REPLICAÇÃO VIRAL

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REPLICAÇÃO VIRAL
-evento central da existência e perpetuação dos vírus na natureza;
- finalidade única e objetiva: produzir progênie viável.
-As alterações da fisiologia celular, associadas com as infecções virais –
que podem resultar em doença e até em morte do hospedeiro –, são
meras conseqüências das interações do vírus com as células;
interações que são absolutamente necessárias para o agente atingir
esse objetivo;
OBS: vírus são os organismos mais simples que existem, onde os mais
simples são compostos por uma molécula de ácido nucléico envolta por
uma camada protéica. Quando estão fora de células vivas, são
estruturas químicas, desprovidas de qualquer atividade biológica. Não
possuem metabolismo próprio, não são capazes de produzir
autonomamente nem os componentes mínimos para a sua
multiplicação. Por isso, necessitam utilizar as organelas e o
metabolismo celular para replicar o seu genoma e produzir as
proteínas necessárias para a construção de novas partículas víricas.
Esses agentes só adquirem atividade biológica ativa dentro de células
vivas.
- termo replicação – que em sua origem significa a síntese de moléculas
de ácidos nucléicos a partir de um molde – tem sido universalmente
utilizado para designar o processo de multiplicação dos vírus como um
todo;
● Genomas Virais
-podem ser constituído por: fita simples (ss) ou dupla (ds), linear ou
circular, de polaridade positiva ou negativa.
-Classificação de Baltimore:
1. Classe I - DNA de fita dupla
Ex: AdenovÌrus, HerpesvÌrus e PoxvÌrus.
2. Classe II - DNA de fita simples positiva
Ex: ParvovÌrus
3. Classe III - RNA de fita dupla
Ex: ReovÌrus, BirnavÌrus
4. Classe IV - RNA de fita simples positiva
Ex: PicornavÌrus e TogavÌrus
5. Classe V - RNA de fita simples negativa
Ex: OrthomixovÌrus e RhabdovÌrus
6. Classe VI - RNA de fita simples positiva, com DNA intermediário no
ciclo biológico do vÌrus
Ex: RetrovÌrus
7. Classe VII - DNA de fita dupla com RNA intermediário
Ex. HepadnavÌrus
- estrutura do genoma depende se o vírus é RNA ou DNA, pois o DNA
apresenta os nucleotÌdeos citosina, guanina, adenina e timina,
enquanto que o RNA possui a uracila no lugar da timina.
-O genoma de RNA ou DNA pode ser constituÌdo por uma ˙única fita (ss)
ou por duas fitas (ds).
-Fitas positivas de RNA são fitas que contém o código que será
traduzido pelos ribossomos.
-Fitas positivas de DNA são fitas que contêm a mesma base sequencial
do RNA mensageiro.
-Fita negativa de RNA ou DNA é a fita com base sequencial
complementar a fita positiva.
Dna também pode ser segmentado.
● Conceitos
-INFECÇÃO → deriva do latim infere, que significa inserir, penetrar,
introduzir; possui um significado mais amplo em Virologia, pois a
penetração do vírus na célula, por si só, não assegura a produção de
progênie viral, pois outras etapas intracelulares são necessárias. Por
isso, o termo infecção tem sido utilizado para definir o processo
replicativo do agente como um todo, incluindo a penetração e as
etapas subseqüentes da replicação - ciclo replicativo;
→Se todas as etapas da infecção forem completadas e resultarem na
produção de progênie viral viável, a infecção é dita produtiva;
→Se, após a penetração, o ciclo replicativo for interrompido em alguma
etapa, a infecção é dita abortiva.
-Tropismo: predileção do vírus por células, tecidos ou órgãos do
hospedeiro para se multiplicar;
-SUSCEPTIBILIDADE E PERMISSIVIDADE →são propriedades
complementares que definem a capacidade das células de suportar as
etapas da replicação viral.
1. Susceptibilidade refere-se à capacidade das células de serem
infectadas naturalmente pelo vírus (penetrar) - relacionada à
presença de receptores virais;
determinada pela interação de múltiplos fatores virais e celulares
> por isso as espécies animais (e também as células de cultivo)
apresentam uma ampla variação de susceptibilidade a diferentes
vírus;
espectro de hospedeiros é utilizado para definir o conjunto de
espécies animais (host range in vivo) ou de diferentes células que
podem ser infectados naturalmente por um determinado vírus;
2. Permissividade refere-se às condições intracelulares para a
ocorrência da multiplicação viral.
-Assim, as células que suportam o ciclo replicativo completo, após a
infecção natural, são simultaneamente susceptíveis (permitem a
penetração) e permissivas (permitem a ocorrência das etapas
intracelulares).
-Essas duas propriedades, no entanto, nem sempre ocorrem
concomitantemente em uma célula. Em algumas situações, células
permissivas podem ser não susceptíveis à infecção, devido à falta de
receptores para a adsorção e penetração do vírus. Essas células
somente poderão ser alvo de uma replicação produtiva se o material
genético viral for introduzido artifi cialmente (i.e., por transfecção).
células susceptíveis à infecção natural podem apresentar um bloqueio
intracelular em alguma etapa da replicação, sendo denominadas
não-permissivas > Se esse bloqueio ocorrer após algumas etapas do
ciclo, essas células são ditas semi-permissivas.
