Zápatí prezentace1
Infekční cyklus viru
První kontakt virus-buňka 'short distance electrostatic interactions' s nabitými
molekulami. koncentrování viru na povrchu buňky a tím lepší specifické interakce
s receptory buňky
PERMISIVITA BUŇKY – definována mimojiné přítomností receptorů na membráně,
které umožní vazbu viru na buněčný povrch a interakci viru s hostitelskou buňkou. V
buňce musí být přítomny i další 'prerekvizity' nutné pro replikaci viru nebo musí být
inducibilní (enzymy, transkripční faktory).
Replikace DNA virů převážně v jádře
(kromě např. poxvirů, iridovirů)
Replikace RNA virů převážně v
cytoplazmě (kromě např.
orthomyxovirů, retrovirů)
Fáze infekčního cyklu virů
(1) ADSORPCE (Attachment)
(2) PENETRACE (Entry, Penetration)
(3) OBNAŽENÍ GENOMU (Uncoating)
(4) STRATEGIE REPLIKACE GENOMU (Genome transcription,
translation and replication=biosynthesis)
(5) SESTAVENÍ INTAKTNÍ VIROVÉ ČÁSTICE (Assembly)
(6) MATURACE A UVOLNĚNÍ VIR. PARTIKULÍ Z BUŇKY
(genome release, Maturation and Exit)
Proč je důležité
znát jednotlivé
fáze infekčního
cyklu virů?
Poznáváme
Achillovu patu
viru…
Specifická vazba mezi hostitelskou buňkou a virem
ACE2-
RBD
Virus
Spillover
Přichycení viru k buňce (1/2)
̶ zpočátku vazba slabá-REVERZIBILNÍ-elektrostatický charakter (pH, iontová síla, hydrofóbní interakce, VW
síly) - nemusí dojít k infekci
̶ dále připojení virionu pomocí vazebných míst (VYSOCE SPECIFICKÝCH) na receptory hostitelské buňky
(většinou glykoproteiny, cukry, lipidy)
̶ proces adsorpce typický pro živočišné viry a bakteriofágy (nevyskytuje se zpravidla u rostlin)
̶ více receptorů-silnější vazby-ireverzibilita
̶ interakci viru s buňkou ovlivňuje např. pH, iontová síla, přítomnost séra
̶ některé viry využívají více receptorů nutných k infekci host. buňky (např. HIV heparansulfát-CD4-CXCR4/CCR5 nebo virus
hepatitidy C je nutná součinnost 4 molekul exprimovaných současně na infikované buňce (CD81, SR-BI, CLDN1, OCLN)
̶ různé viry mohou využívat stejný receptor (adenoviry a coxsackie viry)
̶ viry ze stejné čeledi se mohou vázat k různým receptorům (rhinoviry, retroviry)
přítomnost resp. absence receptorů určuje tropismus virů a je rozhodující pro patogenezi onemocnění (epitel respiračního
nebo zažívacího traktu, hepatocyty, buňky imunitního systému, buňky CNS); záleží také na ontogenezi (coxsackieviry infikují sající
myšky, dospělé nikoliv), poliovirus infikuje buňky primátů, HIV nasedá na lidské CD4 receptory T lymfocytů, naopak chřipka infikuje
množství různých hostitelů…
Přichycení viru k buňce (2/2)
(1) VAZEBNÁ MÍSTA VIRIONŮ – většinou jednoduché nebo složené bílkoviny (glykoproteiny)
Neobalené viry – na specializovaných strukturách ('fibers', 'knobs'-adenoviry, 'spikes'-rotaviry)
Obalené viry – glykoproteiny v obalu virové částice
např. adsorpce na erytrocyty (HEMAGLUTINACE=virion se může vázat svými výběžky na několik
molekul erytrocytů-aglutinace-sérologie
Přestože adsorpce viru na buňku je podmíněna geneticky, na její
účinnost má vliv řada vnějších faktorů (např. fyziologický stav
buňky, přítomnost a koncentrace iontů (Mg, Ca, Na, K) nebo
kofaktorů (např. L-tryptofan)
Zápatí prezentace8
