Лекция 3
.pdf
ВИРУСОЛОГИЯ
Лекция № 3
Лекции для студентов III курса
Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова
НЕКОТОРЫЕ ФЕРМЕНТЫ ПОЛИМЕРАЗНОГО ТИПА
1. ДНК – |
ДНК ПОЛИМЕРАЗЫ |
|
|
|||||
|
РНК - ЗАТРАВКА |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ATGA АUGA |
5’ |
|
|
|
|
|
|
3’ |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
5’ |
|
|
|
|
3’ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
TACT TACT
2. ДНК – РНК ПОЛИМЕРАЗЫ: (± ДНК) |
(РНК) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.РНК-РНК ПОЛИМЕРАЗЫ |
(+) |
|
(-) |
(+) |
||
|
|
РЕПЛИКАЗЫ: |
(+) |
|
(±) |
(+) |
|
|
|
|
(-) |
(+) |
|
|
|
|
ТРАНСКРИПТАЗЫ: |
|
|
|
|||
|
|
|
|
(±) |
(+) |
|
|
|
4. РНК-ДНК ПОЛИМЕРАЗЫ (ОБРАТНЫЕ |
|
|
|
|||
|
|
ТРАНСКРИПТАЗЫ) |
|
|
|
|
77а |
27.02.2013
Общие схемы репликации вирусов
77
dsДНК
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
активное |
|
ДНК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
использование |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ферментативного |
|
транскрипция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
аппарата клетки |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
реплицируются в |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
трансляция |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ядре (исключение; |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
бактериофаги, |
|||||
ранние белки |
||||||||||||||
поксвирусы) |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
выражены стадии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
репликация |
|
|
|
|
|
|
|
|
инфекционного |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
процесса |
|
транскрипция, |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|||||||||||
трансляция |
|
|
|
|
|
|||||||||
поздние белки |
|
|
сборка |
|||||||||||
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вириона |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
78 |
|
1
ssДНК
ssДНК
репликация |
ds репликативная форма (РФ) |
|||
|
|
|
||
транскрипция |
|
|
|
|
|
РНК |
|
|
|
трансляция |
|
|
|
|
ранние белки |
|
|
|
|
|
ssДНК |
• |
ds репликативная |
|
РФ |
|
|
форма является |
|
|
|
матрицей для |
||
|
|
|
||
транскрипция, |
|
|
образования |
|
|
|
|
дочерних ss ДНК. |
|
трансляция |
|
|
|
|
поздние белки |
|
|
79 |
|
Ретровирусы (+) ssРНК |
||||
(+)РНК |
обратная |
Диплоидный геном |
||
|
транскриптаза |
|||
|
Ревертаза обладает |
|||
|
ревертаза |
|||
ssДНК |
|
|
активностями: |
|
|
• РНК-зависимой-ДНК- |
|||
|
|
|||
dsДНК |
|
|
полимеразы |
|
|
|
• |
ДНК-зависимой ДНК- |
|
интеграция в |
|
полимеразы |
||
• |
РНКазы Н |
|||
клеточный геном |
||||
• |
интегразы |
|||
|
|
|||
клеточная ДНК- |
(+)РНК |
|
|
|
|
|
|
||
зависимая-РНК- |
|
|
|
|
полимераза |
|
|
|
|
|
структурный белок |
80а |
||
|
|
|
||
|
|
|
27.02.2013 |
|
ssРНК |
(-)РНК |
|
(+)РНК |
|
||
|
|
+ |
|
|
|
|
(+)РНК |
(-)РНК |
структурный |
(-)РНК |
|
белок |
|
|
|
|
|
|
|
|
(+)РНК |
|
|
структурный |
|
РНК-зависимая- |
|
белок |
|
РНК-полимераза |
|
|
|
|
80 |
Ретроидные (Параретро ) вирусы - dsДНК. |
|||
|
(содержат обратную транскриптазу) |
|
|
РЕТРОИДНЫЕ ВИРУСЫ: |
|
|
(± ДНК) |
(+РНК) |
(± ДНК) |
РЕТРОВИРУСЫ: |
|
|
(+ РНК) |
( ± ДНК) |
(+ РНК) |
80b
2
(+) РНК-содержащие
ВИРУСЫ
Общие принципы репликации (+) РНК содержащих вирусов. 1.(+) (±)
(+)
|
+ |
|
ЗАРАЖЕНИЕ; |
|
|
|
РНК |
|
|
||
|
|
|
ВЫСВОБОЖДЕНИЕ |
|
|
|
|
|
РНК В КЛЕТКЕ |
|
|
5’ |
+ |
3’ |
ТРАНСЛЯЦИЯ |
+ |
|
|
|
РНК |
|||
|
|
|
|
||
|
_ |
|
РЕПЛИКАЗА |
|
|
|
|
|
ДОЧЕРНИЕ |
||
|
|
5’ |
|
РНК + |
|
|
|
РЕПЛИКАЗА |
СТРУКТУРНЫЕ |
||
5' |
|
3’ |
БЕЛКИ |
||
+ |
СИНТЕЗИРУЕТ |
||||
|
|
(СOЗРЕВАНИЕ |
|||
|
- |
|
(-) ЦЕПЬ ВИРУСНОЙ |
ДОЧЕРНИХ |
|
3’ |
5’ |
РНК (РФ). |
ВИРИОНОВ). |
||
|
|
5’ |
|
|
|
5’ |
|
3’ |
|
|
+CИНТЕЗ ДОЧЕРНИХ
(+) ЦЕПЕЙ НА МАТРИЦЕ
(-)ЦЕПИ РНК.
