Schema generale del ciclo replicativo

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1 Schema generale del ciclo replicativo

2 Classificazione secondo Baltimore (suddivisione in classi di replicazione) Tutti i virus devono produrre un mrna che possa essere tradotto dal macchinario traduzionale della cellula. In questo sistema di classificazione, la particolare via che dal genoma virale porta alla produzione di mrna definisce una specifica classe virale basata sulla natura e sulla polarità dell acido nucleico.

3 Classificazione secondo Baltimore (suddivisione in classi di replicazione)

4 a cura di Gianni Dehò ed Enrica Galli Attenzione errore, leggi +RNA Figura 16.8 SCHEMA DEL FLUSSO DI EVENTI NELLA REPLICAZIONE DEI VIRUS ANIMALI A DNA DELLE CLASSI I, II E VII SECONDO LA CLASSIFICAZIONE DI BALTIMORE. Biologia dei microrganismi - II edizione CEA - Casa Editrice Ambrosiana

5 Classe VII: DNA doppio filamento con intermedio a RNA From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

6 Intermedio di replicazione +RNA Genoma Figura 16.9 SCHEMA DEL FLUSSO DEGLI EVENTI DELLA REPLICAZIONE DEI VIRUS ANIMALI A RNA DELLE CLASSI III, IV, V E VI. a cura di Gianni Dehò ed Enrica Galli Biologia dei microrganismi - II edizione CEA - Casa Editrice Ambrosiana

7 Struttura e complessità dei genomi virali Alcuni genomi di virus a DNA sono complessati ad istoni cellulari a formare una struttura simile alla cromatina all interno dei virioni. Una volta all'interno del nucleo della cellula ospite si comportano come cromosomi satellite in miniatura seguendo i dettami degli enzimi cellulari e del ciclo cellulare I primi mrna poliadenilati al 3'osservati sono stati quelli di Vaccinia virus Geni composti da introni non codificanti e esoni codificanti, così come spliced mrna, sono stati scoperti per la prima volta in Adenovirus da Roberts & Sharp in 1977.

8 Analisi dei genomi virali (DNA) Il genoma dei virus a DNA può essere analizzato direttamente mediante digestione con enzimi di restrizione senza ricorrere al clonaggio molecolare e questo approccio è stato applicato per la prima volta per studiare il genoma a DNA di SV40 nel 1971

9 Analisi dei genomi virali (RNA) L analisi di sequenza di questi genomi non è stata possibile fino a quando non è stato identificato l enzima trascrittasi inversa (isolata dal virus della mieloblastosi aviaria, 1970), che permette di convertire RNA in cdna

10 Genomi a DNA, Herpesviridae Doppio filamento di DNA, lineare, le sue dimensioni vanno da 120 kbp 220 kbp. Poiché tutti i virus appartenenti a questa famiglia condividono le funzioni base per una infezione produttiva, la diversità nella grandezza dei genomi è dovuta alla presenza di geni dispensabili coinvolti in aspetti specifici della patogenesi di ciascun tipo di virus. Contiene tra i 60 e i 120 geni, a questo corrispondono virioni complessi contenenti circa 35 proteine

11 Herpesviridae: virione

12 Genomi a DNA, Herpesviridae Tre sottofamiglie Alphaherpesvirinae: Simplexvirus human herpesvirus 1 e 2 (HSV1, HSV2) Varicellovirus human herpesvirus 3 (VZV) Betaherpesvirinae: Cytomegalovirus human herpesvirus 5 (CMV) Muromegalovirus mouse cytomegalovirus 1 Roseolovirus human herpesvirus 6, 7 (HHV6, HHV7) Gammaherpesvirinae: Lymphocryptovirus human herpesvirus 4 (EBV) Rhadinovirus human herpesvirus 8 ( HHV8 o KSHV)

13 Genomi a DNA, herpesviridae HSV 1 I vari membri sono piuttosto diversi in termini di sequenza genomica, ma condividono una struttura e organizzazione comune: il genoma contiene due regioni uniche (U L e U S ) fiancheggiate da ripetizioni invertite (TR e IR), che determinano riarrangiamenti strutturali, tali che questi genomi esistono come una mistura di 4 isomeri funzionalmente equivalenti From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

14 Genomi a DNA, herpesviridae Codifica una varietà di enzimi coinvolti nel metabolismo degli acidi nucleici, nella sintesi del DNA e nel processamento delle proteine (protein kinasi) HSV 1 - circa 84 ORF. E indicata la localizzazione approssimativa dei geni e delle unità di trascrizione associate alla latenza. Geni codificanti funzioni simili sono evidenziati con lo stesso colore. Geni dispersi piuttosto che raggruppati From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

15 Genomi a DNA, herpesviridae Origini di replicazione HSV-1 OriL OriS OriS EBV

16 Adenoviridae: virione

17 Genomi a DNA, Adenoviridae Doppio filamento lineare di kbp, contenente geni La sequenza terminale di ciascun filamento è una ripetizione invertita di bp (ITR), importante durante la replicazione. Al 5 di ogni filamento è associata una proteina di 55 kda nota come proteina terminale (TP) L espressione genica è più complessa di quella degli herpesvirus: i geni organizzati in cluster sono espressi a partire da un ridotto numero di promotori; da ogni promotore sono espresse più proteine (spliced mrna e splicing alternativo)