● Ciclo Replicativo - Etapas
-ocorrem de forma ordenada e seqüencial e envolvem interações
complexas entre as proteínas e o genoma viral com organelas e
macromoléculas celulares;
➔ adsorção - ligação específica das partículas víricas na superfície
das células hospedeiras;
-mediada por proteínas da superfície dos vírions (viral attachment
proteins, VAPs) que interagem com os receptores na superfície das
células.
→ Nos vírus sem envelope, a ligação é exercida pelas proteínas do
capsídeo;
→ nos vírus envelopados, pelas glicoproteínas do envelope viral.
receptores celulares para os vírus são geralmente proteínas
(glicoproteínas) ou carboidratos (presentes em glicoproteínas ou em
glicolipídios da membrana).
→ Em comparação com os receptores protéicos, os carboidratos são
menos específicos, pois podem estar presentes em uma variedade de
moléculas de membrana.
Alguns vírus são estritamente dependentes de um receptor específico
(exemplos: rinovírus, poliovírus, vírus da febre aftosa [FMDV]) enquanto
outros podem utilizar receptores alternativos para iniciar a infecção
(exemplo: herpesvírus, alguns togavírus) > essa capacidade de utilizar
mais de um receptor para iniciar a infecção representa uma vantagem
evolutiva, pois oferece a esses vírus a possibilidade de infectar
diferentes tipos de células e/ou hospedeiros;
→ receptores celulares para vírus: moléculas de membrana que
desempenham funções diversas na biologia celular e que,
ocasionalmente, servem para os vírus se ligarem e iniciarem a infecção;
Na maioria dos casos, a presença dos receptores determina o espectro
de hospedeiros e o tropismo do vírus.
O número de receptores na superfície de uma célula parece ser
extremamente variável > Essas moléculas podem ser raras e específicas
de algumas células ou abundantes e amplamente distribuídas em
várias células;
→ Em alguns casos, as interações entre as VAPs e os receptores não
são suficientes para permitir o início da infecção. Nesses casos, a
interação dos vírions com proteínas adicionais da membrana celular,
denominadas co-receptores, é necessária para que ocorra a
penetração.
ex. a interação inicial dos adenovírus com a célula hospedeira envolve a
ligação da proteína fiber com um receptor celular. Essa interação não é
suficiente para assegurar a penetração, mas é necessária para que a
proteína viral penton interaja com uma segunda molécula da
membrana celular – a vitronectina – e resulte em penetração. O vírus da
imunodeficiência humana (HIV-1) liga-se ao receptor CD4 e utiliza como
co-receptor um receptor de citocina. A interação inicial do vírus do
herpes simplex humano (HSV-1) com as células é mediada pela
interação da glicoproteína gC (ou gB) com o sulfato de heparina na
superfície celular. A fusão e penetração, no entanto, dependem de
interações secundárias entre a gD (e também a gH) com outras
moléculas da membrana.
→ contato de um vírion com uma célula é um evento que ocorre ao
acaso > a célula hospedeira não atrai a partícula vírica a distância.
→ Uma vez emcontato com a superfície da célula, componentes
externos dos vírions interagem quimicamente (interações eletrostáticas,
pontes de hidrogênio, pH etc.) com moléculas da membrana plasmática,
podendo resultar ou não em penetração e início da infecção.
→ esse processo é independente de energia e do metabolismo celular e
ocorre com a mesma eficiência à temperatura corporal ou a 4°C.
→ Embora seja de alta especificidade, a interação de uma molécula de
VAP com o receptor é de fraca intensidade e, isoladamente, não seria
suficiente para proporcionar a ocorrência das etapas seguintes da
penetração. Para isso, é necessária a ocorrência simultânea de
dezenas ou centenas dessas interações;
é um processo cooperativo, resultante de múltiplas interações entre
proteínas da superfície dos vírions com os seus respectivos receptores.
→ esse evento nem sempre resulta em infecção produtiva. É provável
que um número muito grande de interações entre vírions e células não
resulte em penetração > seja pela ausência de receptores específicos
para o vírus, seja pela debilidade dessas interações. Partículas víricas
podem se ligar à superfície da célula e não serem internalizadas ou a
ligação, porém com internalização e liberação do nucleocapsídeo em
compartimentos inadequados para a replicação (p. ex.: lisossomos);
possível também que vírions sejam internalizados em células que não
possuam os componentes necessários à continuação do ciclo;
→ Além de proporcionar o contato inicial com a célula, as interações
dos vírions com os receptores também podem desencadear alterações
estruturais nas proteínas de superfície dos vírions.
Para alguns vírus (p. ex.: poliovírus), essas alterações são absolutamente
necessárias para a penetração, desnudamento e continuação do ciclo.
Por isso, além de servir para a ligação inicial, os receptores, para alguns
vírus, podem ser necessários para a desestabilização das partículas
víricas e consequente liberação do genoma no interior da célula.
Nos vírus envelopados, a ligação ao receptor pode induzir alterações
conformacionais nas VAPs, que promovem a fusão do envelope com a
membrana celular.