3’ |
|
|
- |
5’ |
|
|
ТРАНСЛЯЦИЯ |
|
5’ |
|
|
|
|||
5’ + |
+ |
|
+ |
|
|||
+ |
3’ |
|
ДОЧЕРНИХ (+)РНК; |
||||
|
|
5’ |
5’ |
|
+ |
|
ПРОДУКЦИЯ |
(РФ) |
|
|
БЕЛКОВ |
||||
|
|
||||||
|
|
|
+ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
+
3- 4
27.02.2013
Геномная РНК с позитивной полярностью
(+ РНК)
ЯДРО
ПРОТЕИН
вирус
+ РНК
(+ve) sense mRNA AAA
2
Репликация вирусных (+) РНК
5’ |
3’ |
5’ |
5’ |
(+) |
(+) |
(-) |
|
(-) (+) |
(+) |
(-) |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
* |
3’ |
* 3’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
Синтез |
|
|
|
|
|
* |
Синтез |
|
|
|
(-) РНК |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
или |
(-)РНК |
* |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
Синтез |
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
дочерних |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
(+) РНК |
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5’ |
|
5’ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Геномная РНК |
3’ |
5’ |
|
3’ |
3’ |
|||||
|
|
|||||||||
РФ |
|
|
|
РФ II |
|
|||||
(+ss РНК) |
|
РФ I |
|
|||||||
промежуточная
РФрепликативная форма. 5a(82)
3
РНК-содержащие бактериофаги
РНК-бактериофаги
Семейство: Leviviridae
27.02.2013
РНК-содержащие бактериофаги
•Семейство: Leviviridae
•Группа IV
•(+) ss РНК (3600-4200 нт)
•Род Levivirus (бактериофаг MS2) Род Allolevivirus ( бактериофаг Qβ)
6
РНК-бактериофаги
Семейство: Leviviridae
180 субъединиц белка оболочки (БО-CP) |
Группа IV |
|
|
|
|
||
1 молекула белка А |
|
|
|
РНК сильно структурирована |
7 |
8 |
|
4
РНК-бактериофаги
Семейство: Leviviridae
род Levivirus (бактериофаг MS2)
1 копия А-белка
+РНК 3569нт
белок А 38 кДа
белок оболочки (CP) 14,7 кДа белок лизиса (L)
РНК-зависимая РНК-полимераза ( RdRp - Реп) |
9 |
|
РНК-бактериофаги
бактериофаг MS2
14С |
БО |
|
|
|
|
|
A-белок= = |
|
|
РЕП |
Заражённая клетка |
|
|
|
|
|
L |
|
|
Здоровая клетка |
|
Направление ПААГ |
|
Синтез вирус-специфических продуктов при подавлении
синтеза клеточных белков.
11
27.02.2013
РНК-бактериофаги
бактериофаг MS2 Структура генома
|
|
L |
|
|
5’ |
A- БЕЛОК |
БО |
РЕПЛИКАЗА |
3’ |
10
РНК-бактериофаги
бактериофаг MS2
Исходно в фаговой РНК для рибосом доступен только ген белка оболочки, инициаторный кодон которого расположен на вершине шпильки.
