Virologia - Resumo 04 - Replicação Viral

Prévia do material em texto

Thaís Regina Lemfers 
Medicina Veterinária, 3º semestre – 2013/01 
 
Replicação Viral 
Introdução: 
 
 Os vírus sãos os organismos mais simples que existem: uma molécula de ácido nucléico envolta por 
uma camada protéica. Quando estão fora de células vivas, os vírus 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. Porém, mesmo eles sendo os mais complexos e evoluídos, são 
dependentes de processos biológicos celulares para a sua multiplicação: sendo classificados como parasitas 
intracelulares obrigatórios. #livro 
 
O termo replicação significa a síntese de moléculas de ácidos nucléicos a partir de um molde, palavra a qual 
vem sendo utilizada para designar todo o processo de multiplicação do vírus. 
 
 
Conceitos: 
 
 Infecção: Termo usado para definir o processo de replicação do agente como um todo, incluindo a 
penetração e as etapas subseqüentes. A série de etapas que inicia com a penetração e culmina com a 
liberação de progênie viral é também denominada de ciclo replicativo. 
 Susceptibilidade: Capacidade das células de serem infectadas naturalmente pelo vírus; e também 
suportar todas as etapas da replicação viral após a infecção natural. 
 Permissividade: Refere-se as 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 de etapas intracelulares). 
 
Todos os RNA replicam no citoplasma, e os DNA no núcleo. Se ele é polaridade RNA+, ele não precisa do 
aparato de transcrição da célula – que está no núcleo; porque o genoma dele já tem essa capacidade. E RNA- 
utiliza estratégias para isso. 
 
 
Etapas da replicação viral: 
 
O ciclo replicativo inclui necessariamente: 
 
1. Adsorção 
2. Penetração 
3. Desnudamento 
4. Expressão gênica (transcrição e tradução) 
5. Replicação do genoma 
6. Morfogênese/maturação 
7. Egresso 
Thaís Regina Lemfers 
Medicina Veterinária, 3º semestre – 2013/01 
 
1. Adsorção: A primeira etapa da replicação é a ligação específica das partículas víricas na superfície 
das células hospedeiras (vírus grudar na sua célula hospedeira) - essa ligação é mediada por 
proteínas da superfície dos vírions (VAPs – ligação é específica, mas é fraca; isoladamente, não seria 
suficiente) que interagem com os receptores na superfície das células. 
 
Nos vírus sem envelope, a função de ligação é exercida pelas proteínas do capsídeo; nos vírus 
envelopados, pelas glicoproteínas do envelope. 
 
Os receptores celulares para vírus são moléculas de membrana que desempenham funções diversas e que, 
ocasionalmente, servem para os vírus se ligarem e iniciarem a infecção. Alguns vírus são estritamente 
dependentes de um receptor específico, enquanto outros podem utilizar receptores alternativos para iniciar a 
infecção. A capacidade de utilizar mais de um receptor para iniciar o processo é a vantagem evolutiva, pois 
oferece a esses vírus a possibilidade de infectar diferentes tipos de células e/ou hospedeiros. 
 
Em alguns casos, somente a ligação da VAP não garante a adsorção, sendo assim, preciso de muitas 
ligações, tendo assim um processo de cooperação e de centenas de receptores ligando-se ao vírion. Nesse 
caso, ocorre a interação dos vírions com proteínas adicionais da membrana celular – denominadas co-
receptores. Ex: HIV humana liga-se ao receptor CD4 e utiliza o co-receptor um receptor de citocina. 
 
 O contato do vírion com a célula hospedeira ocorre ao acaso, ou seja, não depende de tropismo. 
 
O processo de adsorção é independente de energia e do metabolismo celular e ocorre com a mesma 
eficiência à temperatura corporal ou a 4°C. A ligação dos vírions a moléculas da membrana celular é uma 
etapa absolutamente necessária, porém nem sempre suficiente para garantir a continuidade do ciclo 
replicativo (pode ocorrer degradação do vírion, falta de receptores, etc). 
Resultado da adsorção: Contato do vírus com célula/penetração. 
 