Em alguns casos, a ligação dos vírions aos receptores também pode
induzir sinais químicos intracelulares, que podem estar envolvidos na
facilitação da endocitose, no transporte intracelular dos
nucleocapsídeos e até mesmo na sobrevivência da célula;
Por outro lado, a penetração e a posterior replicação viral ativam
mecanismos imunológicos de defesa, como a produção de interferon
do tipo I (IFN-I).
→ A distribuição dos receptores na superfície apical das células parece
ser aproximadamente uniforme. A penetração dos vírions, no entanto,
parece ocorrer preferencialmente em alguns locais. Isso ocorre porque
a ligação das partículas víricas aos receptores é acompanhada de
movimentos laterais dessas moléculas, resultando na aglomeração dos
receptores em determinados locais > Esses locais são facilmente
observáveis sob microscopia eletrônica (ME) e aparecem como
espessamentos da membrana plasmática > decorrentes do acúmulo de
uma proteína clatrina, envolvida em sistemas de transporte intracelular
por vesículas;
A aglomeração dos vírus que penetram por endocitose mediada por
receptores, em determinados locais, precede e promove a invaginação
da membrana, com a conseqüente formação da vesícula endocítica
contendo os vírions em seu interior. A endocitose mediada por
receptores é um processo fisiológico utilizado pelas células para
internalizar diversas moléculas, das quais os vírus tiram proveito para
iniciar a infecção.
➔ penetração
-subseqüente à adsorção;
-envolve a transposição1 da membrana plasmática, permitindo a
introdução do nucleocapsídeo (genoma viral + proteínas) no interior da
1 transferir de um local para outro.
célula, local onde ocorrerão a expressão gênica e a replicação do
genoma;
-transposição da membrana pode ocorrer na superfície celular ou já no
interior do citoplasma, a partir de vesículas produzidas por endocitose,
fagocitose ou macropinocitose.
● Dependendo da biologia do vírus, a penetração pode ocorrer sem
prévia internalização (se ocorrer na superfície celular) ou após
internalização (se ocorrer a partir de vesículas
intracitoplasmáticas).
- a internalização de vírions em vesículas endocíticas não assegura a
ocorrência de penetração.
-A internalização em vesículas ou a penetração direta são processos
que ocorrem imediatamente após a ligação dos vírions aos receptores
da membrana plasmática.
-Ao contrário da adsorção, a internalização e penetração são
processos dependentes de energia e não ocorrem eficientemente a
4ºC.
dependente de temperatura e energia;
-Em geral, os vírus penetram nas células utilizando um (ou
alternativamente mais de um) dos seguintes mecanismos:
a) penetração por fusão na superfície celular > Introdução do
nucleocapsídeo no interior da célula → expressão gênica + replicação
do genoma.
Alguns vírus com envelope (p. ex.: retrovírus, paramixovírus e
herpesvírus) penetram na célula após fusão do envelope com a
membrana plasmática, evento que ocorre na superfície celular; A fusão
resulta em um canal entre o interior da partícula e o compartimento
citoplasmático, através do qual o nucleocapsídeo penetra no
citoplasma da célula; A fusão entre as membranas do envelope e a
plasmática requer (depende de ptns) a ação de proteínas de fusão
presentes no envelope dos vírions (p. ex.: glicoproteína TM nos
retrovírus e F nos paramixovírus) > Nesses vírus, o mecanismo de fusão
ocorre sob pH neutro, ou seja, independe de acidificação, e, por isso,
esses vírus são denominados pH-independentes;
A membrana plasmática não é a única barreira que o nucleocapsídeo
viral deve ultrapassar para ter acesso aos locais intracelulares
apropriados para a replicação.
Algumas células possuem um citoesqueleto cortical espesso logo
abaixo da membrana plasmática, o que impede o acesso de
ribossomos e outras organelas à área imediatamente adjacente à
membrana. Essas estruturas também dificultam a progressão dos
nucleocapsídeos até as regiões mais internas da célula.
os vírus que penetram por fusão na superfície celular desenvolveram
estratégias para superar esses obstáculos e conseguir liberar os seus
nucleocapsídeos nos locais adequados.
b) penetração após endocitose (mediada por clatrina, caveolina ou
agrupamentos de lipídios) > característico da penetração de vários
vírus envelopados (p. ex.: flavivírus e ortomixovírus) e de alguns vírus
sem envelope (p. ex.: adenovírus, picornavírus e reovírus); parece ser o
caminho mais adequado para a internalização dos vírus, pelos
seguintes aspectos:
1. a endocitose é um processo fisiológico comum à maioria das
células;
2. somente ocorre em células com transporte de membrana ativo,
evitando a penetração em eritrócitos e plaquetas, onde a
infecção seria improdutiva;
3. os vírions podem se ligar em qualquer local da superfície celular
para serem internalizados;
4. a endocitose assegura a internalização e o transporte dos vírions
aos locais de expressão gênica e replicação;
5. a penetração a partir dos endossomos reduz os riscos de
detecção pelo sistema imunológico, pois não deixa proteínas
virais expostas na superfície celular;
6. o ambiente endossomal se acidifica gradativamente, o que auxilia
na ativação dos mecanismos de fusão e penetração.
