Стратегия продукции вирусных иРнк, используемая 24 семействами вирусов, инфицирующих людей и животных

Частично двухниточные днк

Hepadnaviridae

ДНК/ДНК Тр

Однониточные ДНК

Parvo-, Circoviridae

ДНК/ДНК Тр

Двухниточная +РНК

Retroviridae

РНК/ДНК Тр

Двухниточная ДНК

Pox-, Herpes-, Adeno-, Papilloma, Polioma-, Iridoviridae

ДНК/РНК Тр

иРНК

Однониточная «-»–рнк

Paramyxo-, Orthomyxo, Bunya-, Filo-, Arena-, Rhabdoviridae

РНК/РНК Тр

Однониточная

«+»-РНК

Calici-, Picorna-, Toga-, Flavi-, Corona-, Astro-, Arteriviridae

Двухниточная “-”-РНК

Reo-, Birnaviridae

РНК/РНК Тр

Трансляция вирусных белков

Примечание. ДНК/ДНК Тр – ДНК-зависимая ДНК-полимераза (транскриптаза); ДНК/РНК Тр – ДНК-зависимая РНК-полимераза; РНК/ДНК Тр – РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза); РНК/РНК Тр – РНК-зависимая РНК-полимераза.

Транскрипция ДНК-вирусов является самостоятельным этапом репродуктивного цикла. Транскрипция происходит преимущественно в ядре клетки при участии клеточных ДНК-зависимых РНК-полимераз/транскриптаз. У гепадна- и папилломавирусов в транскрипции, наряду с клеточными, участвуют и вирусные ферменты. Исключение составляют поксвирусы, транскрипция которых происходит в цитоплазме клетки при участии вирусной ДНК-зависимой РНК-полимеразы. Конечным продуктом транскрипции ДНК-вирусов являются полноразмерные иРНК, комплементарные вирусным геномам.

У вирусов с однониточной «+»-РНК транскрипция отсутствует. Это обусловлено тем, что однониточные «+»-РНК сами выполняют функции иРНК, обладая способностью непосредственно связываться с клеточными рибосомами.

Транскрипция вирусов с двухниточной «+»-РНК (ретровирусы) происходит в ядре клетки и складывается из 3 этапов. Первый этап – обратная транскрипция – осуществляется вирусным ферментом РНК-зависимой ДНК-полимеразой (обратная транскриптаза, ревертаза) с целью образования ДНК-копии геномной РНК. Второй этап – интеграция - встраивание вирусной ДНК-копии в ДНК клетки-хозяина под воздействием вирусной интегразы. Третий этап – прямая транскрипция – выполняется клеточным ферментом ДНК-зависимой РНК-полимеразой.

Транскрипция вирусов с «-»-РНК-геномом происходит преимущественно в цитоплазме клетки-хозяина с участием вирусных РНК-зависимых РНК-полимераз, которые на матрице вирусных «-»-РНК образуют комплементарные «+»-РНК-копии. У ортомиксо- и реовирусов, имеющих сегментированный геном, образуется несколько иРНК, каждая из которых является копией одного геномного сегмента. У вирусов с несегментированным геномом образуются полноразмерные иРНК.

Особенности транскрипции вирусных геномов: 1. Определенная последовательность списывания генетической информации. Сначала транскрибируются ранние гены, кодирующие функциональные белки (ингибиторы синтеза клеточных РНК и белков, протеазы, ферменты вирусной транскрипции и репликации). Транскрипция поздних генов происходит после репликации вирусного генома. 2. Множественность рамок считывания генетической информации. Это позволяет передать значительно больше информации при экономии генетического материала. Транскрипция с нескольких рамок считывания может происходить одновременно как в одном, так и во взаимно противоположных направлениях. 3. Высокая интенсивность транскрипционных процессов. Это значительно увеличивает образование вирусных продуктов в единицу времени и ускоряет репродукцию вирусов.

