Pikornawirus

Electronmicrograph of "Poliovirus"
Isosurface of a human rhinovirus showing protein spikes
Picornaviridae
Mikrofotografia wirusa polio
Izopowierzchnia ludzkiego rinowirusa wykazująca skoki białka
Klasyfikacja wirusa
(nierankingowe): Wirus
Królestwo : Rybowiria
Królestwo: Orthornavirae
Gromada: Pisuviricota
Klasa: Pisoniviricetes
Zamówienie: Pikornawirusy
Rodzina: Picornaviridae
Ogólne

Zobacz tekst

Pikornawirusy to grupa spokrewnionych wirusów RNA bez otoczki , które infekują kręgowce , w tym ryby , ssaki i ptaki . Są to wirusy reprezentujące dużą rodzinę małych, jednoniciowych wirusów RNA o dodatnim sensie i z dwudziestościennym kapsydem o długości 30 nm . Wirusy z tej rodziny mogą powodować szereg chorób, w tym przeziębienie , poliomyelitis , zapalenie opon mózgowo-rdzeniowych , zapalenie wątroby i paraliż .

Picornawirusy tworzą rodzinę Picornaviridae , rząd Picornavirales i królestwo Riboviria . Do tej rodziny należy 158 gatunków, przypisanych do 68 rodzajów. Godnymi uwagi przykładami są rodzaje Enterovirus (w tym Rhinovirus i Poliovirus ), Aphthovirus , Cardiovirus i Hepatovirus .

Etymologia

Nazwa „pikornawirus” ma podwójną etymologię . Po pierwsze kwas rybonukleinowy , picorna będącego nazwa pochodzi od słowa – akronimem słów „ poliowirus , niewrażliwość na eter , wirus coxsackie , wirus sierocy , rinowirus i ”. Po drugie, nazwa wywodzi się od słowa pico – , które oznacza bardzo małą jednostkę miary (odpowiednik 10 −12 ), w połączeniu z rna , aby opisać tę grupę bardzo małych wirusów RNA .

Historia

Pierwszym odkrytym wirusem zwierzęcym (1897) był wirus pryszczycy (FMDV). Jest prototypowym przedstawicielem rodzaju Aphthovirus z rodziny Picornaviridae . Test łysinkowy opracowano przy użyciu wirusa polio ; odkrycie replikacji wirusa w hodowli dotyczyło także wirusa polio w 1949 r. Był to pierwszy raz, kiedy zakaźny wirus został wyprodukowany w hodowanych komórkach. Synteza poliprotein , wewnętrzne miejsca wejścia rybosomów i mRNA bez czapeczki wszystkie zostały odkryte poprzez badanie komórek zakażonych wirusem polio, a klon wirusa polio był pierwszym zakaźnym klonem DNA wykonanym z wirusa RNA u zwierząt. Wraz z rinowirusem , wirus polio był pierwszym wirusem zwierzęcym, którego strukturę określono za pomocą krystalografii rentgenowskiej . Zależną od RNA polimerazę RNA odkryto u Mengovirusa , rodzaju pikornawirusów.

Wirusologia

Struktura

FMDV VP1, VP2, VP3 i VP4 tworzą biologiczny protomer i ikozaedryczny kapsyd.

Pikornawirusy nie mają otoczki, mają dwudziestościenny kapsyd . Kapsyd to układ 60 protomerów w ciasno upakowanej strukturze ikozaedrycznej. Każdy protomer składa się z czterech polipeptydów znanych jako VP (białko wirusowe) 1, 2, 3 i 4. Polipeptydy VP2 i VP4 pochodzą z jednego protomeru znanego jako VP0, który jest rozszczepiany w celu uzyskania różnych składników kapsydu. Mówi się, że dwudziestościan ma liczbę triangulacyjną 3, co oznacza, że ​​w strukturze dwudziestościanu każdy z 60 trójkątów tworzących kapsyd jest podzielony na trzy małe trójkąty z podjednostką w rogu. [ wymagany cytat ]

