Реплікація, транскрипція для РНК-вмісних вірусів та вірусів з амбісенсовим геномом

Содержание

Слайд 2

Родини длРНК вірусів Reoviridae – велика родина, мають 10-12 сегменів, інфікує

Родини длРНК вірусів

Reoviridae – велика родина, мають 10-12 сегменів, інфікує хребетних,

безхребетних, рослини і гриби
Partitiviridae – 2 або 3 сегменти, генетично прості віруси, інфікує рослини і гриби
Chrysoviridae – 4 сегменти, інфікує гриби
Totiviridae – 1 або 2 сегменти, інфікує гриби і нижчих евкаріот
Cystoviridae – 3 сегменти, віріони з суперкапсидом, інфікують бактерії
Birnaviridae – 2 або 3 сгменти, інфікують хребетних, безхребетних.
Слайд 3

Family Reoviridae

Family Reoviridae

Слайд 4

Геном Reovirus 10-12 сегментів dsRNA Пакується 1 копія в віріон Загальний

Геном Reovirus

10-12 сегментів dsRNA
Пакується 1 копія в віріон
Загальний розмір геному

22-28 kb (0.8-4.5 kb кожен сегмент)
Транскрипти представляють повнорозмірну геномну mRNAs
Більшість геномів моноцистронні, тільки в деяких вірусів геноми бі – або трицистронні
Сегменти геномів можуть реасорувати між подібними штамами і видами вірусу
Мають короткі 5’ та 3’ кінцеві некодуючі регіони
Слайд 5

Консервативні кінцеві послідовності сегментів геномів роду Оrbivirus (+ ланцюг) BTV5 5-GUUAAA............................ACUUAC-3

Консервативні кінцеві послідовності сегментів геномів роду Оrbivirus (+ ланцюг)

BTV5 5-GUUAAA............................ACUUAC-3
EHDV

5 -GUUAAA..........................A/GCUUAC-3
AHSV 5 -UUA/UAA/U.....................ACA/UUAC-3
GIV(BRDV) 5 -GUAAAA........................AA/GGAUAC-3
PALV(CHUV) 5 -GUA/UAAA.......................A/GCUUAC-3
Слайд 6

Модифіковано за Flint et al., Principles of Virology 2nd Ed., ASM

Модифіковано за Flint et al., Principles of Virology 2nd Ed., ASM

Press

Структура і організація геному Mammalian orthoreovirus 3

Virion

Infectious subviral particle (ISVP)

Core

Electron micrograph

RdRp

Methyltransferase,
guanylyltransferase

Helicase

NTPase

Core

Core turret

Core

Core

Outer capsid

Non-struct.

Non-struct.

Outer capsid

Core

Outer capsid

Membrane penetration

Attachment

Assembly?

Subcellular localization

One copy of each dsRNA per particle

Слайд 7

Structural and nonstructural proteins encoded by Mammalian reovirus 1

Structural and nonstructural proteins
encoded by Mammalian reovirus 1

Слайд 8

Модифіковано за Alan Cann by BIH dsRNA 1 dsRNA 2 dsRNA

Модифіковано за Alan Cann by BIH

dsRNA 1

dsRNA 2

dsRNA 3

dsRNA 4

dsRNA 5

dsRNA

6

dsRNA 7

dsRNA 8

dsRNA 9

dsRNA 10

Reoviruses містять тільки по одному сегменту кожного з 10-12 сегментів dsRNA, які визначають повний вірусний геном, енкапсидований в єдиній складній вірусній частці, що складається з 6-8 протеїнів

Слайд 9

mRNAs, ймовірно, переписуються в комплексах транскрипції в кожному з 12 незалежних

mRNAs, ймовірно, переписуються в комплексах транскрипції в кожному з 12 незалежних

фрагментів двадцятигранника

Модифіковано за Alan Cann by BIH

Слайд 10

Кепування та метилювання mRNAs при транскрипції відбувається в корі реовірусної часточки

Кепування та метилювання mRNAs при транскрипції відбувається в корі реовірусної часточки

Модифіковано

за Alan Cann by BIH
Слайд 11

Транскрипція/Реплікація: RNA транскрибується консервативно: Використовується тільки (‑)смисловий ланцюг; В результаті синтезується

Транскрипція/Реплікація:

