VÍRUS Denominação, classificação, estrutura, genomas e replicação

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1 Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Ciências Básicas da Saúde Departamento de Microbiologia, Imunologia e Parasitologia Disciplina de Virologia Básica VÍRUS Denominação, classificação, estrutura, genomas e replicação Fabrício Souza Campos Pós-doc UFRGS Orientador Prof. Dr. Paulo Roehe

2 Virology blog Aula com base no blog Virology Dr Vincent Racaniello, University of Columbia, NY, US Visão geral dos vírus

3 Vivemos em uma nuvem de vírus Nós comemos e respiramos bilhões de vírus regularmente Nós carreamos genomas virais como parte do nosso próprio genoma Infectam todas as formas de vida

4 Todos os vírus causam danos? Nem todos os vírus causam doenças Maioria dos vírus são benéficos Curvularia Thermal Tolerance Virus

5 O quão infectados estamos? HSV 1, HSV 2, VZV, EBV, HCMV, HHV 6, HHV 7, HHV 8 Uma vez infectado, estes vírus permanecem no organismo por toda a vida

6 Cada uma de nossas células está infectada por vírus

7 O que é um vírus? Muito pequenos, infecciosos, parasitas intracelulares obrigatórios Os vírus são ou não vivos? Os que acreditam que não, dizem que eles podem ser definidos como partículas químicas que não podem se reproduzir sozinhas Necessitam de um hospedeiro celular

8 Os vírus são vivos? Existe uma enquete on-line: Resultados em 24/03/13 as 13:31

9 Os vírus são muito pequenos Átomo de carbono HIV-1 TMV Fago Ribossomos E. coli Poliovírus X Miosina Actina X

10 Os vírus são muito pequenos

11 Classificação dos vírus Ordem (-virales) Família (-viridae) Gênero (-virus) Espécie Ex: Picornavirales (ordem) Picornaviridae (família) Enterovirus (gênero) Poliovirus, rinovirus (espécies)

12 Classificação dos vírus Natureza e sequencia de ácido nucleio Simetria ou forma do capsídeo Presença ou ausência de envelope Dimensão do virion ou capsídeo

13 Classificação dos vírus ICTV: Comitê Internacional de Taxonomia de Vírus vírus isolados de bactérias, plantas, animais e alocados em 6 ordens, 87 famílias, 349 gêneros e 2284 espécies Porém, há vírus no oceano

14

15 Estrutura de um vírus Ácido nucleico: DNA ou RNA Capsídeo: do latim capsa significa caixa Nucleocapsideo: ác nucleio + capsídeo Matrix: proteína que preenche o espaço entre o capsideo e o envelope Envelope: membrana viral Derivado da membrana do hospedeiro

16 Estrutura de um vírus Virion: partícula viral infecciosa

17 Proteínas do capsídeo Proteínas idênticas se organizam para formar uma estrutura simétrica (ligações não covalentes) Deve se dividir rapidamente durante a infecção viral As proteínas do capsídeo podem se organizar para formar partículas como vírus ( virus-like particles ou VLPs) Vacinas contra HBV e HPV são VLPs produzidas em leveduras

18 Funções das proteínas do capsídeo Proteção e empacotamento do ácido nucleico viral Interação com a membrana celular para formação do envelope Liberação do genoma Transporte do genoma para o sítio apropriado Conferem uma característica metaestável

19 Os capsídeos são metaestável Devem proteger o genoma (estável) E libera-lo rapidamente durante a infecção viral (instável)

20 Simetria do nucleocapsideo Icosaédrica ou cúbica Influenza RNA, envelopado Adenovirus DNA, ñ envelopado

21 Helicoidal Simetria do nucleocapsideo

22 Complexa Simetria do nucleocapsideo

23 Formação do envelope Envelope é derivado da membrana plasmática (bi-camada lipídica) Genoma viral não codifica lipídios Envelope é formado durante o brotamento do nucleocapsideo através da membrana

24 Glicoproteínas do envelope Integram a membrana Possuem um domínio externo e um interno Externo: ligação, sítios antigênicos, fusão Interno: montagem, ancoragem