mediada por clatrina → Os endossomos recobertos por clatrina são
vesículas e se formam pela invaginação de pequenas regiões da
membrana plasmática revestidas internamente por moléculas de
clatrina; Após a invaginação, o revestimento de clatrina é removido e as
vesículas trafegam em direção ao interior da célula. Nesse trajeto, o
ambiente endossomal é gradativamente acidificado por meio de
ATPases associadas à membrana, que bombeiam prótons H+ para o
seu interior; os vírions internalizados por essa via são submetidos à
redução gradativa do pH;
Ao contrário da fusão e penetração dos vírus pH independentes, a
fusão do envelope de muitos vírus com a membrana celular só ocorre
sob pH baixo > são denominados pH-dependentese não conseguem
fusionar e penetrar na superfície celular sob pH neutro. A acidificação
progressiva dos endossomos proporciona condições para a fusão do
envelope com a membrana endossomal, resultando na liberação do
nucleocapsídeo no citoplasma; pH baixo nos endossomos também
facilita a dissociação dos nucleocapsídeos do restante do envelope,
resultando na sua liberação no citoplasma. Nos vírus pH-dependentes,
a penetração deve ocorrer no momento apropriado, pois a acidificação
excessiva que ocorre após a fusão dos endossomos com os lisossomos
pode inativar o vírus;
vírus sem envelope transpõem a membrana pela formação de canais
proteináceos na membrana endossomal (picornavírus) ou por
lise/perturbação da integridade dessa membrana (adenovírus e
reovírus);
A acidificação progressiva dos endossomos e as interações com a
membrana provocam alterações estruturais e desorganização do
capsídeo, podendo ocorrer a dissociação de algumas proteínas.
ex. Nos picornavírus, o rearranjamento das proteínas do capsídeo
induzido pelo pH baixo, leva à formação de aberturas através das quais
o genoma é translocado para o interior do citoplasma. As partículas
víricas do reovírus, internalizados por endocitose, sofrem alterações
estruturais e algumas proteínas do capsídeo são ativadas, tornando-se
capazes de lisar ou permeabilizar a membrana do endossomo. Dessa
forma, permitem a penetração dos capsídeos semidesintegrados. Nos
adenovírus, o capsídeo sofre alterações estruturais pela exposição ao
pH progressivamente baixo, resultando na desorganização da partícula
e na ativação das proteínas fibra e penton. Essas proteínas participam
da lise ou da permeabilização da membrana endossomal, permitindo a
penetração do complexo nucleoproteína no compartimento intracelular.
mediada por caveolina → caveolas são pequenas invaginações em
forma de cantil, que são formadas na membrana plasmática de
diversos tipos de células. As caveolas podem ser internalizadas com
auxílio da actina; caveolas internalizadas são transportadas até a
região perinuclear, próxima ao retículo endoplasmático;
Após a ligação aos receptores, os vírions se deslocam lateralmente na
superfície celular até serem capturados por caveolas. As caveolas são,
então, circundadas parcialmente por fi bras de actina, conferindo à
vesícula uma aparência de cantil. Posteriormente, a vesícula caveolar,
contendo os vírions, é entregue aos caveossomos, que são organelas
de pH neutro preexistentes no citoplasma, ricas em caveolina e
colesterol. Após algumas horas da infecção, os caveossomos liberam
túbulos membranosos repletos de vírions, que trafegam ao longo dos
microtúbulos até o RE. Posteriormente, as partículas virais deixam essa
organela, entram no citosol e penetram no núcleo através dos poros
nucleares;
mediada por agrupamento de lipídeos → Esfingolipídeos e/ou
glicoesfingolipídeos e moléculas de colesterol podem se associar
lateralmente e formar microdomínios na membrana celular,
denominados de lipid rafts. Esses microdomínios contêm proteínas
específicas e participam de funções celulares, como o transporte de
membrana, morfogênese e sinalização celular; A internalização dessas
estruturas é independente do revestimento por clatrina e caveolina. Os
vírions internalizados por essa via são direcionados aos endossomos, a
partir dos quais ocorre penetração no compartimento citoplasmático.
Essa via de penetração tem sido sugerida para o SV-40, em células que
não contêm caveolina, e também para alguns picornavírus,
papilomavírus e retrovírus.
c) fagocitose > ainda não está esclarecido; No entanto, partículas do
vírus da influenza já foram observadas em vesículas fagocíticas, e os
poxvírus possivelmente utilizam essa via para a internalização e
posterior penetração celular; Após a sua formação, os fagossomos se
fusionam com os endossomos e lisossomos e são acidificados,
potencializando a capacidade de fusão e penetração dos vírions
pH-dependentes; acontece em células de defesa;
d) Macropinocitose > processo celular não específico (pode ocorrer na
ausência de ligantes aos receptores) de internalização de volumes
grandes de fluidos e de regiões de membrana; Substâncias
internalizadas por essa via também são direcionadas aos endossomos
e lisossomos;
ex. O vírus da vaccinia (poxvírus) pode penetrar por essa via, uma vez
que os seus vírions são muito grandes para serem internalizados por
endocitose mediada por clatrina. O vírus HIV também parece utilizar
essa via para infectar macrófagos.
e) Transferência direta entre células > alguns vírus podem ser
transmitidos diretamente entre células, sem a necessidade de egresso e
infecção de uma nova célula. Essa transmissão é possível pela inserção
de proteínas virais na membrana lateral da célula. As proteínas virais
produzem fusão entre as células vizinhas e transferência do material
genético do vírus para a nova célula; observada nos paramixovírus e
poxvírus, entre outros; permite ao vírus infectar novas células sem se
expor ao sistema imunológico.