Wiele pikornawirusów ma głęboką szczelinę utworzoną wokół każdego z 12 wierzchołków dwudziestościanów. Zewnętrzna powierzchnia kapsydu składa się z obszarów VP1, VP2 i VP3. Wokół każdego z wierzchołków znajduje się kanion wyłożony końcami C VP1 i VP3. Wewnętrzna powierzchnia kapsydu składa się z VP4 i końców N VP1. J. Esposito i Freederick A. Murphy demonstrują strukturę szczelin zwaną kanionami, wykorzystując krystalografię rentgenowską i mikroskopię krioelektronową.

W zależności od rodzaju i stopnia odwodnienia cząstka wirusa ma średnicę około 30–32 nm. Genom wirusa ma długość około 2500 nm, jest zatem ściśle upakowany w kapsydzie wraz z substancjami takimi jak sodu , aby zrównoważyć ładunki ujemne na RNA powodowane przez grupy fosforanowe . [ wymagany cytat ]

Genom

Organizacja genomu i białka enterowirusów i aftowirusów

Pikornawirusy są klasyfikowane w systemie klasyfikacji wirusów Baltimore jako wirusy grupy IV, ponieważ zawierają jednoniciowy genom RNA o dodatniej polaryzacji . Ich genom ma długość od 6,7 do 10,1 ( kilozasad ). Podobnie jak większość genomów RNA o pozytywnym sensie, sam materiał genetyczny jest zakaźny; chociaż zasadniczo mniej zjadliwy niż gdyby był zawarty w cząstce wirusa, RNA może mieć zwiększoną zakaźność po transfekcji do komórek. Genomowy RNA jest niezwykły, ponieważ na końcu 5' zawiera białko , które służy jako starter do transkrypcji przez polimerazę RNA . Starter ten nazywany jest genomem VPg i jego wielkość waha się od 2 do 3 kb. VPg zawierają resztę tyrozyny na końcu 3'. Tyrozyna jako źródło –OH dla kowalencyjnie połączonego z końcem 5' RNA.

Genom nie jest podzielony na segmenty i nie ma sensu pozytywnego (w tym samym znaczeniu, co mRNA ssaków, odczytywane od 5' do 3'). W przeciwieństwie do mRNA ssaków , pikornawirusy nie mają czapeczki na końcu 5' , lecz kodowane przez wirusy białko znane jako VPg . Jednakże, podobnie jak mRNA ssaków, genom ma ogon poli(A) na końcu 3'. Na obu końcach genomu pikornawirusa znajduje się region nie podlegający translacji (UTR). 5'UTR jest zwykle dłuższy i ma około 500–1200 nukleotydów (nt) długości w porównaniu z 3'UTR, który wynosi około 30–650 nt. Uważa się, że 5'UTR jest ważny w translacji, a 3' w syntezie nici ujemnej; jednakże koniec 5' może również odgrywać rolę w zjadliwości wirusa. Pozostała część genomu koduje białka strukturalne na końcu 5' i białka niestrukturalne na końcu 3' w pojedynczej poliproteinie. [ wymagany cytat ]

Poliproteina jest zorganizowana w następujący sposób: L-1ABCD-2ABC-3ABCD, gdzie każda litera reprezentuje białko, ale istnieją różnice w tym układzie. [ wymagany cytat ]

Białka 1A, 1B, 1C i 1D to odpowiednio białka kapsydu VP4, VP2, VP3 i VP1. Proteazy kodowane przez wirusy dokonują rozszczepień, z których niektóre są wewnątrzcząsteczkowe. Poliproteinę najpierw tnie się, uzyskując P1, P2 i P3. P1 ulega mirystylacji na N-końcu, zanim zostanie rozszczepiony na VP0, VP3 i VP1, białka, które utworzą prokapsydy; VP0 zostanie później rozszczepiony w celu wytworzenia VP2 i VP4. Inne produkty rozszczepienia obejmują 3B (VPg), 2C (ATPaza) i 3D (polimeraza RNA).

