Modulo di Virologia (canali 1 e 2), AA 2018/2019 Prof. Milena Grossi Corso integrato Microbiologia e Virologia

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1 Modulo di Virologia (canali 1 e 2), AA 2018/2019 Prof. Milena Grossi Corso integrato Microbiologia e Virologia Dal 20/11/2018 al 14/12/2018 Orario lezioni: Martedì e Giovedì: Aula Sergi Venerdì: Aula Sergi

2 Modulo di Virologia (canali 1 e 2) Corso integrato Microbiologia e Virologia Libri di testo: Dimmock, A. J. Easton, K. N. Leppard ʺIntroduzione alla Virologia Modernaʺ Casa Editrice Ambrosiana 2017 G. Dehò, E. Galli Biologia dei microrganismi Cap. 12 e 17. Casa Editrice Ambrosiana 2014

3 Modalità esame del Modulo di Virologia L esame è orale e sarà possibile sostenerlo nelle date di appello pubblicate su Infostud dai titolari del corso integrato Microbiologia e Virologia, prof Bianca Colonna per il canale 1 e prof Maria Lina Bernardini per il canale 2. Per chi desidera la modalità scritta sono previsti tre esoneri: 17 Gennaio 2019 (a seguire lo scritto del modulo di Microbiologia dei rispettivi canali); 1 Febbraio e 15 Febbraio 2019 Per partecipare agli esoneri è necessario prenotarsi sul elearning2.uniroma1.it alla pagina relativa al modulo di Virologia del corso integrato Microbiologia e Virologia.

4 Programma Modulo di Virologia (canali 1 e 2) AA 2016/2017 Corso integrato Microbiologia e Virologia Introduzione ai virus e alla virologia Composizione e struttura dei virioni; il capside (simmetria icosaedrica ed elicoidale), l involucro pericapsidico (envelope); Criteri di classificazione dei virus e suddivisione in classi di replicazione: lo schema di Baltimore. I genomi virali. Ciclo replicativo. Retrotrascrizione. Regolazione dell espressione e replicazione dei genomi virali a DNA. Regolazione dell espressione e replicazione dei genomi virali a RNA. Batteriofagi virulenti e ciclo litico: T4 e T7 Batteriofagi temperati e ciclo lisogenico: i fagi lambda e P1 La trasduzione generalizzata e specializzata I fagi a DNA SS filamentosi e isometrici Interazioni genetiche e non genetiche tra i virus Modelli di infezione e interazione virus-ospite Prevenzione e terapia delle infezioni virali. Metodi di saggio: colture di cellule animali e controllo della moltiplicazione cellulare, quantificazione delle particelle virali, misurazione delle unità infettive virali, identificazione delle componenti virali.

5 La storia della virologia ØDimitri Iwanowski (1892) dimostrò che estratti di piante di tabacco ammalate potevano trasmettere la malattia ad altre piante anche dopo aver passato tali estratti attraverso filtri di ceramica abbastanza selettivi da poter trattenere anche il più piccolo batterio. Tuttavia non realizzò quanto era importante questa osservazione ØMartinus Beijerinick (1898) confermò ed estese i risultati di Iwanowski sul Tobacco mosaic virus e fu il primo a sviluppare il concetto di virus, a cui si riferì come contagium vivum fluidum (un agente vivente solubile)

6 La storia della virologia Ø Freidrich Loeffler & Paul Frosch (1898) dimostrarono che un agente simile era responsabile dell afta epizootica nel bestiame Ø Il primo virus umano identificato, nel 1901, è stato quello responsabile della febbre gialla

7 La scoperta dei batteriofagi ØFrederick Twort (1915) & Felix d'herelle (1917) sono stati i primi ad identificare i virus che infettano i batteri che d'herelle chiamò batteriofagi (mangiatori di batteri) ØNegli anni 1930s e nei decenni successivi, Salvador Luria, Max Delbruck e molti altri utilizzarono questi virus come sistemi modello per studiare molti aspetti della virologia, comprendenti la struttura dei virus, la genetica, la replicazione etc. ØLa storia della virologia è la storia dello sviluppo di sistemi e strumenti sperimentali che potevano permettere lo studio dei virus, attraverso il quale si sono aperte intere nuove aree della biologia.

8 Proprietà generali dei virus ØParassiti intracellulari obbligati Mancano di tutte, o la maggior parte delle informazioni genetiche che codificano l apparato necessario per la produzione di energia metabolica e per la sintesi proteica ØLe particelle virali (virioni) sono formate da acido nucleico rivestito da un involucro proteico (capside). In alcuni virus è presente una membrana pericapsidica contenente lipidi e glicoproteine (envelope) ØIl genoma virale consiste di DNA o RNA, ma non di entrambi. ØIl genoma virale guida la sintesi delle componenti virali all interno di una cellula ospite appropriata.

9 Proprietà generali dei virus Le particelle virali sono prodotte come risultato dell assemblaggio di componenti preformate: Ø Le cellule crescono grazie all aumento controllato dei loro componenti e si moltiplicano mediante il processo di divisione. Ø I virioni non crescono e non vanno incontro a divisione.

10 Dimensioni Ø Dimensioni sub-microscopiche nm From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

11 Forme

12 Forme

13 Classificazione tassonomica (ICTV fondato fine anni 60) Gerarchia. L ordine ha suffisso virales. La famiglia ha suffisso -viridae. La sottofamiglia ha suffisso virinae. Il genere ha suffisso virus. La specie?

