Estrutura e replicação viral

Fabrício S. Camposcamposvet@gmail.com

Equipe de Virologia do ICBS / UFRGS

Agosto de 2015

1Fonte: http://www.google.com/imghp

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

Infectam todas as formas de vida

3Fonte: http://www.google.com/imghp

Nós comemos e

respiramos vírus

4Fonte: http://www.google.com/imghp

Nós carreamos genomas virais como

parte do nosso próprio genoma

5Fonte: http://www.google.com/imghp

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

Fonte: Lavialle et al., 2013

Infecção por

retrovírus

RNA viral

Pró-vírus integrado

Infecção de células

germinativas

Transmissão vertical

para os filhos

Transmissão

horizontal

7

• HSV‐1, HSV‐2, VZV, EBV, HCMV, HHV‐6, HHV‐7,

HHV‐8

• Permanecem no organismo por toda a vida

O quão infectados estamos?

8Fonte: Flint et al., 2009

Curvularia

Thermal

Tolerance

Virus

Vírus da

tolerância

termal da

Curvularia

Não

colonizada

Colonizada

Temperatura

55oC

Curvularia

protuberata

Todos os vírus causam danos?

9Fonte: Flint et al., 2009

10

Apesar dos riscos, a maioria

dos vírus são benéficos

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

Pétalas “anormais”

Quebras de cor

Não forma pigmento em

partes da flor

Tulip breaking virus (TBV)

11Fonte: http://www.google.com/imghp

Descoberto vírus gigante congelado

há mais de 30 mil anos na Sibéria

Pithovirus sibericumFonte: PNAS: Legendre, M. & Bartolia, J. et al., 2014

12

• 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

Objetivo da aula

13

A árvore da vida

14

• Onde estão vírus?

• Por que eles “não fazem” parte da árvore da

vida?

Fonte: Pepper et al., 2011

• Agente infeccioso não-celular com duas

características principais:

O que é um vírus?

15

Possui um ácido nucleico (DNA ou RNA)

envolto por uma capa proteica

E não pode se reproduzir sem o auxílio da

maquinaria celular

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

Capa

proteica

Bacteriófago

• Agentes infecciosos não-celular

• Não podem se reproduzir sem o auxílio da

maquinaria celular

Os vírus são vivos?

16

Então, os vírus NÃO são vivos

Por isto “não fazem” parte da árvore da

vida

Miosina Actina

Poliovírus

Ribossomos

Átomo de carbono

HIV-1

TMV

E. coli

Fago

100.000 X1.000.000 X

Os vírus são muito pequenos

17

18

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 infecciosa20

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

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 envelope22

Os capsídeos são metaestáveis

• Devem proteger o genoma (estável)

• E libera-lo rapidamente durante a infecção

viral (instável)

23

Nucleocapsídeo

• Simetria icosaédrica

Adenovirus

DNA, ñ envelopado

24

Nucleocapspídeo

• Simetria helicoidal

25

Nucleocapsídeo

• Simetria complexa

26

Envelope

• Derivado da membrana plasmática (bi-

camada 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

• Em virologia

– Todo o processo de

multiplicação viral

X

33

Objetivo da replicação

• Produzir progênie viral viável

• Consequências

– “Nenhuma” (TTV)

– Doença (Hepatites virais)

– Morte do hospedeiro (HIV)

34

12

3

4

5

6

7

Etapas da

replicação

1. Adsorção

2. Penetração

3. Desnudamento

4. Expressão gênica

(transcrição e tradução)

5. Replicação do genoma

6. Morfogênese /

maturação

7. Egresso/Liberação35

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. AdsorçãoTabela 2 – Receptores celulares e mecanismos de penetração dos principais

vírus DNA

Família Vírus Receptor viral Forma/local de Penetração

38

1. AdsorçãoTabela 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

41CCR4 e CXCR5

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 apenetração

• Exposição do genoma para transcrição /tradução

• Estar acessível as enzimas

• Vírus DNA: penetração do genoma nosporos nucleares

43

44

Estrutura dos genomas

• Os genomas virais de DNA ou RNA sãoestruturalmente diversos

– linear

– circular

– segmentado

– Fita única de polaridade (+)

– Fita única de polaridade (-)

– Fita dupla

– Fita dupla parcial

45

GENOMAS VIRAISClassificação de Baltimore (1975)

Vírus de DNA fd (±)

Pode ser usado

diretamente

Síntese da outra fita

Transcrição fita (-)

mRNA(sentido +)

Vírus RNA fs (+) Vírus RNA fs (-)

Transcrição

Vírus de DNA fs

Intermediário

de DNA fd

Retrovírus

RNA fs (+)

Transcrição

reversa

Vírus de

RNA fd (±)

Transcrição fita (-)

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

Transcrito

Traduzido

Transcrito

Replicado

• Genoma é copiado pela DNA polimerase hospedeiro (polioma,

papiloma)

• Alguns carregam DNA polimerase viral (Adeno, herpes)

48

Vírus DNA

Transcrito

Traduzido

Transcrito

Replicado

Replicação viral é sequencial

• 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

• 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”

RNA fita simples

Maioria

50

Replicado

Traduzido

Replicado

Coronavírus: SARS

Febre amarela, dengue, BDVD, Hepatite C

Febre aftosa, Rinovírus, Enterovírus

Encefalite equina, rubéola

51

Vírus RNA

Replicado

Traduzido

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

Replicado

Replicado

Traduzido

Vírus da raiva

Parainfluenza, Sarampo, hRSV,

Pneumo e Metapneumovirus

Influenzavírus

53

Vírus RNA

• 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

Replicado

Replicado

Replicado

Traduzido

54

Vírus RNA

• Única família: Retroviridae

• HIV e HTLV (vírus T-linfotrófico humano)

• Replicação no citoplasma e núcleo

• Carregam: RT, integrase, protease

provírus

Replicado ReplicadoTranscrito

Traduzido

Transcriptase

reversa

Vírus RNA

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

• Processo de aquisição do envelope

- Envelope é adquirido da membrana plasmática

- Liberação por exocitose com ou sem lise celular

58

7. Egresso

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

63Fonte: http://site.motifolio.com/images/The-formation-of-a-provirus-by-HIV-1021215.png

• Possuem vários tipos e subtipos

• Falta de conhecimento de detalhes do

método de replicação (HPV)

• Sem contato prévio (Ebola)

• Resistência viral

• Não existe um padrão de replicação

64

Por que é tão difícil combater os

vírus?

• Existem cerca de 1016 genomas de HIV no

planeta atualmente

• 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

66Fonte: http://www.google.com/imghp

Sugestões de leitura

67

• 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)

http://www.ufrgs.br/labvir/

Grato pela atenção!!!

68