2) VAZEBNÁ MÍSTA HOSTITELSKÝCH BUNĚK – glykoproteiny, glykolipidy, cukry
lipoproteiny – pro vazbu enterovirů, herpesvirů nebo arbovirů
kyselina sialová – pro vazbu orthomyxovirů, paramyxovirů, rotavirů a reovirů
CD4 – lentiviry (HIV-1,2)
MHC I, MHC II – togaviry, herpesviry
Receptor pro acetylcholin-rhabdoviry
Aminopeptidáza N - koronaviry
Integríny – adenoviry, pikornaviry
Heparansulfát proteoglykan – pikornaviry, virus dengue
Receptor CR2 pro komplement - herpesviry (EB virus)
Receptor CD155 – receptor pro poliovirus (jen u člověka a primátů)
Globosid (glykosfingolipid, P antigen krevní skupiny, progenitorové erytroidní buňky, buňky endotelu) – parvovirus B19
IgA – virus hepatitidy B
Buněčné receptory nejsou primárně
určené pro interakci s viry, spíše viry
si vytvořily molekuly schopné
tyto receptory využívat pro infekci
buňky
Penetrace viru do buňky
= vstup virionu do buňky
na rozdíl od přichycení (adsorpce) penetrace vyžaduje energii – vyžaduje metabolicky aktivní buňku
(1) ENDOCYTÓZA – nejčastější způsob pronikání viru do buňky
vchlipování se do vezikul, invaginace plazmatické membrány (uzavření virionů,
hlavně u neobalených virů
Clathrin-mediated
Caveolin-mediated
Vysvětlení:
-snížení rizika rozpoznání imunitním systémem host. buňky
-nízké pH transport. vezikul – uvolnění virového genomu a transport
na místo replikace
Vstup do buňky – neobalené viry ('naked viruses')
Carter and Saunders, 2013
Příklad endocytózy u neobalených virů - adenoviry
Mechanizmy endocytózy u virů infikujících živočišné buňky
MacLachlan,
Dubovi, 2011
Zápatí prezentace13
Ojediněle průchod přímou penetrací (direct penetration) v
cytolazmatické membráně (reoviry) nebo póry v cyt. mem. (poremediated
penetration) u pikornavirů
Vstup do buňky – obalené viry ('enveloped viruses')
2 cesty vstupu do buňky:
1. fúze obalu viru s plazmatickou membránou (HIV)
2. endocytóza následovaná fúzí obalu viru s membránou endozómu
(influenza)
Carter and Saunders, 2013
Příklad fúze u obalených virů - HIV
Uvolnění viru z endozómu
Acid-trigger
• spojení s lysozomem
• protonové pumpy (ATP/ADP)
Fúzní protein u obalených virů
pH-independent fusion (herpesviry,
HIV, paramyxoviry, poliovirus)
acid-trigger fusion
(orthomyxoviry, togaviry, flaviviry,
bunyaviry, adenoviry, rhabdoviry)
Carter and Saunders, 2013
Shrnutí
(od penetrace
až k replikaci...)
Transport virové částice uvnitř hostitelské buňky
herpesviry
adenoviry
parvoviry
retroviry
Carter and Saunders, 2013
Obnažení genomu
poslední část penetrace je uvolnění virového genomu (UNCOATING)
jde o částečné (tvorba pórů) nebo úplné rozrušení kapsidu a uvolnění genomu do buňky
(u živ. virů se tak děje v cytoplazmě, nebo na jaderném póru nebo v jádře)
kyselé prostředí endozómů způsobí konformační změny na kapsidu, výsledkem je tvorba
pórů a následné uvolnění do cytoplazmy (např. pikornaviry)
kapsidy obsahují proteinové sekvence, které jsou zodpovědné za přichycení ke strukturám
cytoskeletu a zabezpečí transport do blízkosti jádra-uvolnění v blízkosti jaderných pórůnahé
nukleokapsidy nebo NK putují do jádra
'The mechanisms by which virions, or their
genomes, are released from endosomes are not
fully understood.'
Co se děje po vstupu do buňky?