2. Penetração/internalização: A penetração é a etapa subseqüente à ad-sorção e envolve a 
transposição da membrana plasmática, permitindo a introdução do nucleocapsídeo (genoma viral + 
proteínas) no interior da célula, local onde ocorrerão a expressão gênica e a replicação do genoma. 
 
A 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 intra-citoplasmáticas). No entanto, 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. 
 
 Em geral, os vírus penetram nas células utilizando um (ou alternativamente mais de um) 
dos seguintes mecanismos: a) penetração por fusão; b) penetração por endocitose; c) 
transferência direta. 
 
Tanto vírus RNA como DNA podem penetrar por fusão ou endocitose, portanto não faça essa separação. 
Exemplo: Herpesvírus é DNA e penetra por fusão e adenovírus é DNA e penetra por endocitose. A mesma 
coisa com os RNAs, retrovírus por fusão e flavivírus por endocitose (os 2 são RNA). 
 
Thaís Regina Lemfers 
Medicina Veterinária, 3º semestre – 2013/01 
 
 
 
a) Penetração por fusão na superfície celular: 
Alguns vírus com envelope 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. 
A fusão entre as membranas do envelope e a plasmática requer a ação de proteínas de fusão presentes no 
envelope dos vírus. 
Nesses vírus, o mecanismo de fusão ocorre sob pH neutro, ou seja, independe de acidificação, e, por isso, 
esses vírus são denominados pH-independentes. 
 
b) Penetração por endocitose: 
Vários vírus utilizam essa via por ser um processo fisiológico normal da célula, abordaremos então sobre a 
endocitose por clatrina. A célula quando internaliza o vírus coloca dentro de uma vesícula, a qual é 
encaminhada até o núcleo, onde vai se livrar do capsídeo e fazer sua replicação dentro do núcleo (Vírus DNA) 
ou após ser internalizado é liberado no citoplasma da mesma forma que na fusão. 
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. 
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 (5,5-6,5). Esses vírus são denominados pH-dependentes e 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. 
Após a ligação nos receptores, os vírions são internalizados por endocitose. A acidificação dos endossomos 
induz alterações conformacionais resultam nafusão do envelope com a membrana do endossomo. O pH 
baixo nos endossomos também facilita a dissociação dos nucleocapsídeos do restante do envelope, 
resultando na sua liberação no citoplasma. 
 
c) 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. Esse mecanismo de transferência direta permite ao vírus infectar novas células sem 
se expor ao sistema imunológico. 
 
 
 
Thaís Regina Lemfers 
Medicina Veterinária, 3º semestre – 2013/01 
 
3. Desnudamento: Refere-se à serie 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. 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). 
 
No ciclo replicativo de alguns vírus, a replicação do genoma ocorre após o desnudamento completo do 
genoma; em outros vírus, a remoção parcial das proteínas do nucleocapsídeo já é suficiente para a ocorrência 
das etapas seguintes do ciclo - porque as proteínas associadas ao genoma auxiliam no processo de 
relpicação. Portanto, o desnudamento parece ter uma definição mais funcional do que estrutural. 
 
A estrutura e complexidade de cada nucleocapsídeo é que determina os passos subseqüentes na 
replicação. O desnudamento torna o genoma acessível às enzimas e a outros fatores celulares responsáveis 
pelas etapas subseqüentes da replicação. Dependendo do tipo de genoma, as etapas que se seguem ao 
desnudamento diferem entre os vírus. 
 
4. Expressão gênica: 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. 
 Síntese de proteínas virais: assegurar replicação, funções celulares e empacotar genoma. 
 
Genoma viral -> mRNA -> síntese protéica 
 
 
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 vírus RNA não dependem da maquinaria celular de transcrição e convergem para a produção de 
mRNA por duas vias diferentes: 
 
a) o próprio genoma dos vírus RNA de sentido positivo serve de mRNA e é traduzido pelos ribossomos. 
 *somente citoplasma 
 
b) 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 
protéica. *núcleo, depois citoplasma. 
 
