Virologia replicação viral

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Virologia- Replicação viral
Replicação é o processo pelo qual o ácido nucléico é produzido a partir de um ácido nucléico previamente existente. 
A replicação é uma sucessão de eventos que só pode acontecer em uma célula porque o vírus não tem metabolismo próprio. 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.
Susceptibilidade e permissividade são propriedades complementares que definem a capacidade das células de suportar as etapas da replicação viral.
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 artificialmente (transfecção). Por outro lado, 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 semipermissivas. Para simplificar, pode-se dizer que o termo susceptibilidade define a capacidade das células de suportar todas as etapas da replicação viral após a infecção natural.
A susceptibilidade é determinada pela interação de múltiplos fatores virais e celulares. Em razão da complexidade dessas interações, as espécies animais (e também as células de cultivo) apresentam uma ampla variação de susceptibilidade a diferentes vírus.
Espectro de hospedeiros (host range): É utilizado para definir o conjunto de espécies animais (host range in vivo) ou de diferentes células (host range in vitro) que podem ser infectados naturalmente por um determinado vírus.
Tropismo: Refere-se à predileção do vírus por determinadas células, tecidos ou órgãos do hospedeiro para se multiplicar. O principal fator celular, mas não o único, determinante da susceptibilidade e do tropismo é a presença de moléculas específicas na superfície celular, denominadas genericamente de receptores virais. Os receptores virais são moléculas da membrana plasmática que desempenham funções diversas na biologia das células, das quais os vírus se utilizam para se ligar e iniciar a infecção.
Etapas da replicação:
1.Adsorção
2.Penetração
3.Desnudamento
4.Expressão gênica (transcrição e tradução)
5.Replicação do genoma
6.Morfogênese / maturação
7.Egresso
1-Adsorção
Ligação específica das partículas víricas na superfície das células hospedeiras. As colisões virais com superfície celular susceptível, depende do pH, temperatura e concentração iônica. Este não é um processo aleatório, é um processo especifico dirigido pela interação ligante+receptor.
O ligante é uma estrutura de superfície do vírus e o receptor normalmente é um componente protéico que pode conter açúcares e lipídios também na superfície da célula, precisa haver uma complementariedade estereoquimica entre uma estrutura de superfície do vírus que recebe o nome de ligante e uma estrutura especifica na superfície da célula que é o receptor. O vírus precisa se chocar com a superfície da célula e ter ali uma possibilidade de interação como ela, para estabelecer a adsorção.
O vírus não tem como saber se a célula é permissiva ou não, ele será levado por fatores ambientais e se chocará na superfície de varias células, aquela que tem o receptor adequado é aquela onde ele ficará adsorvido. Se não houver o receptor adequado, ele pode ficar nessa célula e\ou ficar na superfície dessa célula e ser “comido” pela célula.
O receptor usado pelo vírus na adsorção não é exclusivo para o vírus, este tem alguma função biológica própria. Os vírus evoluiram para alcançar esses receptores. Exemplo: Vírus da raiva, quando infecta neurônios, utiliza o receptor da acetilcolina, receptor específico usado pelo vírus da raiva.
A ligação do vírus no receptor é 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 função de ligação é exercida pelas proteínas do capsídeo; nos vírus envelopados, pelas glicoproteínas do envelope. Os 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.
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. A função de um co-receptor é reconhecer uma outra parte de uma estrutura de vírus, após o vírus ter interagido com o receptor. Por exemplo, 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 processo de adsorção 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. Ou seja, a adsorção viral na superfície celular é um processo cooperativo, resultante de múltiplas interações entre proteínas da superfície dos vírions com os seus respectivos receptores.
Embora a adsorção dos vírions à superfície celular seja a etapa inicial e indispensável para o início da replicação, 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. Outro cenário possível é a ligação, porém com internalização e liberação do nucleocapsídeo em compartimentos inadequados para a replicação (p. ex.: lisossomos). É possível também que vírions sejam internalizados em células que não possuam os componentes necessários à continuação do ciclo. Imediatamente após a adsorção, os vírions penetram nas células e iniciam a infecção.