ETAPAS APÓS PENETRAÇÃO (desnudamento, movimentação
intracelular e penetração nuclear)
➔ Desnudamento - série de eventos que ocorrem imediatamente
após a penetração, em que os componentes do nucleocapsídeo
são parcial ou totalmente removidos, resultando na exposição
parcial ou completa do genoma viral; capsídeo é removido pela
ação de enzimas celulares existentes nos lisossomos
-A remoção das proteínas do nucleocapsídeo é necessária para a
exposição do genoma às enzimas e fatores responsáveis pela
transcrição (vírus DNA e RNA de cadeia negativa) ou tradução (vírus
RNA de cadeia positiva) → etapas subsequentes da replicação.
-alguns vírus, a replicação do genoma ocorre após o desnudamento
completo do genoma (poliovírus e flavivírus);
-Em outros vírus, a remoção parcial das proteínas do nucleocapsídeo já
é suficiente para a ocorrência das etapas seguintes do ciclo
(paramixovírus, rabdovírus, ortomixovírus e reovírus).
-Nos vírus que penetram por fusão com a membrana plasmática, a
remoção do envelope, que ocorre pela fusão, faz parte do
desnudamento.
-desnudamento e a penetração do nucleocapsídeo no núcleo ocorre
próximo aos poros nucleares;
➔ Movimentação Intracelular - Após a penetração, o genoma viral
precisa ser transportado até o local onde ocorrerão a expressão
gênica e a replicação. A movimentação dos vírions no citoplasma
ocorre inicialmente de forma passiva, no interior de vesículas
endocíticas.
-Após a penetração, os nucleocapsídeos podem interagir com os
componentes do citoesqueleto ou com proteínas transportadoras.
-Os paramixovírus (que penetram na célula por fusão direta do
envelope com a membrana celular) e os picornavírus (que penetram
através de poros na membrana endossomal) não necessitam de
transporte intracelular antes de iniciar a síntese de proteínas, pois os
ribossomos podem estar próximos ao local de penetração.
-Outros vírus penetram na célula em vesículas endocíticas, que se
movimentam entre a densa cadeia de microfilamentos e entregam a
sua carga aos locais apropriados.
-Os herpesvírus e retrovírus penetram na célula por fusão do envelope
com a membrana plasmática, e o genoma viral deve ser transportado
até o núcleo para a replicação. Para iniciar a transcrição reversa de seu
material genético, os retrovírus interagem com filamentos de actina,
que necessitam de funções relacionadas à miosina e dos microtúbulos.
-O HSV ultrapassa o córtex celular (composto basicamente de actina)
por mecanismos ainda desconhecidos, e os nucleocapsídeos são
transportados até o núcleo associados com os microtúbulos.
-Os adenovírus e parvovírus também são transportados por
microtúbulos até o núcleo da célula hospedeira.
➔ Penetração nuclear - núcleo é o local de replicação da maioria
dos vírus DNA e também dos ortomixovírus; local de replicação da
maioria dos vírus.
-a presença da membrana nuclear representa uma barreira adicional à
progressão dos vírions ou dos nucleocapsídeos, pois os poros
nucleares permitem a passagem somente de partículas com até 39 nm
de diâmetro.Conseqüentemente, o transporte dos nucleocapsídeos ou
do genoma até o interior do núcleo depende de interações específicas
com componentes celulares.
1. Vírions pequenos, como os parvovírus (18-24 nm) e os capsídeos
do vírus da hepatite B (36 nm), podem ser transportados intactos
(ou semi-íntegros), por meio de mecanismos citoplasmáticos
especializados (microtúbulos, microfilamentos e proteínas
motoras), e, posteriormente, translocados através dos poros
nucleares por proteínas especializadas.
2. Os vírions ou capsídeos maiores necessitam ser previamente
desintegrados ou deformados para permitirem a introdução do
genoma viral pelos poros nucleares.
ex. O nucleocapsídeo do HSV, por exemplo, é transportado do
córtex celular até o núcleo ao longo dos microtúbulos e liga-se,
na face citoplasmática da membrana nuclear, por meio de uma
molécula denominada de importina. Posteriormente ocorre uma
abertura parcial de um dos vértices do capsídeo e a liberação do
DNA viral através do poro nuclear. O adenovírus tipo 2 é
transportado ao longo dos microtúbulos até as proximidades do
núcleo e liga-se a filamentos dos poros nucleares. Após, com o
auxílio das importinas, e pela ligação com histonas, ocorre a
desmontagem do vírion e o DNA viral é translocado para o
interior do núcleo.
➔ expressão gênica (transcrição e tradução) - A síntese de
proteínas virais pela maquinaria celular é o evento central da
multiplicação dos vírus;
-genoma viral codifica diferentes proteínas que devem desempenhar
pelo menos três funções básicas:
1. assegurar a replicação do genoma;
2. subverter funções celulares em seu benefício
3. empacotar os genomas recém-replicados em novas partículas
víricas.