25 Outros componentes virais Enzimas: polimerases, integrases, proteínas associadas, proteases, topoisomerase Ativadores, mrna de degradação Componentes celulares: histonas, trnas, lipídios, entre outros

26 Estratégias comuns entre os vírus 1. Todos os vírus empacotam o seu genoma dentro de uma partícula utilizada para transmissão a um hospedeiro 2. O genoma viral contém a informação para iniciar e completar um ciclo de infecção dentro de uma célula suscetível e permissível 3. Todos os genomas virais são capazes de infectarem uma população de hospedeiro, visando a sobrevivência viral

27 Estratégias comuns entre os vírus 4. Todos os genomas virais são parasitas moleculares obrigatórios que somente se tornam funcionais após se replicarem em uma célula 5. Todos os vírus devem transcrever o mrna que será traduzido pelos ribossomos do hospedeiro: Então, os vírus são parasitas da maquinaria de síntese proteica da célula

28 Como parasitas moleculares obrigatórios, cada método de replicação pode revelar algo sobre o hospedeiro e / ou vírus

29 Entendendo os vírus Vírus dependem de seus hospedeiros para sobreviver Se são muito bem sucedidos e matam seus hospedeiros, eles podem ser eliminados Se eles forem muito passivos e a defesa do hospedeiro impedir o seu crescimento, eles podem ser eliminados

30 Defesas do organismo

31 Genética de bottlenecks Defesa do organismo ou drogas antivirais

32 Objetivo da replicação Produzir progênie viral viável Consequências Nenhuma (TTV) Doença (Hepatites virais) Morte do hospedeiro (HIV) Termo replicação em virologia

33 Replicação Replicação em biologia Síntese de moléculas de ácidos nucléicos X Em virologia Todo o processo de multiplicação viral

34 Alguns conceitos Infecção produtiva Produção de progênie viral viável Infecção abortiva Ciclo replicativo interrompido Susceptibilidade Capacidade das células de serem infectadas Permissividade Ocorrência de multiplicação viral

35 Alguns conceitos Células suscetíveis e permissivas Suportam o ciclo replicativo completo Penetração + etapas intracelulares Céls não suscetíveis ou permissivas Faltam receptores para adsorção e penetração Semipermissivas Exceção = transfecção (processo artificial)

36 Aplicação prática Tabela 1 - Consequências da infecção de espécies de ruminantes com BoHV-1. Veados e renas: células são apenas suscetíveis Não permitem a replicação viral: não permissivas Fonte: J. Thiry et al., 2006.

37 Outros conceitos Espectro de hospedeiro Conjunto de espécies animais ou de diferentes células Tropismo Predileção por células ou tecidos Presença de receptores Ex.: H5N1 se liga aos receptores de ác siálico-galactose Aves possuem ligações α-2,3 Humanos possuem ligações α-2,6 Suínos possuem ambas ligações α-2,3 e α-2,6

38 Ácido siálico: receptor influenza Memb celular Ligação α-2,3 (aves)

39 Etapas da replicação 1. Adsorção 2. Penetração 3. Desnudamento 4. Expressão gênica (transcrição e tradução) 5. Replicação do genoma 6. Morfogênese / maturação 7. Egresso/Liberação

40 Divisão meramente didática Adsorção 2. Penetração 3. Desnudamento 4. Expressão gênica (transcrição e tradução) 5. Replicação do genoma 6. Morfogênese / maturação 7. Egresso/Liberação 7 6 5

41 Fases de infecção vírus lítico

42 Vírus lítico

43 Vírus lítico

44 Vírus lítico

45 1. Adsorção Ligação específica das partículas víricas na superfície das células hospedeiras Proteínas de superfície dos vírions (VAPs) Vírus nú: proteínas do capsídeo Vírus envelopados: glicoproteínas Receptores celulares Proteínas (glicoproteínas) Carboidratos

46 1. Adsorção

47 1. Adsorção Vírus que utilizam receptores específicos Rinovírus, poliovírus, FMDV Vírus que utilizam receptores alternativos Herpesvírus, togavírus (rubéola) Vantagem evolutiva Maior espectro de hospedeiros e células Receptores virais Vírus DNA (tabela 2) e RNA (tabela 3)

48 1. Adsorção Tabela 2 Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus DNA Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração

49 1. Adsorção Tabela 3 Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus RNA Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração

50 1. Adsorção Co-receptores: auxiliam na interação HIV: o complexo gp120 gp41 vai se ligar ao receptor CD4 E os receptores de citocinas vão atuar como coreceptores celulares

51 Co-receptores

52 2. Penetração Principais mecanismos de penetração dos vírus nas células hospedeiras: A) Fusão com a memb. plasmática B) Fusão após endocitose mediada por clatrina C) Fusão após endocitose mediada por caveolina D-E) Penetração após endocitose mediada por lipídios

53 3. Desnudamento Série de eventos que ocorre após a penetração Exposição do genoma para transcrição / tradução Estar acessível as enzimas Vírus DNA: penetração do genoma nos poros nucleares

54

55 Estrutura dos genomas Os genomas virais de DNA ou RNA são estruturalmente diversos linear circular segmentado Fita única de polaridade (+) Fita única de polaridade (-) Fita dupla Fita dupla parcial

56 Evolução viral Complexos e inúmeros métodos de infecções com apenas sete tipos de genomas (DNA ou RNA) A composição e a estrutura desses sete tipos de genomas virais são mais variados do que qualquer genoma dos reinos bacterianos, arquea ou eucarióticos Diferentes estratégias de replicação são fontes constantes de pesquisa

57 GENOMAS VIRAIS Classificação de Baltimore (1975) Vírus de DNA fs Vírus de DNA fd (±) Transcrição Síntese da outra fita Intermediário de DNA fd Transcrição reversa Pode ser usado diretamente mrna (sentido +) Transcrição fita (-) Transcrição fita (-) Retrovírus RNA fs (+) Vírus RNA fs (+) Vírus RNA fs (-) Vírus de RNA fd (±) Fonte: Madigan, 2004.

58 Qual informação é codificada em um genoma viral? Produtos de genes e sinais de regulação para: A replicação do genoma viral Montagem e empacotamento do genoma Regulação do ciclo de replicação Modulação de defesas do hospedeiro Disseminação para outras células e hospedeiros

59 Qual informação NÃO é codificada em um genoma viral? Não possuem genes que codificam a síntese completa de proteína dependem da maquinaria celular Não possuem genes que codificam proteínas envolvidas na produção de energia ou na síntese de membrana Não possuem genes que codificam centrômeros ou telômeros encontrados nos cromossomos

60 Qual a estratégia comum entre os vírus DNA ou RNA Os genomas virais devem produzir mrna que pode ser lido pelos ribossomos das células hospedeiras

61 Vírus DNA Replicação no núcleo Exceção: poxvírus (replicam no citoplasma) DNA fita dupla: dsdna (Classe I) maioria DNA fita simples: ssdna (Classe II) DNA parcialmente dupla: pdsdna (Classe VII)

62 Genomas dsdna: DNA fita dupla Traduzido Transcrito Transcrito Replicado Genoma é copiado pela DNA polimerase hospedeiro (polioma, papiloma) Alguns carregam DNA polimerase viral (Adeno, herpes)

63 Ciclo replicativo dos vírus da classe I - dsdna Traduzido Transcrito Transcrito Replicado Genes cedo: codificam proteínas não estruturais relacionadas com a interação com o hospedeiro Genes intermediários: codificam proteínas não estruturais relacionadas com a replicação Genes tardios: codificam proteínas estruturais envolvidas na montagem

64 Genomas ssdna: DNA fita simples Traduzido Transcrito Replicado Replicado NÃO codificam a DNA polimerase Toda replicação é realizada pela polimerase do hospedeiro TT virus Parvovirus B19

65 Ciclo replicativo dos vírus da classe II - ssdna Traduzido Transcrito Replicado Replicado Mais dependentes da maquinaria celular O genoma de DNA fita simples é convertido em fita dupla pela DNA polimerase celular A RNA polimerase celular transcreve os mrna virais Proteínas não estruturais (enzimas que vão atuar na replicação e interação com o sistema imune) Proteínas estruturais que irão formar o capsídeo viral

66 Genomas pdsdna fita parcialmente dupla Vírus da Hepatite B proteína RNA Genoma ligado a proteínas Genoma ligado a uma pequena sequencia de RNA Um fita completa e a outra parcial

67 Ciclo replicativo dos vírus da classe VII - pdsdna Traduzido Transcrito Replicado Transcrito Replicado Replicado Transcriptase reversa Replicação parte núcleo e parte no citoplasma RNA polimerase viral (transcriptase reversa) Expressão gênica: inicial, intermediaria e tardia Quebra do dogma da biologia DNA => RNA => Proteínas X

68 Vírus RNA Replicação no citoplasma RNA fita simples Maioria * Ortomixovírus: no núcleo As células não possuem a RNA polimerase dependente de RNA viral Enzima é codificada pelo genoma viral Vai sintetizar o genoma de RNA e o mrna viral mrna será lido pelos ribossomos da célula

69 Vírus RNA Vírus RNA (+): genoma infeccioso Vírus RNA (+) = mrna Vírus RNA (-): não infeccioso RNA fita simples (+): ssrna (+) (Classe IV) RNA fita simples (-): ssrna (-) (Classe V) RNA fita dupla: dsrna (Classe III) RNA fita simples (+) com DNA intermediário: ssrna-rt (+) (Classe VI)

70 Genomas ssrna (+): RNA fita simples (+) Traduzido Replicado Replicado Coronavírus: SARS Febre amarela, dengue, BDVD, Hepatite C Febre aftosa, Rinovírus, Enterovírus Encefalite equina, rubéola

71 Ciclo replicativo dos vírus da classe IV ssrna (+) Traduzido Replicado Replicado Genoma com ORF única e longa Origem uma poliproteína que é clivada pelas proteases celulares e virais e dá origem as enzimas virais Dentre elas RNA polimerase viral: replicação do genoma num intermediário de RNA (-) que é replicado em RNA (+)

72 Genomas ssrna (-): RNA fita simples (-) Replicado Traduzido Replicado Replicado Influenzavírus Parainfluenza, Sarampo, hrsv, Pneumo e Metapneumovirus Vírus da raiva

73 Ciclo replicativo dos vírus da classe V ssrna (-) Replicado Traduzido Replicado Replicado Trazem a replicase viral (RNA polimerase) RNA (-) => RNA (+) = mrna mrna sem CAP e cauda de poli A (ir no núcleo) Proteínas estruturais e não estruturais

74 Genomas dsrna : RNA fita dupla Replicado Traduzido Muitos vírus com dsrna são segmentados Reoviridae: 10 a 12 segmentos (Rotavírus) Replicado

75 Ciclo replicativo dos vírus da classe III - dsrna (+/-) Replicado Traduzido Replicado Carregam a polimerase viral Produção de mrna Transcrição primária: proteínas não estruturais Transcrição secundária: proteínas estruturais

76 Genomas ssrna (+) com DNA intermediário Replicado Replicado Transcrito Traduzido Transcriptase reversa provírus Única família: Retroviridae HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano) Replicação no citoplasma e núcleo Carregam: RT, integrase, protease

77 6. Morfogênese/maturação Morfogênese Processo de montagem das partículas víricas Ocorre no final do ciclo replicativo Maturação Aquisição da capacidade infectiva Envelopados = aquisição do envelope

78 7. Egresso Maturação intracelular e egresso dos vírus sem envelope - Vírus nú já sai pronto do citoplasma (RNA) ou núcleo (DNA) - Liberados quando ocorre a destruição das células infectadas

79 Maturação por brotamento Envelope adquirido das membranas celulares internas - Retículo endoplasmático e complexo de Golgi contendo as glicoproteínas virais -Os Herpesvírus podem adquirir o envelope da membrana nuclear

80 Brotamento Processo de aquisição do envelope - Envelope é adquirido da membrana plasmática - Liberação por exocitose com ou sem lise celular

81 Vídeo exemplificando a replicação do HIV

82 Grato pela atenção!!!

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