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).
Se entrar na célula apenas o genoma viral, não é necessário que ocorra o desnudamento, porém, se o capsídeo também entrar, é necessário o desnudamento, para que haja a exposição do genoma. 
2-Penetração
Invaginação da membrana celular em volta da partícula viral, fusão do invólucro viral com a membrana celular, penetração viral através da membrana celular. Pode ser dependente ou independente de endocitose. A ativação da entrada do vírus pode depender da variação do pH ou da interação com o próprio receptor ou co-receptor.O envelope do vírus sofre difusão com a membrana da célula (entra o núcleocapsídeo). Vírus nu (sem envelope) entra na célula injetando seu genoma, o capsídeo não entra na célula. A penetração é a etapa subseqüente à adsorção 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 intracitoplasmáticas). 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.
O mecanismo de penetração para o caso dos vírus envelopados no geral é um só, a fusão de membrana.
Ao contrário da adsorção, a internalização e penetração são processos dependentes de energia e não ocorrem eficientemente a 4ºC. 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.
Na penetração após endocitose, que ocorre a partir dos endossomos, são reduzidos os riscos de detecção pelo sistema imunológico, pois não deixa proteínas virais expostas na superfície celular e, o ambiente endossomal se acidifica gradativamente, o que auxilia na ativação dos mecanismos de fusão e penetração.
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 e aparecem como espessamentos da membrana plasmática, decorrentes do acúmulo de uma proteína denominada clatrina, envolvida em sistemas de transporte intracelular por vesículas.
Outros tipos de penetração:
-Endocitose mediada por caveolina: As caveolas são pequenas invaginações em forma de cantil, que são formadas na membrana plasmática de diversos tipos de células.
-Endocitose 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 (o termo raft denota as toras de madeira utilizadas na construção de jangadas). Esses microdomínios contêm proteínas específicas e participam de funções celulares, como o transporte de membrana, morfogênese e sinalização celular.
-Fagocitose
-Macropinocitose: A macropinocitose é um processo celular não específico (pode ocorrer na ausência de ligantes aos receptores) de internalização de volumes grandes de fluidos e de regiões de membrana.
-Translocação através da membrana plasmática: Esse é um mecanismo pouco conhecido, provavelmente raro entre os vírus de animais e parece ocorrer somente com os vírus sem envelope.
-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.
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.
3-Desnudamento
Envoltório proteico viral é removido por enzimas lisossomais, levando a liberação do ácido nucleico viral. Saída do genoma do interior do capsídeo ou a sua exposição para que a célula tenha acesso à sua informação genética (genoma). A estrutura viral some nessa etapa, apenas seu material genético segue adiante.
Essa etapa varia conforme o tipo de material genético viral. Se o genoma do vírus é DNA, esse desnudamento vai acontecer no núcleo ou próximo a ele, de modo que esse DNA possa ter acesso ao núcleo da célula hospedeira; se o genoma do vírus é RNA, esse genoma não precisa ir para o núcleo, ele é desdobrado no citoplasma.
O vírus de genoma DNA tira muito mais proveito do material bioquímico da célula que está dentro do núcleo do que o vírus RNA, porque a célula faz replicação de DNA no núcleo e o que esse vírus de genoma DNA quer é que seu genoma seja replicado, por isso tem o genoma indo para o núcleo. O vírus que tem genoma RNA não vai para o núcleo, porque a célula produz RNA no núcleo copiando informação de DNA e o que esse vírus de genoma RNA quer é um aparato bioquímico que permita qualquer formação já codificada em RNA.
4-Expressão gênica-Transcrição/Tradução
Transcrição
Síntese de m-RNA no núcleo/ citoplasma ou ambos, vírus usa mecanismos da célula infectada. A síntese de proteínas virais pela maquinaria celular é o evento central da multiplicação dos vírus. O genoma viral codifica diferentes proteínas que devem desempenhar pelo menos três funções básicas:
a) Assegurar a replicação do genoma; 
b) Subverter funções celulares em seu benefício 
c) Empacotar os genomas recém replicados em novas partículas víricas.