12
5
РНК-бактериофаги
бактериофаг MS2
|
|
5’ A-белок. |
БО |
L |
РЕП |
3’ |
|||
|
|
|
І |
|
|
І |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A-БЕЛ |
. |
|
БО |
L |
РЕП |
|
|
5’ |
|
3’ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
І |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
ДЕНАТУРАЦИЯ |
РНК ФОРМАЛЬДЕГИДОМ |
|
|
||||
РИБОСОМА |
13 |
РНК-бактериофаги.
репликация бактериофага MS2
•БО обладает сродством к инициаторному участку гена РЕП, специфически связывается с ним и блокирует считывание гена рибосомой.
•Вскоре после начала инфекции трансляция гена РЕП оказывается подавленной.
•БО фага выполняет две функции: он является структурным белком и репрессором трансляции.
15
27.02.2013
РНК-бактериофаги.
репликация бактериофага MS2
Только ген БО доступен для рибосом |
|
|
|||||
|
|
A-белок |
. |
БО |
L |
|
|
|
5’ |
РЕП |
|
||||
|
3’ |
||||||
|
|
|
І |
|
|
|
|
|
|
|
|
І |
|
|
|
|
|
|
|
||||
ТРАНСЛЯЦИЯ ГЕНА БО «ОТКРЫВАЕТ»ГЕН РЕПЛИКАЗЫ.
|
|
|
|
|
|
A-бел. |
|
|
|
|
|
|
|
РИБОСОМЫ «ПЛАВЯТ» |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
5’ |
|
|
БО |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СВЯЗИ ПРИ ТРАНСЛЯЦИИ |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
І |
|
|
|
|
І |
ГЕНА БО. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3’ |
|
|
|
L |
РЕП |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
A-бел |
|
|
|
БО |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
5’ |
. |
||||||||||||||
|
|
|
|
3’ |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
І |
|
|
|
|
|
І |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RdRp |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
(РЕП) |
БО – белок оболочки |
14 |
|
РНК-бактериофаги.
репликация бактериофага MS2
|
5’ |
|
A-бел. |
|
БО |
L |
|
|
|
|
3’ |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
І |
|
|
|
|
І |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A-бел |
|
|
|
|
|
|
|
L |
РЕП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БО |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
5’ |
|
. |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
3’ |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
І |
|
|
|
|
І |
|
|
Репликаза |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
связывается с РНК, |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
репрессируя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
РЕП |
|
|
трансляцию. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
5’ |
|
|
A-бел |
. |
|
|
БО |
|
L |
3’ |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
І |
|
|
|
|
І |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Освобождение РНК от
рибосом
16
6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
27.02.2013 |
|
РНК-бактериофаги. |
|
РНК-бактериофаги. |
|
|
|
|
|||
|
репликация бактериофага MS2 |
репликация бактериофага MS2 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
L |
+ |
|
|
|
|
|
|
|
5’ |
A-бел. |
БО |
|
|
3’ |
||
|
|
|
І |
І |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Синтез (-) цепей на РФ 1 |
|
|
|
||
• Репликаза (RdRp-Реп) фага выполняет две |
5’ |
|
|
|
|
+ |
|
3’ |
||
|
|
|
_ |
_ |
|
|||||
|
функции: она является собственно репликазой и |
Смена матриц |
|
_ |
_ |
5 |
|
’ |
||
|
репрессором трансляции БО и Реп. |
|
|
|
5 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
• |
Репликаза убирает конкуренцию между |
Трансляция РНК |
|
_ |
|
|
5’ |
’ |
|
|
|
трансляцией и транскрипцией. |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
в составе РФ |
|
|
|
5 |
|
|
|
||
|
|
3’ |
|
|
|
|
|
|
5’ |
|
|
|
+ |
|
|
|
’ |
|
|
||
|
|
5’ |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
+ |
+ |
|
|
|
|
|
||
|
|
5’ |
|
+ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
5’ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Синтез (+) цепей на РФ 2 |
||||
|
|
16а |
Транскрипция и трансляция идет одновременно |
17 |
||||||
РНК-бактериофаги.