RNA транскрибується консервативно:
Використовується тільки (‑)смисловий ланцюг;
В результаті синтезується (+)смислова

mRNAs,
Кепувапння відбувається в корі;
mRNAs не поліаденілюється;
5 ферментних активностей задіяно (присутньо) в реовірусних частках для реалізації процесу
не обов'язково це окремі пептиди
Слайд 12

RNA реплікація Геном реплікується в цитоплазмі за консервативним механізмом Виробляється надлишок


RNA реплікація
Геном реплікується в цитоплазмі за консервативним механізмом
Виробляється надлишок (+)

сенсових ланцюгів, які виступають як
А) пізні mRNA
Б) матриці для синтезу (‑)сенсових ланцюгів
кожен (‑) ланцюг слугує матрицею для синтезу багатьох (+) ланцюгів, а не виключно один‑для‑одного, як у напів‑консервативному копіюванні
Слайд 13

Reovirus: dsRNA Virus Strategy Субвірусні часточки в цитоплазмамі є місцями синтезу

Reovirus: dsRNA Virus Strategy

Субвірусні часточки в цитоплазмамі є місцями синтезу мRNA


мРНК витісняється в цитоплазму через канали в вершинах вісі симетрії 5 порядку

Трансляція мРНК в цитоплазмі

Упаковка в нових субвірусних частках: +РНК - матриці для синтезу нових dsRNAs

‘core’

Слайд 14

Totiviridae віруси - “killer” фунгі Members of the family Totiviridae Не

Totiviridae віруси - “killer” фунгі

Members of the family Totiviridae
Не викликає інфекції

в заражених клітинах
Може включати 1 (non-killer) або 2 (killer) сегменти dsRNA, в різних віріонах
Сегмент 1 (L або сегмент L-A) містить інформацію, потрібну для копіювання і упаковки; може лише копіюватися.
Сегмент 2 (М., М.1, М.2, т.п.), при умові присутності містить ген для yeast-specific токсину і ген імунності до цього токсину; потребує сегменту 1 для копіювання і упаковки
Слайд 15

Figure 2 Genome organization of Saccharomyces cerevisiae virus L-A (ScV-L-A). The

Figure 2 Genome organization of Saccharomyces cerevisiae virus L-A (ScV-L-A). The

virion-associated RNA polymerase catalyzes in vitro end-to-end transcription of dsRNA by a conservative mechanism to produce mRNA for capsid proteins. In the case of ScV-L-A, all of the positive strand transcripts are extruded from the particles. The positive strand of satellite RNA M1, or deletion mutants of L-A or M1, on the other hand, often remain within the particle where they are replicated to give two or more dsRNA molecules per particle (headful replication). The positive ssRNA of ScV-L-A is the species encapsidated to form progeny virus particles. The encapsidation signal on ScV-L-A or M1 positive sense ssRNA is a 24 b stem-loop sequence located 400  nts from the 3  -end in each case. The Gag protein must be acetylated (by the cellular Mak3p) for assembly and packaging to proceed. These particles have a replicase activity that synthesizes the negative strand on the positive strand template to produce dsRNA, thus completing the replication cycle. Replication requires an internal site overlapping with the packaging signal, and a specific 3  -end sequence and secondary/tertiary structure. Virions accumulate in the cytoplasm.

Totiviridae

Слайд 16

Рослинні Reoviruses Три головних роди відрізняються 5’ і 3’ кінцевими ділянками

Рослинні Reoviruses

Три головних роди відрізняються 5’ і 3’ кінцевими ділянками

и і в кодованих протеїнах. Мають 10 або 12 dsRNAs.

Fiji Disease Virus Tumor

Філогенетичне дерево PhytoReovirus

Індукують пухлини, що з'являються як анормальний розвиток флоеми
Передаються цикадами
Віруси розмножуються в вектроах

Слайд 17

Ambisense genomes



Ambisense genomes

Слайд 18

Організація геному ВПЗТ

Організація геному ВПЗТ


Слайд 19



Слайд 20

Подібності реплікативного процесу у (+) РНК вірусів, длРНК вірусів і зворотньо-транскрибуючих вірусів

Подібності реплікативного процесу у (+) РНК вірусів, длРНК вірусів і зворотньо-транскрибуючих вірусів

Слайд 21

7 класів вірусів за стратегією реплікації геному та енкапсидації

7 класів вірусів за стратегією реплікації геному та енкапсидації

Слайд 22

Слайд 23

Фундаментальні зв'язки між класами Виявлено паралелі у процесі реплікації геному між:

Фундаментальні зв'язки між класами

Виявлено паралелі у процесі реплікації геному між:
1) (+)

РНК вірусів,
2) длРНК вірусів,
3) зворотньо-транскрибуючих вірусів

Внутрішньоклітинні РНК-реплікуючі комплекси
деяких (+) РНК вірусів подібні до таких у длРНК і зворотньо-транскрибуючих вірусів.

