia triangolarein3,4,7,9,12 (ecosìvia)triangoliuguali. Questi numeri sono detti numeri di triangolazione (T). scaricato da 13

14 T1 T4 Asse di simmetria 5 (vertici) Asse di simmetria 3 (facce) Asse di simmetria 2 (lati) Numeri di triangolazione più elevati scaricato da 14

15 scaricato da 15

16 Una sola proteina è in grado di formare un capside completo VP1, VP2, VP3 e VP4 di un poliovirus rappresentano proteine diverse tra di loro che si associano per formare capsomeri uguali scaricato da 16

17 Simmetria icosaedrica Adenovirus umano Calicivirus. Simmetria icosaedrica scaricato da 17

18 Simmetria icosaedrica Virus dell epatite A HIV Simmetria icosaedrica scaricato da 18

19 Virus a struttura complessa Alcuni virus sfuggono alla simmetria icosaedrica o elicoidale e hanno una struttura più complessa. In questi casi anche se i principi generali della simmetria sono spesso utilizzati per costruire parte dell involucro della particella, i virus non possono essere definiti da un equazione matematica. Virus a struttura complessa Poxvirus: Mollusco contagioso scaricato da 19

20 Sezione interna di poxvirus Membrana di una cellula scaricato da 20

21 OUT Envelope Doppio strato lipidico con inserite proteine codificate direttamente dal virus IN Envelope Il i ii l l d ll b ll l i d l Il virus acquisisce l envelope dalle membrane cellulari durante la fase di rilascio. La simmetria del capside al di sotto dell envelope può essere sia elicoidale sia icosaedrica. L envelope contiene (glico)proteine virali e instaura rapporti con le proteine della matrice. scaricato da 21

22 Envelope A) Cryo-electron microscopy a 20Å di risoluzione di un Togavirus B) Sezione: è visibile l envelope e le glicoproteine C,D) Ricostruzioni al computer dei dati sulla struttura del virus Caratteristiche strutturali e chimiche di una tipica glicoproteina virale di membrana scaricato da 22

23 scaricato da 23

24 5 diverse strutture per raggruppare tutti i virus Schema di classificazione dei virus animali scaricato da 24

25 Schema di classificazione dei virus animali scaricato da 25