Viriony vstupující do buňky ovlivňují buněčné funkce
(1) Inhibice syntézy buněčné DNA
interakce virových proteinů s buněčnou DNA (narušení regulačních mechanizmů)
(2) Inhibice syntézy buněčné RNA
působení virového inhibitoru na buněčnou RNA (potlačení transkripce RNA v buňce)
(3) Inhibice syntézy buněčných bílkovin
potlačení tvorby NK (rozpad ribozómů) nebo působením specifických virových inhibitorů
Zahájení syntézy virové mRNA (transkripce) a bílkovin (translace), replikace
Alternativa:
NEBO obranné mechanizmy hostitele (např. lysozym) inaktivují virus NEBO
dojde k latentní infekci místo zahájení replikačních pochodů
Life cycle - influenza (animation)
https://www.xvivo.net/animation/influenza-a/
Pěkné ilustrační
video
Centrální dogma molekulární biologie
včetně jeho modifikace
Strategie replikace genomu viru
ústřední role mRMA klasifikace dle Baltimora
Syntéza a intracelulární transport molekul
'Viral factories' nebo 'Viral replication complexes'
̶ vnitřní buněčné kompartmenty, které zvyšují efektivitu replikace a sestavování virové částice (organizace pochodů
replikace a sestavování virionu)
̶ skrývají virus před obrannými mechanizmy hostitelské buňky (před degradací)
̶ umístění v jádře, perinukleárním prostoru nebo cytoplazmě
̶ formování viral factories vyžaduje množství komplexních interakcí a zapojení řady signálních drah
Cytoplazmatické:
Viroplazma (cyt. inkluze-poxviry, asfaviry, iridoviry, reoviry)
Sféruly (mem. invaginace-endozómy) (togaviry)
Vezikuly s dvojitou membránou
(mem. struktury ER a GA) (pikornaviry, koronaviry, flaviviry, bunyaviry-GA)
součástí je i cytoskelet
Jaderné: replikační kompartmenty, bakuloviry-virogenic stroma bakuloviry, herpesviry, polyomaviry
Jsou jedinečné diagnostický
znak
Výstavba nových částic
KOMPLETACE (SELF-ASSEMBLY) NOVÝCH VIRIONŮ
̶ ze složek virionů syntetizovaných de novo
̶ in vitro demonstrováno např. u viru mozaiky tabáku, viru Sendai, rhabdovirů
̶ komponenty se tvoří na místech výstavby (uplatnění transportních mechanizmů-systém buněčných
cisteren (GA, ER) pohybujících se v cytoplazmě pomocí cytoskeletu)
- transport polarizovaný (hromadění složek virionů v jedné části mem.)
- transport nepolarizovaný (po celé bun. mem.)
Biosyntéza virových obalových glykoproteinů (obalené viry)
1. translace a inzerce proteinů do membrány
2. skladba a oligomerizace polypeptidů
3. třídění a modifikace syntetizovaných proteinů při transportu k povrchu buňky
4. včlenění proteinů do virionu
Bílkovinné podjednotky
se k sobě spojují
AUTOAGREGACÍ
(energeticky výhodný
proces s definovanou
symetrií a stabilitou)
Sestavování nových virových částic
('genome packaging')
Packaging signal
= virový protein
rozeznávající
specifickou sekvenci
virové DNA/RNA, která
má být zabalena
Carter and Saunders, 2013
Genome replication
Lokalizace virového genomu během
transkripce v eukaryotické buňce
Dozrávání nových virových částic (MATURACE)
̶ strukturní změny virové částice vedoucí ke štěpení kapsidových proteinů nebo ke
změnám konformace virových proteinů=vznik zralých funkčních produktů
̶ do procesu maturace jsou zapojeny virové proteázy a směs virových a buněčných
enzymů (např. HA viru chřipky-posttranslační štěpení na HA1 a HA2 nebo působení
neuraminidázy-uvolnění zbytků kys. sialové)
Proces uvolnění virů z hostitelské buňky
změny v permeabilitě plazmatické membrány (změna iontové rovnováhy mezi vnějším a
vnitřním prostředím buňky)
Lýza – infikovaná buňka se otevře, poruší se její integrita a viry se dostanou do
extracelulárního prostoru (předcházejí změny v cytoskeletu způsobené virovými proteiny
vedoucí ke změně morfologie buňky).
Exocytóza – po splynutí mem. váčku (vezikulu) s cyt. mebránou
Pučení (budding)- vychlipování směrem ven z cyt. mem.
Viry s helikální symetrií (sestavení virionu a exit z hostitelské buňky)
Carter and Saunders, 2013
Viry s ikosaedrální symetrií (sestavení virionu a exit z hostitelské buňky)
Carter and Saunders, 2013
VIRUS BUDDING (ENVELOPED
VIRUSES)
specifická místa v hostitelské
buňce
respirační,
genitální,
střevní
epitely
Krev,
lymfatická
tkáň
Uvolnění viru z buňky (shrnutí)
Přehled (dle čeledí):
• vstup do buňky
• místo replikace
• místo maturace