Слайд 24

Паралелі між (+) РНК вірусами і ретровірусами: роль тРНК-послідовностей в ініціації

Паралелі між (+) РНК вірусами і ретровірусами: роль тРНК-послідовностей в ініціації

синтезу (-) ланцюга

Ініціація реплікації РНК

Ініціація зворотньої транскрипції

Клітинна т-РНК ковалентно праймує синтез (-) кДНК

Вірусний тРНК-подібний елемент слугує сайтом розпізнавання і зразком для синтезу (-) РНК de novo, без праймеру

Слайд 25

Паралелі між (+) РНК вірусами і ретровірусами: комплекси реплікації РНК та

Паралелі між (+) РНК вірусами і ретровірусами: комплекси реплікації РНК та

капсиди

Реплікація (+) РНК вірусів відбувається у внутрішньоклітинних мембранах (мітохондрії, ЕР, ендосоми, хлоропласти) і тісно пов'язана з перебудовами мембран: інвагінаціями, везикулами, сферулами та ін.

Не відбувається пакування полімераз у віріони

Слайд 26

Паралелі між (+) РНК вірусами і ретровірусами: формування сферул та капсидів

Паралелі між (+) РНК вірусами і ретровірусами: формування сферул та капсидів

(brome

mosaic virus)

1а – мультифункціональний протеїн:
1) за відсутності інших вірусних факторів розташовується на мембрані ЕР, індукує інвагінацію, рекрутує 2а pol до мембран ЕР,
2) індукує перехід геномних РНК у новий мембраноасоційований, стійкий до нуклеаз стан.

RE = RNA1,2,3

Слайд 27

Регуляція Pol у ретровірусів та (+) РНК вірусів Gag/Gag-Pol = 20

Регуляція Pol у ретровірусів та (+) РНК вірусів

Gag/Gag-Pol = 20
Зменшення співвідношення

інгібує збірку віріону ретровіруса, його вихід

Трансляційний зсув рамки зчитування або трансляційна ‘readthrough’ подія

Як з протеїнами Gag і Pol, збільшена експресія злитих протеїнів, що містять полімеразу, інгібує реплікацію тобамовірусів та альфавірусів

Слайд 28

Паралелі між длРНК вірусами і (+) РНК вірусами: фактори реплікації

Паралелі між длРНК вірусами і (+) РНК вірусами: фактори реплікації

Слайд 29

Паралелі між (+) РНК вірусами і длРНК вірусами:

Паралелі між (+) РНК вірусами і длРНК вірусами:

Слайд 30

Слайд 31

НЕКАНОНІЧНІ ВІРУСИ

НЕКАНОНІЧНІ ВІРУСИ


Слайд 32

Сателіти Геном приблизно 500-2000 нуклеотидів з одноланцюгової РНК Геном сателіту не

Сателіти

Геном приблизно 500-2000 нуклеотидів з одноланцюгової РНК
Геном сателіту не схожий за

своїми нуклеотидними послідовностями з вірусом-помічником
Реплікація сателіту інтерферує з реплікацією віруса-помічника (не як у дефектних вірусів)
Сателіти реплікуються в цитоплазмі клітини з використанням РЗРП
Приклади сателітів:
Barley yellow dwarf virus satellite RNA: Helper - Luteovirus
Tobacco ringspot virus satellite RNA: Helper - Nepovirus
Subterranean clover mottle virus satellite RNA: Helper - Sobemovirus
Слайд 33

Вірус гепатиту дельта (HDV) Вірус гепатиту дельта – унікальна молекула РНК,,

Вірус гепатиту дельта (HDV)