14 Criteri di classificazione Natura dell acido nucleico Simmetria del rivestimento proteico (capside) Presenza o assenza di involucro lipidico (envelope) Configurazione del genoma

15 Struttura del virione

16 From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

17 From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

18 Struttura del virione

19 Struttura del virione Funzioni delle proteine virioniche di rivestimento Protezione del genoma (soprattutto proteine del capside e nucleocapside) Assemblaggio di un rivestimento proteico protettivo e stabile Riconoscimento specifico e impacchettamento del genoma In molti virus, interazione con la membrana dell ospite per formare l envelope Trasporto del genoma Legame specifico con i recettori della cellula ospite Induzione della fusione dell envelope con la membrana dell ospite Segnali specifici che inducono la liberazione del genoma all interno della cellula ospite (uncoating) Interazione con componenti cellulari che permettono il trasporto del genoma al sito appropriato per la replicazione

20 Struttura del virione Capside (nei virus rivestiti denominato nucleocapside) Struttura proteica protettiva che circonda il genoma virale. E costituito da subunità proteiche assemblate a formare una struttura simmetrica ripetitiva. Le principali classi di simmetria sono quella elicoidale e quella icosaedrica. Le dimensioni del capside determinano in qualche modo la quantità (quindi le dimensioni) del materiale genetico che può essere impacchettato nella particella virale.

21 Struttura del virione Nomenclatura Subunità strutturale (protomero): le singole proteine o i singoli complessi proteici che costituiscono il capside Unità morfologica (capsomero, simmetria icosaedrica): la struttura più piccola visibile al microscopio elettronico, formata dall interazione di più protomeri: Pentoni: capsomeri formati da cinque protomeri Esoni: capsomeri formati da sei protomeri

22 Struttura del virione Simmetria elicoidale Le dimensioni dei virioni con un capside a simmetria elicoidale sono date in termini di diametro, che dipende dalle caratteristiche dei protomeri, e di lunghezza, che dipende dalle dimensioni del genoma. La simmetria elicoidale è definita da due parametri: Ampiezza = diametro Passo dell elica (P) = distanza coperta da un intero giro di elica P=µ x r µ= numero di protomeri per giro d elica r= incremento assiale per subunità From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press

23 Struttura del virione Simmetria elicoidale La simmetria elicoidale è molto frequente tra i virus vegetali

24 Struttura del virione Simmetria elicoidale I virus animali a simmetria elicoidale sono tutti provvisti di envelope Numerosi virus patogeni per l uomo sono caratterizzati da questa struttura: virus dell influenza (orthomyxovirus), i virus che causano la parotite epidemica e il morbillo (paramyxovirus), il virus della rabbia (rabdovirus) Virus della rabbia From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press

25 Struttura del virione Particelle virali isometriche, simmetria icosaedrica L icosaedro è un solido con 20 facce triangolari e 12 vertici; È un involucro chiuso (il capside elicoidale è una struttura aperta); È caratterizzato da 3 assi di simmetria rotatoria: Ø asse di simmetria 5 che passa attraverso ognuno dei dodici vertici, sono possibili 5 rotazioni di 72, ciascuna delle quali produce una configurazione identica Øasse di simmetria 3, che passa per il centro di ciascuna delle venti facce, sono possibili tre rotazioni di 120, ciascuna delle quali produce una configurazione identica ØAsse di simmetria 2, che passa per ciascuno dei trenta spigoli dell icosaedro, sono possibili 2 rotazioni di 180, ciascuna delle quali produce una configurazione identica

26 Struttura del virione Simmetria Icosaedrica Gli involucri più semplici sono formati da 60 protomeri, tre per faccia, ognuno posto ad uno dei vertici. L insieme dei cinque protomeri attorno a ciascun vertice dell icosaedro costituisce un capsomero (in questo caso un pentone) Solo i virioni più piccoli e più semplici hanno un capside composto da 60 protomeri, ed alcuni esempi si trovano tra i virus delle piante

27 Struttura del virione Simmetria Icosaedrica La maggior parte degli altri virus con capside a simmetria icosaedrica hanno più di 60 protomeri Numero di triangolazione (T). Numero di triangoli inscritti per faccia. Il più piccolo numero possibile è 3, poi 4, 7, 9, 12 quindi avremo T=1 per l icosaedro base T=3 Tre triangoli inscritti per ciascuna faccia (sei emi-triangoli) T=4 Quattro triangoli inscritti per ciascuna faccia etc T= 1 T= 4 From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

28 Struttura del virione Simmetria Icosaedrica Principio di semi-equivalenza: quando la stessa unità strutturale o protomero si organizza a formare sia pentoni che esoni, le diverse interazioni stabilite nel formare i due tipi di capsomeri sono da attribuire e differenze di configurazione della stessa catena polipeptidica. Poiché ciascun triangolo inscritto è formato da 3 protomeri, uno per vertice, nei capsidi icosaedrici con T>1 il numero di protomeri sarà 60xT

29 Adenovirus T=25 HSV-1 T=16

30 Struttura del virione

31 Struttura del virione Involucro pericapsidico (envelope) Doppio strato lipidico che circonda il nucleocapside di molti virus animali. Deriva dalle membrane cellulari come risultato del processo di gemmazione della particella virale. L envelope contiene proteine, codificate dal genoma virale; spesso glicoproteine con un ruolo importante nel processo di attacco/adsorbimento e entrata del virus nella cellula ospite. La presenza dell envelope conferisce minore stabilità al virione.

32 Struttura del virione Involucro pericapsidico (envelope) Al doppio strato lipidico derivato dalle membrane cellulari sono associate proteine virus-specifiche quali: Glicoproteine, suddivise in base alla loro funzione in: glicoproteine esterne o di superficie, proteine transmembrana e canali di trasporto Proteine della matrice

33 Struttura del virione Involucro pericapsidico (envelope) Sindbis virus: an enveloped icosahedron Viruses with enveloped helical structures.

34 Struttura del virione Strutture complesse