Трансляция. Перевод последовательностей кодонов вирусного генома в специфическую последовательность аминокислот синтезируемого белка становится возможным только при наличии вирусной иРНК. Вирусная иРНК является позитивной («+»-РНК), поскольку на 5’-конце имеет «кэп» (сар) - участок кодонов, посредством которого происходит связывание иРНК с рибосомами клетки-хозяина. Как и у всех живых организмов, трансляция вирусных белков складывается из 3 этапов: 1) инициации, 2) элонгации, 3) терминации. При инициации происходит образование инициаторного комплекса, состоящего из вирусной иРНК, клеточной рибосомы, транспортной РНК с инициаторной аминокислотой, а также нескольких молекул инициаторных белков и ГТФ.

Трансляция начинается после достижения рибосомой инициирующего кодонов АУГ или ГУГ, кодирующих метионин. В процессе элонгации происходит присоединение к инициаторной аминокислоте других аминокислот в соответствии с генетическим кодом вирусной иРНК. Терминация трансляции происходит при достижении рибосомой терминирующего кодона иРНК, что сопровождается отделением белковой полипептидной цепи. На одной иРНК трансляцию могут осуществлять от 3-4 до 60 рибосом. Такие трансляционные комплексы называются полисомами. При трансляции коротких моноцистронных вирусных иРНК, являющихся копиями одного гена, образуются зрелые вирусные белки, которые лишь незначительно изменяются после синтеза. При трансляции полицистронных вирусных иРНК образуется гигантская молекула белка, состоящая из нескольких вирусных белков. Посредством клеточных и вирусных протеаз полипептид нарезается в специфических участках на отдельные зрелые белки. Вновь образовавшиеся вирусные белки подвергаются посттрансляционным модификациям, ведущим к активации вирусных белков. К ним относятся дополнительное протеолитическое нарезание и ковалентные модификации (гликозилирование, метилирование, фософрилирование, ацилирование и др.). Часть ковалентных модификаций являются обратимыми, что играет регуляторную роль в транскрипции, трансляции и прочих процессах жизнедеятельности клетки-хозяина и вируса. Трансляция вирусных белков происходит в цитоплазме клетки-хозяина преимущественно на шероховатой эндоплазматической сети.

Репликация. Образование точных копий родительских геномов у ДНК- и РНК-вирусов происходит различно. Репликацию вирусных ДНК осуществляют клеточные ДНК-зависимые ДНК-полимеразы (репликазы). В репликации вирусных РНК участвуют вирусоспецифические репликазы.

Репликация двухниточных линейных и двухниточных кольцевых вирусных ДНК сходна с механизмом репликации клеточной ДНК. Репликация происходит на расплетенных участках ДНК, идет одновременно на обеих нитях и в одном направлении, от 5’- конца к 3’-концу. Каждая вновь синтезированная молекула ДНК состоит из одной родительской и одной вновь синтезированной нити. Репликация двухниточных линейных и двухниточных кольцевых ДНК-геномов идет по схеме:

1 вирусная ДНК

Клеточная ДНК-зависимая ДНК-полимераза

2 вирусных ДНК

Репликация однониточных ДНК происходит с образованием промежуточной двухниточной ДНК, достроенные нити являются матрицей для образования дочерних однониточных ДНК. Репликация однониточных ДНК идет по схеме:

1 однониточная ДНК

Клеточная ДНК-зависимая ДНК-полимераза

Клеточная ДНК-зависимая ДНК-полимераза

1 двухниточная ДНК

Клеточная ДНК-рестриктаза

1 антигеномная ДНК

Репликация однониточных «+»-РНК и «-»-РНК происходит по схемам:

А) Однониточные «+»-РНК:

1 однониточная «+»-РНК

Вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза

Вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза

1 однониточная «-»-РНК

Б) Однониточные «-»-РНК.

1 однониточная «-»-РНК

Вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза

Вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза

1 однониточная «+»-РНК

Репликация двухниточных РНК происходит по схеме:

1 двухниточная РНК

Вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза

2 двухниточные РНК

В качестве матрицы для синтеза «-»-РНК вирусные репликазы используют «+»-нить РНК и наоборот.

Репликация двухниточных «+»-РНК ретровирусов представляет исключение и осуществляется по схеме: