Estrutura e replicação viral

Estrutura e replicação viral Fabrício S. Campos camposvet@gmail.com Equipe de Virologia do ICBS / UFRGS Agosto de 2015 Fonte: http://www.google.com/imghp 1

Fonte: http://www.google.com/imghp 2

Infectam todas as formas de vida Fonte: http://www.google.com/imghp 3

Nós comemos e respiramos vírus Fonte: http://www.google.com/imghp 4

Nós carreamos genomas virais como parte do nosso próprio genoma Fonte: http://www.google.com/imghp 5

Cada uma de nossas células está infectada por vírus Retrovírus endógenos: elementos virais derivados de retrovírus Traços de infecções virais ocorridas a milhares de anos integrados no genoma humano Dewannieux et al., 2006 6

Retrovírus endógenos Transmissão horizontal Infecção por retrovírus Infecção de células germinativas RNA viral Pró-vírus integrado Transmissão vertical para os filhos Fonte: Lavialle et al., 2013 7

O quão infectados estamos? HSV 1, HSV 2, VZV, EBV, HCMV, HHV 6, HHV 7, HHV 8 Permanecem no organismo por toda a vida Fonte: Flint et al., 2009 8

Todos os vírus causam danos? Temperatura 55 o C Não colonizada Colonizada Vírus da tolerância termal da Curvularia Curvularia Thermal Tolerance Virus Curvularia protuberata Fonte: Flint et al., 2009 9

Apesar dos riscos, a maioria dos vírus são benéficos Fonte: http://www.google.com/imghp 10

Tulip breaking virus (TBV) Pétalas anormais Quebras de cor Não forma pigmento em partes da flor Fonte: http://www.google.com/imghp 11

Descoberto vírus gigante congelado há mais de 30 mil anos na Sibéria Pithovirus sibericum Fonte: PNAS: Legendre, M. & Bartolia, J. et al., 2014 12

Objetivo da aula Demonstrar a estrutura dos vírus e como ocorre a replicação viral O que é um vírus Estrutura dos vírus Como ocorre a replicação viral Dificuldades para combater os vírus 13

A árvore da vida Onde estão vírus? Por que eles não fazem parte da árvore da vida? Fonte: Pepper et al., 2011 14

O que é um vírus? Agente infeccioso não-celular com duas características principais: Capa Possui um ácido nucleico proteica(dna ou RNA) Bacteriófago envolto por uma capa proteica E não pode se reproduzir sem o auxílio da maquinaria celular Fonte: http://www.google.com/imghp 15

Os vírus são vivos? Agentes infecciosos não-celular Não podem se reproduzir sem o auxílio da maquinaria celular Então, os vírus NÃO são vivos Por isto não fazem parte da árvore da vida 16

Os vírus são muito pequenos Átomo de carbono HIV-1 TMV Fago Ribossomos E. coli Poliovírus 100.000 X Miosina Actina 1.000.000 X 17

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Estrutura de um vírus Ácido nucleico: DNA ou RNA Capsídeo: do latim capsa significa caixa Nucleocapsídeo: ác nucleio + capsídeo Matrix: proteína que preenche o espaço entre o capsídeo e o envelope Envelope: membrana viral Derivado da membrana do hospedeiro 19

Estrutura de um vírus Virion: partícula viral infecciosa 20

Fonte: http://www.cdc.gov/flu/images/h1n1/3d_influenza_transparent_key_pieslice_lrg.gif 21

Capsídeo Estrutura formada por proteínas idênticas para proteger o ácido nucleico viral Deve se dividir rapidamente durante a infecção viral Interage com a membrana celular para formação do envelope 22

Os capsídeos são metaestáveis Devem proteger o genoma (estável) E libera-lo rapidamente durante a infecção viral (instável) 23

Simetria icosaédrica Nucleocapsídeo Adenovirus DNA, ñ envelopado 24

Simetria helicoidal Nucleocapspídeo 25

Simetria complexa Nucleocapsídeo 26

Envelope Derivado da membrana plasmática (bicamada lipídica) Genoma viral não codifica lipídios Envelope é formado durante o brotamento do nucleocapsideo através da membrana 27

Glicoproteínas Integram a membrana Possuem um domínio externo e um interno Externo: ligação, sítios antigênicos, fusão Interno: montagem, ancoragem 28