-Os vírus não possuem metabolismo próprio e são inteiramente
dependentes da maquinaria celular para a produção de suas
proteínas. Ou seja, as informações genéticas contidas no genoma dos
vírus são decodificadas em proteínas virais pelo aparato de síntese
protéica da célula hospedeira.
-Para utilizar esse aparato para a produção de suas proteínas, os vírus
tiveram que evoluir de forma a satisfazer algumas restrições impostas
pelas células hospedeiras.
-O ponto-chave desse processo é a síntese (ou apresentação) de
mRNAs que sejam adequadamente reconhecidos e traduzidos pelos
ribossomos.
-Dependendo da estrutura e organização genômica, os vírus de
diferentes famílias convergem para a produção de mRNA por diferentes
vias.
-O aparato celular de transcrição (RNA polimerase II e fatores de
transcrição) e de processamento dos transcritos se localiza no núcleo
das células hospedeiras;
-A maioria dos vírus DNA replica no núcleo e, assim, pode utilizar esses
mecanismos. Os genes desses vírus contêm regiões regulatórias
(promotores, enhancers) que são reconhecidas pela RNA polimerase II
(RNApolII) e pelos fatores de transcrição celulares. Os transcritos (mRNA)
produzidos contêm a estrutura cap, são poliadenilados e alguns são
submetidos a splicing antes de serem exportados para o citoplasma.
-Embora sejam vírus DNA, os poxvírus e asfarvírus replicam no
citoplasma e são independentes da maquinaria nuclear de síntese e
processamento de DNA e RNA. Isso só é possível porque esses vírus
trazem, nos vírions, as enzimas e fatores auxiliares para a transcrição e
processamento dos seus mRNA.
-Os vírus RNA, com exceção dos retrovírus, não dependem da
maquinaria celular de transcrição e convergem para a produção de
mRNA por vias diferentes.
-Os retrovírus utilizam a maquinaria celular para a transcrição dos
seus genes, após a integração de uma cópia DNA do genoma (provírus)
nos cromossomos celulares. A transcrição resulta na produção de
mRNA para a síntese e processamento de DNA e RNA. Isso só é possível
porque esses vírus trazem, nos vírions, as enzimas e fatores auxiliares
para a transcrição e processamento dos seus mRNA.
-Os vírus RNA convergem para a apresentação de mRNA traduzíveis de
duas formas:
1. o próprio genoma dos vírus RNA de sentido positivo serve de
mRNA e é parcial ou integralmente traduzido pelos ribossomos.
Nos vírus cujo genoma é parcialmente traduzido, os mRNAs, para
a síntese das proteínas estruturais, são produzidos pela
transcrição do RNA de sentido antigenômico, que é produzido
pela replicação do genoma;
2. os vírus RNA de sentido negativo trazem a sua própria RNA
polimerase nos vírions. Assim, no início da infecção, essa enzima
se encarrega de transcrever o genoma viral, produzindo os mRNA
para a síntese proteica. Nos vírus RNA de cadeia dupla, a RNA
polimerase trazida nos vírions transcreve as cadeias genômicas
negativas em mRNA.
-A maquinaria de síntese protéica das células eucariotas (ribossomos e
fatores auxiliares) se localiza no citoplasma; somente traduz mRNA
monocistrônicos e que possuam a estrutura cap na extremidade 5’.
-Os mRNA dos vírus DNA que replicam no núcleo são produzidos,
processados e exportados para o citoplasma pela maquinaria da
célula e, como tal, assemelham-se aos mRNA celulares.
-Os mRNA do vírus DNA que replicam no citoplasma (poxvírus,
asfarvírus) são produzidos e modificados no próprio citoplasma por
enzimas virais, também à semelhança dos mRNA celulares.
*Para serem traduzidos diretamente, os genomas dos vírus RNA de
sentido positivo possuem cap 5’ (alguns flavivírus, coronavírus,
arterivírus e togavírus) ou uma estrutura secundária que permite o
reconhecimento pelos ribossomos e o início da tradução. Essa
estrutura é denominada IRES (internal ribosomal entry site) e está
presente próxima à extremidade 5’ do genoma dos picornavírus e de
alguns membros da família Flaviviridae (pestivírus).
*Nos vírus RNA de sentido negativo e RNA de cadeia dupla, a RNA
polimerase viral produz mRNAs com cap e cauda poliA.
*A maquinaria de tradução das células eucariotas não é capaz de
traduzir mRNAs policistrônicos (produção de +1 ptns de um mesmo
RNAm) , ou seja, mRNAs que contenham mais de uma ORF. Por isso, os
vírus desenvolveram diferentes estratégias de codificação de suas
proteínas:
1. produção de mRNA monocistrônicos (contendo uma ORF = um
gene) ou produção de mRNA policistrônicos. Os mRNAs
policistrônicos contêm uma única e longa ORF que codifica uma
longa poliproteína. À medida que vai sendo traduzida, essa
poliproteína é clivada por proteases celulares e/ou virais, dando
origem às proteínas virais individuais.
-Do ponto de vista da tradução, os mRNA que contêm uma única ORF,
que é traduzida em poliproteína, comportam-se como mRNAs
monocistrônicos, pois a tradução se inicia no primeiro códon de
iniciação e termina no códon de terminação. As proteínas individuais
são geradas após este processo, pela clivagem enzimática.
-vírus tiveram que desenvolver estratégias que os permitam utilizar a
maquinaria celular de tradução em seu benefício > Isso porque os
mRNA celulares estão presentes em muito maior quantidade e
competem com grande vantagem em relação aos mRNA virais.
Dentre as estratégias virais utilizadas pelos vírus para competir pelo
aparato celular de tradução destacam-se:
1. inibição da transcrição celular (vírus da estomatite vesicular, VSV);
2. inibição do processamento e/ou maturação e exportação de
mRNA celulares do núcleo (adenovírus, HIV);
3. degradação de mRNA celulares no núcleo (ortomixovírus, HSV) ou
no citoplasma (buniavírus);
4. inibição seletiva da tradução de mRNA celulares (poliovírus,
FMDV);
5. facilitação do processamento, transporte e tradução de mRNA
virais (HIV);
6. alteração da especificidade de reconhecimento de mRNA para a
tradução: a tradução de mRNA que possuem cap é inibida e as
células infectadas passam a traduzir mRNA virais, que são
reconhecidos pelos ribossomos através da estrutura IRES
(picornavírus).
➔ Replicação do genoma - Dependendo do tipo e organização
genômica, os vírus podem utilizar diferentes estratégias para
cumprir as etapas de expressão gênica e replicação do seu
genoma.
-Baltimore (1971) propôs a classificação dos vírus em seis grupos, de
acordo com o tipo de genoma, local e estratégia de replicação.
1. Replicação dos vírus DNA: Em geral,os vírus DNA mais simples
(circovírus, parvovírus e poliomavírus) utilizam extensivamente a
maquinaria celular, pois os seus genomas codificam poucos
produtos associados com funções replicativas; os vírus DNA
complexos (herpesvírus e poxvírus) codificam muitas enzimas e
fatores envolvidos na replicação;
replicação da maioria dos vírus DNA ocorre no núcleo da célula
hospedeira. O genoma destes vírus contém regiões regulatórias
que são reconhecidas pela maquinaria celular de transcrição e,
assim, podem utilizá-la para a produção dos mRNA necessários à
síntese de suas proteínas; Em diferentes graus, esses vírus
também utilizam enzimas e fatores celulares para o metabolismo
de nucleotídeos, para a síntese de DNA e replicação do genoma.
poxvírus e asfarvírus se constituem em exceções, pois trazem, nos
vírions, as enzimas e fatores necessários para a transcrição e
modificação dos mRNA e codificam as enzimas e fatores
requeridos para a replicação do genoma. Mesmo assim, são
dependentes da maquinaria celular de síntese protéica. A
replicação desses vírus ocorre inteiramente no citoplasma.
A replicação dos genomas DNA de fita simples (circovírus e
parvovírus) também envolve a participação predominante de
fatores celulares e se inicia com a síntese da fita complementar.
Nos parvovírus, a própria extremidade 3’ do genoma serve de
primer para o início da replicação. A replicação do genoma linear
de fita dupla dos adenovírus se inicia com um primer de proteína,
ocorre de forma contínua e em duas etapas.
A replicação do genoma dos parvovírus e circovírus é realizada
predominantemente por enzimas e fatores da célula hospedeira.
A primeira etapa da replicação é a síntese da cadeia
complementar de DNA. O DNA de fi ta dupla (linear nos
parvovírus, circular nos circovírus) é, então, transcrito pela RNA
polII celular, originando os mRNAs para a síntese de proteínas
virais. A replicação dos parvovírus está intimamente associada
com a fase S do ciclo celular, demonstrando a dependência de
fatores celulares presentes nesta fase. O genoma dos parvovírus
é replicado de forma contínua, a partir de uma 3’-OH localizada
na extremidade do hairpin, formado pelo pareamento das regiões
complementares terminais. A síntese da nova cadeia é seguida
pelo deslocamento da cadeia original, originando concatêmeros,
que serão posteriormente clivados para originar os monômeros
de extensão genômica. Os parvovírus encapsidam
predominantemente cópias de DNA de sentido negativo (aquelas
que serão transcritas), mas algumas espécies podem encapsidar
também cópias positivas e, ocasionalmente, uma mistura das
duas.
2. Replicação dos vírus RNA: A replicação do genoma desses vírus
envolve a síntese de moléculas de RNA de sentido antigenômico,
que servem de molde para a subseqüente síntese de RNAs de
sentido genômico. Essas reações são realizadas por polimerases
específicas, que produzem moléculas de RNA a partir de moldes
RNA (polimerases de RNA dependentes de RNA). No entanto, as
células eucariotas não possuem tais enzimas e, por isso, não são
capazes de replicar o genoma desses vírus. Assim, para replicar o
genoma, os vírus RNA devem codificar as suas próprias enzimas
replicativas. As polimerases de RNA virais, cuja função é produzir
cópias do genoma, são transcriptases ou replicases;
+ sentido genômico
- sentido anti genômico → não é traduzido diretamente
➔ morfogênese/maturação - independente da sua complexidade
estrutural, uma série de interações entre os seus constituintes
são necessárias para a montagem das partículas víricas e a
conclusão do processo de replicação.