18 Genomi a DNA, Adenoviridae From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press

19 Genomi a DNA, Papillomaviridae

20 Genomi a DNA, Polyomaviridae Doppio filamento circolare di circa 5kbp Nel virione assume una struttura superavvolta ed è associato a 4 istoni cellulari H2A, H2B, H3 e H4 Contiene 6 geni: essi sono posizionati in entrambi i filamenti e spesso sono sovrapposti L origine di replicazione è circondata da sequenze non codificanti che controllano la trascrizione

21 Genomi a DNA, Polyomaviridae From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press

22 Genomi a DNA, Parvoviridae Lineare, singolo filamento circa 5kb. Molto spesso il filamento impacchettato è quello Anche i parvovirus replicazione-competente contengono solo due geni: rep, proteine coinvolte nella replicazione, cap, proteine del capside Le terminazioni genomiche hanno sequenze palindromiche di circa 115 nt, che formano strutture a forcina (hairpin) essenziali per l inizio della replicazione del genoma From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press

23 Genomi a DNA, Hepadnaviridae (HBV) VII classe (RNA come stampo per sintesi di nuovi genomi) Doppio filamento parziale, circolare aperto, con associata la DNA polimerasi RNA-dipendente (trascrittasi inversa) al 5 del filamento (-) Filamento ( ) circa 3.5 kb, filamento (+) variabile nelle diverse particelle, kb Il filamento (+) presenta un RNA con cap al 5 Alle terminazioni 5 sono presenti delle corte sequenze ripetute (DR1 e DR2), importanti durante la retrotrascrizione From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

24 Genomi a RNA (+) Il genoma nudo di questi virus è infettivo Picornavidae Dimensioni dalle 7.2 alle 8.5 kb, contiene una lunga UTR al 5 ( nt) importante per la traduzione, sequenze IRES (Internal Ribosome Entry Site); UTR al 3 più corta ( nt) importante per la sintesi del filamento (-) Codifica una unica poliproteina Entrambe le estremità del genoma sono modificate: VPg al 5 e poliadenilzione al 3 From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press

25 Genomi a RNA (+) da 7.2 a 8.5 kb 10.5 kb 11.7 kb From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press 30 kb

26 Genomi a RNA (-) In questa classe sono presenti virus con genoma costituito da una molecola continua (Mononegavirales) o suddiviso in più segmenti. Nessuno di questi genomi è infettivo come RNA purificato in quanto non è riconosciuto come mrna Tutti i virioni possiedono associata al genoma la polimerasi virale che sarà utilizzata, all inizio dell infezione, per produrre i messaggeri a partire dallo stampo RNA(-)

27 Genomi a RNA (-), Rhabdoviridae Circa 11kb. Contiene una regione leader di 50nt al 3 e una breve UTR al 5. E presente un segnale di poliadenilazione alla fine di ogni gene all interno di corte sequenze intergeniche tra i 5 geni P M From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press

28 Genomi a RNA (-), Rhabdoviridae

29 I segmenti genomici non sono impacchettati come acido nucleico nudo, ma associati alla nucleoproteina e sono visibili al M.E. come strutture elicoidali Genomi a RNA (-), Orthomyxoviridae From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

30 Genomi a RNA (-), Orthomyxoviridae Genoma segmentato, 8 segmenti (virus influenza A e B) From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press

31 Genomi a RNA (-), Orthomyxoviridae I segmenti hanno sequenze nucleotidiche comuni al 5 e al 3 importanti per la replicazione: sono complementari tra di loro e all interno del virione i segmenti genomici sono ripiegati grazie all appaiamento di basi presenti alle estremità

32 Genomi a RNA a doppio filamento, Reoviridae (Reovirus) Il genoma è costituito da 10 segmenti di RNA a doppio filamento ed è impachettato in un capside icosaedrico costituito da 2 o 3 involucri concentrici. Il virione è costituito dalle proteine strutturali vere e proprie che formano il capside e da proteine non strutturali meno abbondanti che comprendono la trascrittasi virus-associata e tutti gli enzimi necessari per la produzione di mrna virale, inclusi quelli coinvolti nel capping e nella metilazione From Wagner and Hewlett Basic virology (2003) Blackwell Science Press

33 Retroviridae: virione

34 Genoma dei retrovirus 4 caratteristiche principali: 1) sono gli unici virus diploidi: contengono due copie di RNA(+) genomico 2) Sono gli unici virus che richiedono uno specifico RNA cellulare (trna) come innesco per la polimerasi From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

35 Genoma dei retrovirus Retrotranscription 3) Sono gli unici virus ad RNA(+) il cui genoma non è utilizzato direttamente come mrna 4) Sono gli unici virus il cui genoma è prodotto attraverso la normale trascrizione ad opera di enzimi cellulari (RNA pol II) a partire da DNA From Cann Principles of molecular virology (2001). Academic Press

36 Genoma dei retrovirus R è una corta sequenza che forma ripetizioni dirette ad entrambe le estremità del genoma, importante durante il processo di replicazione, segnale di poliadenilazione U5 sequenza unica non codificante, prima parte del genoma ad essere retrotrascritta, sito importante per l integrazione PBS 18nt complementari al 3 del trna Leader (90-500nt) non tradotta, contiene SD e y site PPT (c.a. 10nt) sito di inizio del filamento + di DNA U3 regione unica non codificante ( nt) contenente elementi promoter