Tradução
O m-RNA sintetizado liga-se aos ribossomos, em seguida há síntese de proteinas virais que foram codificadas na etapa de transcrição. Tipos de proteínas virais:
→ Estruturais: Formam a partícula viral;
→ Não estruturais: Enzimas envolvidas na síntese de ácidos nucleicos (não incorporada à partícula viral).
Nesta etapa a célula infectada contendo o genoma do vírus não consegue mais se separar fisicamente do vírus e a célula começa a produzir proteínas virais, sendo essas representações de ribossomos com RNA mensageiro.
Alguns vírus são mais complexos que outros, têm maior quantidade de proteínas e tipos para serem produzidas e essa etapa de produção pode ser subdividida: Tradução precoce e Tradução tardia. Alguns vírus podem necessitar de vários tipos de proteínas sendo produzidas nas células e essas proteínas não precisam ser produzidas ao mesmo tempo, então tem produção de proteínas virais e a tradução de proteinas virais se dá escaladamente, sendo então algumas são produzidas mais precocemente, algumas são produzidas mais tardiamente ao longo do ciclo de replicação.
5-Replicação
Genoma viral dá origem a outros genomas. O mecanismo de replicação do genoma também apresenta diferenças entre as famílias, devido a peculiaridades de estrutura e organização genômica. Existem três esquemas de estratégias de replicação: 
•Estratégia de replicação do DNA celular: Existem vírus que utilizam essa mesma estratégia, mas como os genomas virais são diversificados, existem casos específicos que usam estratégias bastante diferentes da estratégia de replicação do DNA celular (o que se intensifica em genomas RNA).
Atenção que no caso dos genomas virais, é muito comum que tenha produção de uma molécula intermediaria de ácido nucléico que recebe o nome de intermediário replicativo (é uma molécula de ácido nucléico quenão é genoma dos vírus filhos, mas que é uma etapa necessária para produção do seu genoma). Vírus com genoma DNA precisam de DNA polimerase e vírus RNA necessitam de uma RNA polimerase para fazer a sua replicação. Se a célula não tem essas enzimas, o vírus precisa prover a célula com essa enzima. Até a sexta etapa estão sendo produzidos componentes virais que estão se acumulando dentro da célula, proteínas virais que envolvem esse genoma.
Os vírus das diversas famílias apresentam uma ampla diversidade estrutural, que vai desde partículas formadas pelo genoma e uma camada simples de proteínas até vírions altamente complexos. No entanto, 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:
a) Formação das unidades estruturais do capsídeo pela interação entre as respectivas proteínas;
b) Incorporação do genoma ao capsídeo pré-formado ou em formação; 
c) 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.
6-Morfogênese / maturação
Morfogênese ou reunião: É o processo de montagem das partículas víricas, que ocorre ao final do ciclo replicativo.
Maturação: É a aquisição da capacidade infectiva pelas partículas víricas recém-formadas, que ocorre prévia ou concomitantemente com o seu egresso da célula. Tipos de maturação:
1-Maturação intracelular (citoplasmática ou nuclear): Alguns vírus (principalmente os desprovidos de envelope) completam o processo de morfogênese das partículas (e a consequente 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.
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 através da membrana, incorporando o envoltório. Esse envoltório (envelope) é composto pela membrana lipídica dupla, contendo as glicoproteínas virais. O processo de aquisição do envelope é denominado brotamento porque o nucleocapsídeo literalmente brota do interior do RER.
7-Liberação ou egresso: Saída dos vírus de dentro da célula para o meio extracelular. Após sua liberação, pode se iniciar um novo ciclo.
Vírus envelopados saem por brotamento;
Vírus nus saem da célula causando lise da mesma.