Replikacja

Elementy RNA

Genom i elementy strukturalne RNA wirusa pryszczycy

Genomowe RNA pikornawirusów zawierają wiele elementów RNA i są wymagane do syntezy RNA zarówno o ujemnej, jak i dodatniej nici. Do replikacji wymagany jest element replikacyjny działający w trybie cis (CRE). Struktura pętli łodygi zawierająca CRE jest niezależna od pozycji, ale zmienia się wraz z lokalizacją pomiędzy typami wirusa, gdy zostanie zidentyfikowana. Ponadto elementy końcowe 3' wirusowego RNA są istotne i skuteczne w replikacji RNA pikornawirusów. Koniec 3' pikornawirusa zawiera przewód poli(A), który jest niezbędny do zakaźności. Przypuszcza się jednak, że synteza RNA zachodzi w tym regionie. Koniec 3' NCR wirusa polio nie jest konieczny do syntezy nici ujemnej, ale jest ważnym elementem syntezy nici dodatniej. Dodatkowo, do replikacji RNA i inicjacji translacji wirusa polio wymagany jest NCR na końcu 5', który zawiera drugorzędowe elementy strukturalne. Wewnętrzne miejsca wejścia rybosomów to struktury RNA, które umożliwiają niezależną od czapeczki inicjację translacji i są w stanie inicjować translację w środku informacyjnego RNA.

Koło życia

Cykl życiowy pikornawirusa

Cząsteczka wirusa wiąże się z receptorami na powierzchni komórki. Receptory na powierzchni komórki scharakteryzowano dla każdego serotypu pikornawirusów. Na przykład receptorem wirusa polio jest glikoproteina CD155, która jest specjalnym receptorem dla człowieka i niektórych innych gatunków naczelnych. Z tego powodu w wielu laboratoriach nie można było wyprodukować wirusa polio, dopóki w latach dziewięćdziesiątych nie wynaleziono myszy transgenicznych z receptorem CD155 na powierzchni komórek. Zwierzęta te można zakażać i wykorzystywać do badań replikacji i patogenezy. Wiązanie powoduje zmianę konformacyjną wirusowych białek kapsydu i kwasu mirystynowego zostaje zwolniony. Kwas tworzy por w błonie komórkowej, przez który wstrzykiwany jest RNA.

Po wejściu do komórki RNA odrywa powłokę, a genom RNA o nici (+) jest replikowany poprzez dwuniciowy produkt pośredni RNA, który jest tworzony przy użyciu wirusowej polimerazy RNA zależnej od RNA. Translacja przez rybosomy komórki gospodarza nie jest inicjowana jak zwykle przez czapeczkę 5'G, ale raczej jest inicjowana przez wewnętrzne miejsce wejścia rybosomu. Cykl życiowy wirusa jest bardzo szybki, a cały proces replikacji kończy się średnio w ciągu 8 godzin. Jednak już po 30 minutach od początkowej infekcji synteza białek komórkowych spada do prawie zera – w zasadzie makromolekularna synteza białek komórkowych zostaje wyłączona. W ciągu następnych 1–2 godzin nastąpi utrata marginesu chromatyna i jednorodność zachodzi w jądrze, zanim białka wirusowe zaczną być syntetyzowane, a w cytoplazmie w pobliżu jądra pojawi się wakuola, która stopniowo zaczyna się rozprzestrzeniać, gdy czas po zakażeniu osiągnie około 3 godziny. Po tym czasie błona komórkowa staje się przepuszczalna; po 4–6 godzinach cząsteczki wirusa łączą się i czasami można je zobaczyć w cytoplazmie. Około 8 godzin komórka jest faktycznie martwa i ulega lizie, uwalniając cząsteczki wirusa. [ wymagany cytat ]