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

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

Objetivo da replicação Produzir progênie viral viável Consequências Nenhuma (TTV) Doença (Hepatites virais) Morte do hospedeiro (HIV) 34

Etapas da replicação 1. Adsorção 4 1 2 3 2. Penetração 3. Desnudamento 5 4. Expressão gênica (transcrição e tradução) 5. Replicação do genoma 6. Morfogênese / maturação 7 6 7. Egresso/Liberação 35

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 36

1. Adsorção 37

1. Adsorção Tabela 2 Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus DNA Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração 38

1. Adsorção Tabela 3 Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais vírus RNA Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração 39

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 co-receptores celulares 40

Co-receptores CCR4 e CXCR5 41

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 42

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 43

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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 45

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. 46

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) 47

Vírus DNA Traduzido Transcrito Transcrito Replicado Genoma é copiado pela DNA polimerase hospedeiro (polioma, papiloma) Alguns carregam DNA polimerase viral (Adeno, herpes) 48

Replicação viral é sequencial 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 49

Vírus RNA Replicação no citoplasma * Ortomixovírus: no núcleo RNA fita simples Maioria 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 Vírus RNA (+): genoma infeccioso 50

Vírus RNA Traduzido Replicado Replicado Coronavírus: SARS Febre amarela, dengue, BDVD, Hepatite C Febre aftosa, Rinovírus, Enterovírus Encefalite equina, rubéola 51

Vírus RNA 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 (+) 52

Vírus RNA Replicado Traduzido Replicado Replicado Influenzavírus Parainfluenza, Sarampo, hrsv, Pneumo e Metapneumovirus Vírus da raiva 53

Vírus RNA 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 54

Vírus RNA 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 55

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 56

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 57

7. Egresso Processo de aquisição do envelope - Envelope é adquirido da membrana plasmática - Liberação por exocitose com ou sem lise celular 58

Vídeo exemplificando a replicação do HIV 59

Mensagens principais Entender os mecanismos da replicação viral é a fonte para o diagnóstico e tratamento antiviral Por que é tão difícil combater os vírus? Vírus utilizam a maquinaria celular para a replicação (parasita intracelular) Se replicam muito rapidamente e aos milhares ou milhões por células 60

Por que é tão difícil combater os vírus? Infectam novas células / hospedeiros Fazem latência (Herpesvírus) ou promovem infecções persistentes (HIV) Possuem mais de um hospedeiro (Influenza) Possuem reservatórios (vírus da Dengue) Sofrem mutações (variações antigênicas) 61

Latência Perpetuação dos herpesvírus na população humana 62

Provirus Perpetuação do HIV na população humana Fonte: http://site.motifolio.com/images/the-formation-of-a-provirus-by-hiv-1021215.png 63

Por que é tão difícil combater os Possuem vários tipos e subtipos Falta de conhecimento de detalhes do método de replicação (HPV) Sem contato prévio (Ebola) Resistência viral vírus? Não existe um padrão de replicação 64

Existem cerca de 10 16 planeta atualmente genomas de HIV no Com este número de genomas, é altamente provável que os genomas de HIV existentes são resistentes a qualquer uma das drogas antivirais atuais e futuras! 65

Sugestões de leitura Fonte: http://www.google.com/imghp 66

Sugestões de leitura Livros: Kyluik, D.L., Sutton, T.C., Le, Y., Scott, M.D. Polymer-Mediated Broad Spectrum Antiviral Prophylaxis: Utility in High Risk Environments, Progress in Molecular and Environmental Bioengineering - From Analysis and Modeling to Technology Applications, Angelo Carpi (Ed.), ISBN: 978-953-307-268-5, InTech. 2011. Principles of Virology. Flint, S.J.; Enquist, L.W.; Racaniello, V.R. 3rd ed. ASM Press, 2009. Artigos: He, H. 2013. Vaccines and Antiviral Agents. Current Issues in Molecular Virology - Viral Genetics and Biotechnological Applications (http://dx.doi.org/10.5772/56866) Blog / site: Virology blog (http://www.virology.ws/). Slide Share (http://pt.slideshare.net/drdhriti/antiviral-drugs-drdhriti) 67

Grato pela atenção!!! http://www.ufrgs.br/labvir/ 68