 
5. Replicação do DNA/RNA: Variável: tipo de genoma e organização genômica. 
 
DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA: A partir de uma molécula de DNA, são transcritos RNA mensageiros que são 
traduzidos em proteínas. 
 
 Os vírus de genoma RNA: os RNA são transcritos em RNA e traduzidos para proteínas – por isso, eu 
preciso da RNA polimerase – porque ela vai fazer RNA a partir de RNA, e essa enzima não tem nas células 
dos animais (eucarióticas). 
Exceção: Os retrovírus de RNA viram DNA, viram RNA e depois proteínas – com o primeiro passo, de 
transcriptase reversa. 
 
Thaís Regina Lemfers 
Medicina Veterinária, 3º semestre – 2013/01 
 
REPLICAÇÃO DO VÍRUS DNA: 
 A replicação da maioria dos vírus DNA ocorre no núcleo da célula hospedeira. O genoma desses 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. Depois vai pro citoplasma fazer a tradução!!!! 
- Genoma dsDNA –transcrição genes iniciais> mRNA –tradução> proteínas inicias/não estruturais –replicação 
do genoma> DNA progênie –transcrição de genes tardios> mRNA –tradução> proteínas tardias/estruturais. 
Morfogênese: juntar o DNA progênie com as proteínas tardia e formar os vírions -> saída. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REPLICAÇÃO DO VÍRUS RNA: 
 A replicação dos vírus RNA enfrenta algumas dificuldades adicionais, impostas por peculiaridades dos 
processos biossintéticos das células hospedeiras. 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 denominadas genericamente de 
transcriptases ou replicases. Ou seja, os vírus RNA não dependem do maquinário de transcrição 
da célula hospedeira. 
 
Replicação do genoma (ssRNA+): 
A enzima replicase é codificada pelo genoma (o genoma já tem a mesma orientação do RNAm – ou 
seja o genoma já é um TRANSCRITO, utilizando cap’5 e poliA) e é produzida pela tradução direta do 
genoma logo no início da infecção. Uma vez produzida, a enzima se encarrega de replicar o genoma, 
produzindo cópias de RNA de sentido 
antigenômico, que servem de molde para 
a síntese de mais cópias de sentido 
genômico. 
 
Genoma ssRNA + -tradução> 
poliproteína -clivagem> proteínas 
estruturais e não estruturais -> as 
estruturais vão sofrer morfogênese com 
o genoma ssRNA+ e forma o vírion; as 
não estruturais auxiliam na replicação 
com o RNA antigenômico. 
Thaís Regina Lemfers 
Medicina Veterinária, 3º semestre – 2013/01 
 
 
Replicação do genoma (ssRNA-): 
 O genoma dos vírus RNA de polaridade negativa não pode ser traduzido, pois possui o sentido 
complementar ao mRNA. Esses vírus solucionaram esse problema de forma diferente: trazem associado ao 
material genético algumas moléculas da polimerase de RNA (replicase). Uma vez no interior da célula, a 
replicase sintetiza cópias de RNA de sentido antigenômico que servem de mRNA para a síntese das proteínas 
virais. Esses RNAs também servem de molde para a síntese de mais cópias de RNA de sentido genômico. 
Além disso, para dar o “start” da transcrição, eles possuem o cap’5 e o IRES’5. 
 
Genoma ssRNA -transcrição 
RNA pol viral> mRNA –
tradução estruturais e NE> 
proteínas estruturais e não 
estruturais vão sofrer 
morfogênese com o genoma 
ssRNA- para formar os vírions. 
 
Primeiro utiliza RNAm para 
fabricar as proteínas não-
estruturais, depois para 
fabricar o genoma, e 
depois então usar o RNAm 
de proteínas estruturais. 
 
Vírus RNA – replicação no citoplasma: 
- não dependem da maquinaria celular de transcrição 
- mRNA traduzível de 2 formas: 
 RNA (+): com cap e poliA. (marcação pra iniciar a transcrição) 
 Ou RNA ss(-): RNA pol viral (mRNA com cap/IRES e poliA) 
 RNA ds(-): RNA pol viral transcreve as cadeias genômicas negativas em mRNA. 
 
