Estrutura, genoma e estratégia geral da replicação I

Transcrição

1 Estrutura, genoma e estratégia geral da replicação I Profa Dra Mônica Santos de Freitas

2 Estrutura Viral Variação do tamanho e forma dos vírus Acidianus bottle virus Mimivírus 2

3 Estruturas virais Capsídeo- envoltório protéico que envolve o ácido nucléico. Formado por unidade estruturais. nidades estruturais- são as menores unidades funcionais que formam o capsídeo nucleocapsídeo- capsídeo com ácido nucléico Virion- Partícula viral infecciosa Envelope- Cobertura lipídica que envolve o capsídeo 3

4 Proteínas Virais 4

5 Nomenclatura relacionada a estrutura 5

6 6

7 Determinação de Estrutura por Cristalografia de raio-x 7

8 Informações obtidas por Ressonância Magnética Nuclear 8

9 Reconstrução do Adenovírus à 6 Angstrons de resolução Microscopia crioeletrônica CrioEM e Cristalografia de raio X peripentonal hexons Pentons peripentonal hexons hexons CrioEM da superfície da face de um icosaedro Região de um vertice do capsídeo 9

10 Vírus da Imunodeficiência Adquirida Exemplo do casamento entre estrutura e função Vírus HIV foi identificado por volta de 25 anos atras. Os detalhes estruturais são impressionantes, o que contribui para o desenho racional de drogas. 10

11 Vírus com simetria helicoidal Difração de raio-x das fibras e de partículas orientadas em gel Baseado em Microscopia eletrônica Baseado em Microscopia eletrônica 11

12 Capsídeo ou nucleocapíseo com simetria icosaédrica Simetria icosaédrica O icosaédro é um sólido com 20 faces triangulares e 12 vertices relacionados a simetria rotacional de 2, 3 ou 5 ordem. 12

13 Número de triangulações (T) Caspar e Klug, 1962 Triangulação- descrição da face de uma estrutura icosaédrica em termos de subdivisões em triângulos menores. T=4 da face de um icosaedro combinação de 4 faces idênticas 13

14 Quasi-equivalência Caspar e Klug, 1962 Quando o capsídeo tem mais de 60 subunidades, cada subunidade ocupa uma posição quasi-equivalente. Neste caso, a ligação não covalente entre as subunidades em diferentes ambientes são similares, mas não idênticas, como ocorre no caso de estruturas com 60 subunidades. Diferentes ambientes estruturais Uma estrutura com 60 subunidades. 5 subunidades fazem o eixo 14de 5 ordem Uma estrutura com 180 subunidades

15 Unidades assimétricas Homotrímero 15

16 Unidades assimétricas Homotrímero 15

17 Estrutura do parvovirus 2 adeno-associado T=1 16 Cristalografia de raio-x

18 Número de triangulações (T) 12 hexâmeros adjacentes convertidos em pentâmeros 12 hexâmeros não adjacentes convertidos em pentâmeros Cada hexágono representa um hexâmeros, com idênticas subunidades mostradas como triângulo equilátero. Somente será possivel inserir curvatura a estrutura por meio de formações de pentâmeros. 17

19 Número de triangulações (T) 18

20 Estrutura dos membros da Reoviridae reovírus rotavírus T=13 Vírus Bluetongue 19

21 Empacotamento viral 20

22 Empacotamento viral 21

23 Envelope viral Morfologia de retrovírus CrioEM CrioE Tomografia MMLV vírus 22

24 HIV tipo I 23

25 Iteração do capsídeo com o envelope 24

26 Características das proteínas do envelope 25

27 Estrutura do domínio extracelular das proteínas do envelope 26

28 Estrutura do vírus Sindbis 27

29 Introdução O genoma viral é um depósito de ácido nucleico que contém as informações necessárias para construir, replicar e transmitir vírus. 28

30 Quais informações são codificadas pelo genoma viral? Produtos gênicos e sinais regulatórios requeridos para: replicação do genoma; montagem e empacotamento do genoma; regulação e cinética do ciclo replicativo; modulação da defesa do hospedeiro; espalhamento do vírus para outras células e hospedeiros; 29