-Essas interações incluem:
1. formação das unidades estruturais do capsídeo pela interação
entre as respectivas proteínas;
2. incorporação do genoma ao capsídeo pré-formado ou em
formação;
3. liberação da progênie viral da célula infectada.
-No caso dos vírus envelopados, a formação no nucleocapsídeo é
seguida pela aquisição do envelope a partir de membranas celulares,
nas quais as proteínas virais foram previamente inseridas.
-vírions são formados pela associação de componentes pré-formados
(genoma + proteínas).
- processo de montagem das partículas víricas, que ocorre ao final do
ciclo replicativo, é denominado de morfogênese ou reunião.
-A aquisição da capacidade infectiva pelas partículas víricas
recém-formadas – que ocorre prévia ou concomitantemente com o seu
egresso da célula – denomina-se maturação.
-para muitos vírus, esses processos ocorrem simultaneamente;
-As diferentes etapas da formação da partícula vírica não ocorrem ao
acaso.
-As associações entre os componentes são direcionadas e favorecidas
por interações químicas específicas entre as unidades protéicas
estruturais e entre estas e o ácido nucléico;
-Dependendo da estrutura e complexidade da partícula vírica, da
estratégia e local de replicação, os vírus desenvolvem diferentes
estratégias de morfogênese e maturação/egresso de sua progênie.
1. Maturação intracelular (citoplasmática ou nuclear) - Alguns vírus
(principalmente os desprovidos de envelope) completam o
processo de morfogênese das partículas (e a conseqüente
maturação) integralmente no citoplasma (vírus RNA) ou no núcleo
(vírus DNA); Dessa forma, a progênie viral infecciosa pode ser
encontrada nesses compartimentos, mesmo com a célula ainda
íntegra, ou seja, a maturação ocorre previamente ao egresso.
Esses vírus geralmente são liberados quando ocorre a destruição
das células infectadas;
Os vírus não-envelopados das famílias Polyomaviridae,
Papillomaviridae, Adenoviridae e Picornaviridae e também os
membros da Poxviridae e Asfarviridae (com envelope),
enquadram-se nessa categoria.
2. Maturação por brotamento em membranas celulares → No ciclo
replicativo dos vírus envelopados, as glicoproteínas do envelope
recém-sintetizadas são inseridas em membranas celulares, isto é,
na membrana do retículo endoplasmático rugoso (RER), no
aparelho de Golgi ou na membrana plasmática;
Os nucleocapsídeos recém-formados interagem com a proteína
da matriz e/ou com extremidades citoplasmáticas dessas
glicoproteínas e inserem-se (ou projetam-se) através da
membrana, incorporando o envoltório.
Esse envoltório (envelope) é composto pela membrana lipídica
dupla, contendo as glicoproteínas virais inseridas.
O processo de aquisição do envelope é denominado brotamento,
pois o nucleocapsídeo literalmente brota para o interior do RER,
do Golgi ou para o exterior da célula;
Os vírus que realizam brotamento em membranas celulares,
como forma de adquirir o envelope e completar a sua
morfogênese/maturação, podem ser liberados por exocitose sem
induzir necessariamente à lise da célula.
Os vírus RNA de sentido negativo, alguns vírus RNA de sentido
positivo (togavírus) e os retrovírus completam a morfogênese e a
maturação somente no momento da liberação dos vírions na
superfície da célula. Nesses casos, não é possível detectar
progênie viral infecciosa no interior das células.
Os vírions de outras famílias (Flaviviridae, Coronaviridae,
Arteriviridae, Bunyaviridae, Poxviridae) realizam o brotamento no
RER e/ou no aparelho de Golgi. Vírions infecciosos podem ser
encontrados em vesículas citoplasmáticas derivadas desses
compartimentos, nas quais são transportados até a membrana
plasmática, onde são liberados por exocitose.
*Os herpesvírus apresentam uma estratégia particular de morfogênese,
maturação e egresso > replicação do genoma e a montagem dos
nucleocapsídeos ocorrem no núcleo, para onde as proteínas
estruturais são importadas após a sua síntese no citoplasma.
Os nucleocapsídeos podem adquirir o envelope pelo brotamento na
membrana nuclear interna – vírions completos envelopados podem ser
observados no espaço entre as membranas nucleares –. Esses
nucleocapsídeos podem perder o envelope ao sair desse
compartimento e readquirir o envelope pelo brotamento na membrana
do RER. Nesses casos, são transportados em vesículas e liberados ao
exterior por exocitose.
Outros nucleocapsídeos podem ser transportados através do
citoplasma até a membrana plasmática, onde adquiremo envelope por
brotamento. Ao contrário de alguns vírus envelopados, que não são
líticos, a replicação dos herpesvírus inevitavelmente leva à lise e à
destruição celular.
-Os efeitos da replicação viral na célula hospedeira são muito variáveis
e vão desde infecções que não provocam alterações detectáveis até a
morte e lise celular.
-As consequências da replicação viral em nível celular possuem
importância na patogenia das doenças víricas.