REPLICAÇÃO DO VÍRUS RNA duplo: Os vírus RNA de fita dupla utilizam sua fita negativa para realizar a 
replicação. Resolvendo o problema do mesmo jeito que os RNA de fita simples negativa.Thaís Regina Lemfers 
Medicina Veterinária, 3º semestre – 2013/01 
 
Fita simples positiva tem o seu genoma no mesmo sentido do mRNA da mesma polaridade 
Já a fita simples negativa, tem que ser transcrita para ocorrer a tradução. 
 
O QUE ESTÁ NO NÚCLEO? MAQUINÁRIO DE TRANSCRIÇÃO 
O QUE ESTÁ NO CITOPLASMA? MAQUINÁRIO DE TRADUÇÃO 
 
 
Maquinaria celular de síntese protéica: 
- Ribossomos e fatores auxiliares – citoplasma 
* somente traduz RNAm monocistrônicos, não traduz RNAm policistrônicos. 
 
 Estratégias: 
- RNAm monocistrônico é referente a 1 orf = 1 gene 
- RNAm policistrônico se torna como uma única e longa ORF, “como se fosse um monocistrônico”, para 
que depois as enzimas “tesourinhas” #escrevam na prova: enzimas específicas para clivar o genoma atuem 
sobre esse monocistrônico, deixando assim, cada gene livre para atuar no seu local. 
 
RNAm celulares em maior quantidade: 
Estratégias: 
 Inibição: transcrição celular, processamento, maturação e exportação de mRNA celular do núcleo 
 Degradação de RNAm no núcleo ou no citoplasma 
 Alteração da especificidade de reconhecimento de RNAm para a tradução: tradução de RNAm com 
cap é inibida -> tradução de mRNA viral APENAS com IRES (estudaremos no prox. Semestre) 
 
E quem precisa de envelope no final, passa pelo golgi ou RE e forma o envelope com proteínas virais. 
 
6. Montagem: Associação dos componentes – interação química, morfogênese; processo de montagem 
das partículas víricas, que ocorre ao final do ciclo replicativo, é denominado genericamente de 
morfogênese ou reunião. Junção de proteínas (capsídeo) e genoma. 
 
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: 
a) Formação das unidades estruturais do capsídeo pela interação entre as respectivas proteínas; 
b) Incorporação do genoma ao capsídeo pré-formado ou em formação; e 
c) Liberação da progênie viral da célula infectada. 
 
Ex: 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. 
 
 
7. Liberação - maturação e egresso: É a aquisição da capacidade infectiva pelas partículas víricas 
recém-formadas que ocorre prévia ou concomitantemente com o seu egresso da célula. 
 
a) Maturação por brotamento: envelopados, eles irão inserir as proteínas estruturais que foram 
traduzidas no citoplasma e foram recolocadas na dupla membrana do hospedeiro – membrana plasmática, 
golgi. Proteínas sintetizadas e ficam esperando. Deve haver a interação nucleocapsídeo 
(genoma+capsídeo)-membrana, e aquisição do envelope e sua liberação por EXOCITOSE – sem lise 
celular. 
Thaís Regina Lemfers 
Medicina Veterinária, 3º semestre – 2013/01 
 
 
Nos envelopados, as glicoproteínas do envelope recém-sintetizadas são inseridas em membranas 
celulares (RER, Golgi ou membrana plasmática). Os nucleocapsídeos 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. 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. 
 
 
b) Maturação Intracelular: não-envelopados, formação de capsídeos, vírions intracelulares vão se 
acumulando dentro do citoplasma, liberação: lise celular. Os vírus desprovidos de envelope 
completam o processo de morfogênese integralmente no citoplasma – RNA, ou no núcleo – 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 erros que ocorrem na replicação originam: grupos, subgrupos, subtipos, variantes. E os efeitos da 
replicação viral na célula hospedeira são muito variáveis, vão desde infecções que não provocam alterações 
detectáveis até a morte e lise celular. As conseqüências da replicação viral em nível celular possuem 
importância na patogenia das doenças víricas.