Последовательность Шайна-Дальгарно
репликация бактериофага MS2
ПЕРЕКРЫВАНИЕ РАМОК ТРАНСЛЯЦИИ; ГЕН ЛИЗИСА
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
|
|
5’ |
|
|
A- БЕЛОК |
|
БО |
|
|
РЕПЛИКАЗА |
|
3’ |
|
||
|
|
|||||||||||||
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ГЕН БО |
|
AUG........UAU·GUC...·UUU·UAG·UAA·C (n) |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
ГЕН ЛИЗИСА |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
AUG·UCU·UUU·AGU·AAC.......UAA (n+1) |
||||||||||
|
|
|
|
(L) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
17а |
18 |
7
РНК-бактериофаги.
Репликация бактериофага MS2. Сборка вирионов
•После накопления (+)РНК, БО и А-белка начинается образование дочерних частиц.
•Белок А образует комплекс с РНК фага.
•Вокруг РНК происходит формирование капсида из белка оболочки.
19
(+) РНК-содержащие вирусы эукариот
21
27.02.2013
РНК-бактериофаги
•У фага РНК-содержащих бактериофагов наблюдается четкая временная регуляция экспрессии генов.
•Определяющую роль играет вторичная структуры РНК.
•Процесс транскрипции сопряжен с процессом трансляции.
•БО – ингибитор трансляции гена РЕП
•РЕП – ингибитор трансляции гена БО и гена РЕП
20
Трансляция вирусных мРНК
в эукариотических клетках
5’ |
|
3’ |
mRNA |
|
AAAAAAAA |
|
моноцистронная мРНК
RIBOSOMES
PROTEIN
AAAAAAAA
полицистронная мРНК
Как можно обеспечить выражение 3’-концевых генов?
•Транскрибировать специальные РНК для трансляции вирусных белков ( субгеномные РНК – сг РНК);
•Транслировать большой белок – предшественник и разрезать его на меньшие протеины;
•Создать сайт внутренней посадки рибосомы;
21а
8
Трансляция вирусных мРНК |
|
|||
в эукариотических клетках |
|
|
||
mRNA |
AAAAAAAA |
|
||
RIBOSOMES |
|
|
|
|
PROTEIN |
|
|
|
|
|
|
+ РНК |
|
|
|
|
|
AAAAAAAA |
|
|
полицистронная мРНК |
|||
|
- РНК |
|
|
|
3’ |
сгP |
|
5’ |
|
м РНК |
(сг РНК) |
|||
5’ |
3’ |
|||
|
|
|||
|
|
|
ААААААА |
|
Образование |
|
|
|
|
субгеномных (сг) РНК |
|
|
|
|
|
ВИРУСНЫЙ БЕЛОК |
21b |
||
|
|
|
||
Трансляция вирусных мРНК |
|
|||
в эукариотических клетках
mRNA |
|
AAAAAAAA |
RIBOSOMES
PROTEIN
IRES
AAAAAAAA
ВИРУСНЫЕ
БЕЛКИ
Сайт внутренней посадки рибосомы
Internal ribosome entry site -IRES
21d
|
27.02.2013 |
Трансляция вирусных мРНК |
|
в эукариотических клетках |
|
mRNA |
AAAAAAAA |
RIBOSOMES |
|
PROTEIN |
|
|
AAAAAAAA |
БЕЛОК-ПРЕДШЕСТВЕННИК |
|
ВИРУСНЫЕ |
|
БЕЛКИ |
|
Трансляция белка - предшественника с последующим его |
|
разрезанием. |
21c |
(+) РНК-содержащие вирусы эукариот
21
9
Порядок Picornavirales Семейство Picornaviridae
Пикорнавирусы
17 родов, в том числе:
Aphthovirus
Avihepatovirus
Cardiovirus
Enterovirus
Hepatovirus
Kobuvirus
Parechovirus
Sapelovirus
Senecavirus
pico –маленький
Группа IV
rna - РНК
22
Семейство Picornaviridae,
проникновение в клетку
адсорбция
эндоцитоз
+РНК
изменение конформации
24
27.02.2013
Семейство Picornaviridae
Пикорнавирусы
•Икосаэдрический белковый капсид, липидной оболочки нет.
•d вириона ~ 30 нм
•+ ss РНК ( 72008500 нт),
•пентамеры (VP1)
viral protein - VP
• грани – гексамеры, (VP2 и VP3)
• VP4 – скрыт в глубине вириона.
23
Семейство Picornaviridae,
структура генома
•на 5’ -конце - VPg (репликация)
•на 3’ -конце - polyA (участвует в инициации трансляции)
•IRES - Internal Ribosome Entry Site
Viral protein genome -VPg |
25 |
10