Dane eksperymentalne z jednoetapowych eksperymentów przypominających krzywą wzrostu umożliwiły bardzo szczegółową obserwację replikacji pikornawirusów. Cała replikacja zachodzi w cytoplazmie komórki gospodarza, a infekcja może wystąpić nawet w komórkach, które nie zawierają jądra ( wyłuszczonych) i tych, które leczono aktynomycyną D (ten antybiotyk hamowałby replikację wirusa, gdyby miała ona miejsce w jądrze) . potrzebne ]

Tłumaczenie odbywa się poprzez przesunięcie ramki odczytu -1 rybosomu, inicjację wirusa i pominięcie rybosomu. Wirus opuszcza komórkę gospodarza poprzez lizę i wiroporyny. Kręgowce są naturalnymi żywicielami. Drogi przenoszenia to kał, jama ustna, kontakt, spożycie i cząstki unoszące się w powietrzu.

Białko wirusowe (VPg)

Pikornawirusy mają białko wirusowe ( VPg ) kowalencyjnie połączone z końcem 5' ich genomu zamiast komórkowego mRNA z czapeczką 7-metyloguanozyny. Polimerazy RNA wirusa wykorzystują VPg jako starter. VPg jako starter wykorzystuje syntezę RNA zarówno o dodatniej, jak i ujemnej nici. Replikacja pikornawirusa jest inicjowana przez urydylację VPg. Jest urydylowany na grupie hydroksylowej reszty tyrozyny. Mechanizm starterowy VPg jest wykorzystywany przez pikornawirusy (enteroafto- i inne), dodatkowe grupy wirusów (poty-, como-, calici- i inne) oraz supergrupę RNA pikornawirusopodobną (koronawirus, notawirus itp.) wirusy. Mechanizm najlepiej zbadano w przypadku enterowirusów (do których zalicza się wiele ludzkich patogenów, takich jak polio i wirusów Coxsackie ), a także aftowirusa, patogenu zwierzęcego wywołującego pryszczycę. [ wymagany cytat ]

W tej grupie synteza RNA zależna od startera wykorzystuje małe białko wirusowe o długości od 22 do 25 aminokwasów połączone z VPg w celu zainicjowania aktywności polimerazy, gdzie starter jest kowalencyjnie związany z końcem 5' matrycy RNA. Urydylacja zachodzi przy reszcie tyrozyny w trzeciej pozycji VPg. CRE, będący strukturą pętli macierzystej RNA, służy jako matryca do urydylacji VPg, co prowadzi do syntezy VPgpUpUOH. Mutacje w strukturze CRE-RNA zapobiegają urydylacji VPg, a mutacje w obrębie sekwencji VPg mogą poważnie zmniejszyć aktywność katalityczną RdRp. Podczas gdy hydroksyl tyrozyny VPg może zapoczątkować syntezę RNA o nici ujemnej w sposób niezależny od CRE i VPgpUpUOH, synteza VPgpUpUOH zależna od CRE jest absolutnie wymagana do syntezy RNA o nici dodatniej. Zależna od CRE urydylacja VPg obniża stężenie K m- UTP wymaganej do replikacji wirusowego RNA i zależnej od CRE syntezy VPgpUpUOH oraz jest wymagane do wydajnej syntezy RNA o ujemnej nici, szczególnie gdy stężenia UTP są ograniczone. Starter VPgpUpUOH przenosi się na koniec 3' matrycy RNA w celu wydłużenia, które może być kontynuowane przez dodanie zasad nukleotydowych przez RdRp. Częściowe struktury krystaliczne VPg wirusa pryszczycy i wirusa Coxsackie B3 sugerują, że na polimerazie wirusowej mogą znajdować się dwa miejsca dla małych VPg pikornawirusów. Struktury roztworu NMR wirusa polio VPg i VPgpU pokazują, że urydylacja stabilizuje strukturę VPg, która poza tym jest dość elastyczna w roztworze. Drugie miejsce można wykorzystać do urydylacji, po czym VPgpU może zainicjować syntezę RNA. Startery VPg kaliciwirusów, których struktury dopiero zaczynają być odkrywane, są znacznie większe niż startery pikornawirusów. Mechanizmy urydylacji i inicjowania mogą być zupełnie inne we wszystkich tych grupach. [ wymagany cytat ]

Urydylacja VPg może obejmować zastosowanie białek prekursorowych, umożliwiając określenie możliwego mechanizmu lokalizacji diurydylowanego prekursora zawierającego VPg na końcu 3' RNA o dodatniej lub ujemnej nici w celu wytwarzania RNA o pełnej długości. Determinanty wydajności urydylacji VPg sugerują tworzenie i/lub zapadanie się lub uwalnianie urydylowanego produktu jako etap ograniczający szybkość in vitro , w zależności od zastosowanego dawcy VPg. Białka prekursorowe mają również wpływ na specyficzność i stabilność VPg-CRE. Górna pętla macierzysta RNA, z którą wiąże się VPg, ma znaczący wpływ zarówno na retencję, jak i rekrutację VPg i Pol. Pętla macierzysta CRE zostanie częściowo rozwinięta, umożliwiając składnikom prekursorowym związanie i rekrutację VPg i Pol4. Pętla CRE ma zdefiniowaną sekwencję konsensusową, z którą wiążą się składniki inicjacyjne, ale nie istnieje sekwencja konsensusowa dla trzonu nośnego, co sugeruje, że ważna jest tylko stabilność strukturalna CRE.

Składanie i organizacja kompleksu rybonukleoprotein VPg pikornawirusa

  1. Dwie cząsteczki 3CD (kompleks VPg) wiążą się z CRE z domenami 3C (domena VPg) stykającymi się z górnym trzonem i domenami 3D (domena VPg) stykającymi się z dolnym trzonem.
  2. Dimer 3C otwiera łodygę RNA, tworząc bardziej stabilną interakcję z pojedynczymi niciami tworzącymi łodygę.
  3. 3Dpol jest rekrutowany i zatrzymywany w tym kompleksie poprzez fizyczną interakcję pomiędzy subdomeną 3Dpol z tyłu kciuka a powierzchnią jednej lub obu subdomen 3C 3CD.

VPg może również odgrywać ważną rolę w specyficznym rozpoznawaniu genomu wirusa przez białka ruchowe (MP), które są białkami niestrukturalnymi kodowanymi przez wiele, jeśli nie wszystkie, wirusy roślinne, aby umożliwić ich przemieszczanie się z jednej zakażonej komórki do komórek sąsiednich. MP i VPg oddziałują, zapewniając specyficzność transportu wirusowego RNA z komórki do komórki. Aby spełnić wymagania energetyczne, MP oddziałuje również z P10, który jest komórkową ATPazą. [ wymagany cytat ]

Choroby

Pikornawirusy powodują szereg chorób. Enterowirusy z rodziny pikornawirusów infekują pokarmowy , co znajduje odzwierciedlenie w ich nazwie. Rinowirusy infekują przede wszystkim nos i gardło . Enterowirusy replikują się w temperaturze 37°C, podczas gdy rinowirusy rosną lepiej w 33°C, ponieważ jest to niższa temperatura nosa. Enterowirusy są stabilne w warunkach kwaśnych, dzięki czemu są w stanie przetrwać ekspozycję na kwas żołądkowy . Natomiast rinowirusy są nietrwałe w środowisku kwasowym (inaktywowane lub niszczone przez niskie pH ). choroby), zatem infekcje rinowirusami ograniczają się do nosa i gardła. [ wymagany cytat ]

Taksonomia

Te rodzaje są rozpoznawane:

Zobacz też

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Picornavirus&oldid=1136462255 ”