31 Informações não contidas no genoma viral nenhum gene que codifique proteínas da maquinária de síntese (nenhum RNA ribossomal e nenhuma proteína ribossomal ou de tradução); nenhum gene que codifica proteínas do metabolismo energético ou biosíntese de membranas; nenhum telomero (para manutenção do genoma) ou centrômeros (para garantir a segregação do genoma); OBS: Alguns genomas de vírus DNA contêm trnas, aminoacil-trna sintetases, e genes envolvidos no metabolismo 30 de açucar e lipídeos

32 Princípios Os vírus não codificam a maquinária necessária para promover a síntese de proteínas Todo genoma viral deverá ser copiado para produzir um RNAm que pode ser lido pelo ribossomo hospedeiro Existem apenas sete tipos de genoma viral Sistema Baltimore 31

33 Vírus DNA e RNA de acordo com a ICTV 2005 c Isométrico- partículas virais com simetria do tipo icosaédrica d Outros- são partículas não isométricas. Vírus pleomórficos, esféricos, baciloforme, etc. 32

34 Sistema Baltimore O sistema Baltimore omite a segunda função universal do genoma. Servir como molde para a síntese de novos genomas. Existe um número finito de estratégias para cópia do ácido nucléico. Cada uma com um molde e terminação específicos. 33

35 Desafios Para muitos vírus com genoma DNA nada tão desafiante, pois todas as células apresentam mecanismos baseados em DNA replicação RNAm Para muitos vírus com genoma RNA células animais não possuem mecanismos conhecidos para copiar moldes de RNA viral para produzir RNAm 34 o genoma viral deverá codificar uma polimerase para replicação do genoma e síntese de RNAm

36 Estrutura e complexidade do genoma viral Apesar da simplicidade da estratégia de expressão, a composição e estrutura do genoma viral são mais complexos do que os de O genoma viral pode ser: bactéria ou células eucarióticas 1. DNA ou RNA; 2. DNA com curtos segmentos de RNA; 3. DNA ou RNA com proteínas ligadas covalentemente; 4. fita simples (+) ou (-) ou com ambos as polaridades; 5. fita dupla; 6. linear; 7. circular; 8. Segmentado; 9. Espaçado; 35

37 Convenções importantes o RNAm é definido como polaridade (+), pois pode ser imediatamente traduzido. O RNA ou DNA complementar a um (+) é o (-). O polaridade (-) não pode ser traduzido diretamente. Ele deverá ser primeiramente copiado para um (+). 36

38 Para pensar! Qual a razão da existência dos genomas vírus? Pressão seletiva Vocês conseguiriam pensar na razão pela qual os vírus são tão diversificados? Pensem na composição do genoma, na estrutura e na replicação. Existe alguma configuração mais vantajosa? 37

39 Genoma DNA Será que pelo fato de alguns vírus apresentarem genoma sendo DNA, a replicação e expressão do genoma seria apenas uma emulação do sistema normalmente realizado pelo hospedeiro? DNA fita dupla O genoma viral pode ser fita dupla ou parcialmente fita dupla. Existem 24 família virais com genoma DNA fita dupla. Dentre eles, o Adenoviridae, Hespesviridae, Papilomaviridae, Poliomaviridae e Poxviridae. O genoma pode ser linear ou circular. 38

40 Seminários do dia Grupo 1: Grupo 2: Grupo 3: Grupo 4: Luiza Karen Rayssa Alana Taissa Lohanna Roberta Fernando Vanessa Dominique Kamila Grazielly Vivian Thalyta Tayane Taísa Jéssica G. Jéssica D. Gabiele 39

41 Seminários do dia Grupo 5: Guilherme M. Guilherme J. Larissa Daniel N. Emílio Raul Grupo 6: Yasmim Luis Ketiucia Bartira Estér Grupo 7: Daniel T. Leandro Caroline Juliana Tiago Grupo 8: Danielle Jonathas Gabriela Sergio Henrique 40

42 DNA fita dupla Estratégia de Expressão gênica: Configuração do genoma: Grau de dependência da célula hospedeira: 1. Controle temporal da expressão inicial e tardia de genes; 2. Splicing como maior processo regulatório; Genoma circular, com menos de 10 ORFs 1. para replicação e expressão gênica; 2. não tem DNA polimerase; 3. Moldes de RNA e forquilha de replicação para replicar DNA, análogo ao mecanismo celular; Interação com o hospedeiro: codifica o antígeno tumor (T) que modula o controle do ciclo celular 41

