4.3.3 Репликация генома вирусов

Репликация вирусных ДНК. Репликация генома ДНК-содержащих вирусов в основном катализируется клеточными фрагмен­тами, и механизм ее сходен с механизмом репликации клеточ­ной ДНК. Поскольку типы и формы вирусных нуклеиновых кислот весьма разнообразны, то механиз­мы их репликации тоже различны.

Синтез вирусных ДНК осуществляется с помощью ДНК-полимераз, источники которых могут быть различны. Благодаря учас­тию этого фермента из нуклеотидов клетки синтезируется и строится вторая комплементарная нить ДНК, в результате чего образуются новые двуспиральные молекулы ДНК.

Репликация одноцепочечных вирусных ДНК. Одноцепочечные вирусные ДНК синтезируются по принципу комплементарности с образованием промежуточной репликативной формы. В составе вирионов в качестве структурного компонента имеется ДНК-зависимая ДНК-полимераза. С помощью этого фермента по принципу комплементарности на вирус­ной односпиральной ДНК (плюс-нити) образуется одна комп­лементарная ей минус-нить. В дальнейшем на этой двуспираль­ной структуре синтезируются дочерние плюс-нити (матрицей для них являются минус-нити).

Репликация односпиральных вирусных РНК. Репликация вирусных РНК осуще­ствляется без непосредственного участия клеточных ДНК.

Одноцепочечные инфекционные РНК вирусов содержат в себе всю генетическую информацию, необходимую для синтеза вирусспецифических белков, и являются, таким образом, информационными (иРНК) с матричными функция­ми. После проникновения этих вирусов в клетку их инфекцион­ные РНК поступают непосредственно в рибосомы и индуциру­ют синтез вирусных белков, в том числе РНК-репликазы, ката­лизирующей репликацию самих вирусных РНК.

У односпиральных молекул РНК с кодирующими и матрич­ными функциями (плюс-РНК) процесс репликации происходит таким образом, что на исходной вирусной молекуле РНК (на плюс-нити) с участием фермента РНК-репликазы синтезируется вторая комплементарная минус-нить РНК, в результате чего образуется двуспиральная репликативная форма РНК. Многочисленные плюс-нити вирусных инфекционных РНК войдут затем в новые частицы вирусного потомства.

Минус-нити образуются на ранней стадии инфекции, и мак­симальный уровень их синтеза предшествует появлению плюс-нитей. Минус-нити, синтезированные вирионной РНК-транскриптазой на ранней стадии инфекции, являются иРНК.

Синтез РНК может осуществляться по одному из двух ме­ханизмов: 1) консервативному, при котором полинуклеотидные цепи, входящие в состав Репликативной Формы РНК, консервиру­ются и не переходят в односпиральную форму. Этот способ синтеза аналогичен способу синтеза односпиральных клеточных РНК на двуспиральной матрице ДНК; 2) образование плюс-ни­тей может происходить асимметрическим полуконсервативным путем, когда вновь строящаяся плюс-нить вытесняет ранее синтезированную плюс-нить из Репликативных Форм РНК.

Конечным продуктом синтеза в обоих случаях является односпиральная вирусная РНК.

РНК-транскриптаза и РНК-полимераза обнаружены в клет­ках, зараженных вирусом пикорнавирусами. Одна из них осу­ществляет синтез двуспиральной РНК, а другая продуцирует односпиральную плюс-РНК.

Репликация односпиральных вирусных РНК с негативным геномом. Имеется обширная группа односпиральных РНК-содержащих вирусов (пара- рабдо- и орто-миксовирусы), которые содержат негативный (неинфекцион­ный) геном. По составу, локализации, функции и особенностям биосинтеза белков вирусы этой группы весьма сходны. У них единая стратегия экспрессии генов. РНК их (минус-нить) не транслируется в рибосомах. Функции иРНК у этих вирусов выполняют плюс-нити, комплементарные геномным. В составе вирусов с негативным геномом нет вирусспецифичес-кого фермента типа РНК-репликазы, но содержится РНК-зависимая РНК-полимераза. Последняя синтезирует на минус-нити РНК комплементарные плюс-нити иРНК.

Таким образом, у каждой из перечисленных групп вирусов в механизме репликации их РНК имеются свои особенности, касающиеся количества молекул минус-РНК в геноме вирусов, порядка трансляции генов, локализации формирования вирус­ных нуклеокапсидов и вирусных частиц в клетке, роли в этих процессах клеточных мембран.

Репликация двуспиральных вирусных РНК. Двуспиральные РНК содержат реовирусы, вирусы ране­вых опухолей растений. В составе вириона содержится РНК-зависимая РНК-полимераза. Репликация происходит следующим образом: на минус-нити геномной двуспиральной РНК синтези­руется односпиральная плюс-нить, которая содержит сайт свя­зывания с рибосомой и сайт связывания с РНК-зависимой РНК-полимеразой, кодируемой вирусным геномом. Эти односпиральные (плюс-нитей) РНК служит вначале матрицей для синтеза вирусных белков, в том числе и упомянутой полимеразы. После синтеза последней она связывается с этими же плюс-нитевыми РНК и синтезирует на их матрице минус-нить РНК.

Вирусные двуспиральные РНК не могут поступать в рибо­сомы непосредственно. Заключенная в них генетическая инфор­мация может передаваться на рибосомы опосредованно, т. е. через односпиральные иРНК, поскольку в клетке нет вирусспецифического фермента, который синтезировал бы односпираль­ную иРНК на матрице двуспиральной вирусной РНК, а также нет фермента, который катализировал бы репликацию самой двуспиральной вирусной РНК. Фермент, синтезирующий односпиральную иРНК на матрице двуспиральной вирусной РНК, — РНК-транскриптаза - находится в самих вирионах. Роль РНК-транскриптазы сводится к переписыванию генетиче­ской информации с двуспиральных вирусных РНК на односпи­ральные иРНК.

Репликация онкорнавирусов. Сведения о меха­низме репродукции онкорнавирусов получены на модели виру­са саркомы Рауса. Процесс репликации онкорнавирусов со­пряжен с синтезом ДНК.

Для осуществления синтеза ДНК на матрице РНК необхо­димо наличие в зараженных клетках специфического фермен­та — РНК-зависимой ДНК-прлимеразы (обратной транскриптазы), который содержится в составе вирионов. Кроме того, в составе вирионов обнаружена ДНК-зависимая ДНК-полимераза, которая осуществляет синтез ДНК на матрице ДНК.

Общая схема репродукции онкорнавирусов представляется в следующем виде.

Образование вирусспецифической ДНК начинается на ви­русной РНК, причем синтез осуществляется при помощи фер­мента РНК-зависимой ДНК-полимеразы. В результате образу­ется гибридная двуспиральная молекула, одна нить которой РНК, вторая—ДНК. Далее, происходит избиратель­ное отщепление нити РНК-гибридной молекулы при помощи фермента рибонуклеазы Н.

На односпиральной молекуле ДНК, оставшейся после раз­рушения РНК, синтезируется комплементарная нить ДНК, в результате чего образуется двуспиральная ДНК. Эта реакция осуществляется той же полимеразой, которая принимает учас­тие в образовании первой нити ДНК. Затем двуспиральная ДНК встраивается в клеточную хромосому, при помощи различных ферментов.

Вирусспецифическая ДНК, встроенная в клеточный геном, транскрибируется с образованием вирусной РНК, которая вначале выполняет функции иРНК, направляя синтез вируспецифических белков, а затем соединяется с ними и, формируя новое поколение вирионов. На этом цикл репродукции онкорнавиру­сов завершается.