43 DNA fita dupla Grau de dependência da célula hospedeira: Configuração do genoma: stratégia de Expressão gênica: genoma linear com terminação curta, repetida e invertida 1. Controle temporal da expressão inicial e tardia de genes; 2. Pequeno RNA viral produzido pela RNA polimerase III; 1. codifica sistema de replicação do DNA incluindo DNA polimerase; 2. Proteína molde com não usual mecanismo de deslocamento de fita; teração com o hospedeiro: Proteína E1A são potentes ativadores transcricional e regulador do ciclo celular 42

44 DNA fita dupla Configuração do genoma: stratégia de Expressão gênica: genoma linear 1. Controle temporal da expressão inicial e tardia de genes; 2. Produção de muitos RNAm de promotores multiplos; Grau de dependência da célula hospedeira: 1. codifica completo sistema de replicação incluindo uma DNA polimerase e enzimas que sintetizam precursores de DNA; 2. Replicação do genoma com moldes de RNA e forquila de replicação; teração com o hospedeiro: infecção latente 43

45 DNA fita dupla Grau de dependência da célula hospedeira: Configuração do genoma: - genoma grande e com extemidades ligadas; - longa repetição terminal; 1. codifica completo sistema de replicação; 2. Replica no citoplasma; stratégia de Expressão gênica: 1. Genoma codifica completo sistema de síntese de RNAm; 2. Muitas proteínas virais empacotadas no vírus; teração com o hospedeiro: codifica muitos moduladores imunológicos 44

46 DNA fita dupla O genoma é parcialmente fita dupla. Os intervalos devem ser preenchidos para produzir um duplex perfeito. O reparo antecede a sintese de RNAm, pois a RNA polimerase do hospedeiro só pode transcrever DNA completamente dupla fita. O genoma espaçado é produzido de um RNA molde por uma enzima codificada pelo vírus que sintetiza DNA de um molde de RNA (trascriptase 45 reversa)

47 DNA fita simples Cinco famílias de vírus contêm genoma DNA fita simples. Circoviridae e Parvoviridae. O RNAm só pode ser feito a partir de um DNA fita dupla. O DNA fita simples é produzido por uma DNA polimerase celular. 46

48 Genoma RNA As células não tem RNA polimerase dependente de RNA, que podem replicar o genoma de vírus de RNA ou mesmo fazer RNAm de RNA. A RNA polimerase II é capaz de copiar um RNA molde. Como a RNA polimerase II, uma enzima que produz RNAm a partir de DNA molde é reprogramada para copiar RNA circular molde? Ainda não é sabido. 47

49 RNA fita dupla Existem oito famílias de vírus com RNA fita dupla. O número de segmentos variam de 1 a 12. RNA (+) contém uma fita (+), que não pode ser traduzida como parte do duplex. A fita (-) é primeiro copiada em RNAm por uma RNA polimerase dependente de RNA para produzir as proteínas virais. 48

50 RNA fita simples (+) Os vírus RNA (+) são os mais presentes no planeta. Existem 27 famílias identificadas. Togaviridae, Picornaviridae, Flaviviridae, etc. Eles podem ser diretamente traduzidos em proteínas. O genoma é replicado em dois passos. O primeiro é a copia do genoma para uma fita (-). A fita (-) é então copiada para uma (+). 49

51 RNA fita simples (+) com DNA intermediário O genoma RNA(+) dos retrovírus é convertido à um DNA fita dupla pela DNA polimerase dependente de RNA (Trasncriptase reversa). 50

52 RNA fita simples (-) Existem 7 famílias virais contendo este tipo de genoma. 51

53 O genoma na realidade adota estrutura secundaria ou mesmo terciária 52

54 Algumas proteínas virais codificadas por quase todos os vírus DNA 53

55 Recombinação gênica 54

56 Aplicação na biologia celular 55

57 Aplicação na biologia celular 56

58 Aplicação na biologia celular 57

59 Aplicação na biologia celular 58

60 Estrutura secundária e atividade biológica 59

61 RNA de interferência 60

62 Doenças genéticas que podem ser tratadas com vetores virais 61

63 Alguns vetores virais 62

64 63

65 Vetores retrovirais 64