Вірус гепатиту дельта – унікальна молекула РНК,,

яка схожа на віроїд, однак кодує власний білок ( дельа- антиген) і схожа за трансмісією на сателіт
Вірус гепатиту дельта викликає хворобу у людей
Вірус гепатиту дельта використовує вірус гепатиту В як помічник .
Інфекційна часточка (віріон) вірусу гепатиту дельта складається з структурного білку вірусу гепатиту В і геномної РНК вірусу гепатиту дельта, яка за структурою і конфігурацієюсхожа з віроїдами
Слайд 34

Геном вірусу гепатиту дельта (HDV) Віроїдоподібний регіон Білок-кодуючий регіон (δ - антиген)

Геном вірусу гепатиту дельта (HDV)

Віроїдоподібний
регіон

Білок-кодуючий регіон (δ - антиген)

Слайд 35

Віріони HBV та HDV

Віріони HBV та HDV


Слайд 36

Віроїди

Віроїди

Слайд 37

Віроїди Дуже малі, ковалентно замкнені, кільцеві РНК молекули, здатні до автономної

Віроїди

Дуже малі, ковалентно замкнені, кільцеві РНК молекули, здатні до автономної реплікації

(не потребують віруса-хелпера) та ідукувати захворювання
Розмір геному 246-399 нуклеотидів
Не кодують жодного білка
Використовують полімеразу хазяїна для реплікації
Зараження найчастіше через механічне пошкодження та через насіння
Відомо більше 40 видів віроїдів з багатьма варіантами
Патогени рослин
Слайд 38

Відкриття Перший виявлений віроїд Potato spindle tuber viroid (PSTVd) 1967 Dr. Ted Diener

Відкриття

Перший виявлений віроїд
Potato spindle tuber viroid (PSTVd)
1967 Dr. Ted Diener

Слайд 39

Potato spindle tuber viroid (PSTVd)

Potato spindle tuber viroid (PSTVd)

Слайд 40

Avsunviroidae та Pospiviroidae

Avsunviroidae та Pospiviroidae

Слайд 41

Структура віроїдів

Структура віроїдів

Слайд 42

Структура віроїдів

Структура віроїдів

Слайд 43

Реплікація віроїда В ядрі (PSTVd) або хлоропласті (ASBVd) В хлоропласті розрізання

Реплікація віроїда

В ядрі (PSTVd) або хлоропласті (ASBVd)
В хлоропласті розрізання рибозимопосередковане, у

ядрі - ферментом хазяїна
ДНК-залежна-РНК-полімераза хазяїна працює на + та – послідовностях РНК
Слайд 44

Локалізація +ланцюг віроїдів локалізується і в ядерці, і в нуклеоплазмі -ланцюг – тільки у нуклеоплазмі

Локалізація

+ланцюг віроїдів локалізується і в ядерці, і в нуклеоплазмі
-ланцюг –

тільки у нуклеоплазмі
Слайд 45

Переміщення віроїда для проникнення в крізь ядерну пору зв’язується з білком VirP1 Через плазмодесми Через флоему

Переміщення віроїда

для проникнення в крізь ядерну пору зв’язується з білком VirP1
Через

плазмодесми
Через флоему
Слайд 46

Основні питання Які молекулярні сигнали примушують РНК-полімеразу хазяїна сприймати віроїд як

Основні питання

Які молекулярні сигнали примушують РНК-полімеразу хазяїна сприймати віроїд як матрицю

для побудови комплементарного ланцюга?
Що є причиною виникнення хвороби за відсутності віроїд-специфічних білків?
Чим визначається коло господарів і чи обмежується воно рослинами?
Слайд 47

Організація геному 5 доменів: термінальні петлі Tr і Тl, патогенності (Р),

Організація геному

5 доменів: термінальні петлі Tr і Тl, патогенності (Р), центральний

з консервативною ділянкою (С), варіабельний (V).
Інші структурно-функціональні ділянки: повтори, що беруть участь в утворенні шпильок I-III, GC-boxes ( РНК-полімераза), RY-boxes ( VirP1), TCR, УФ-чутлива петля Е
Слайд 48

Реплікація віроїду реплікація за механізмом кільця, що котиться сайт ініціації –

Реплікація віроїду

реплікація за механізмом кільця, що котиться
сайт ініціації – U359 або

C1 у Тl, GC-boxes
Слайд 49

-РНК локалізуються у нуклеоплазмі, де, очевидно, відбувається транскрипція, у той час

-РНК локалізуються у нуклеоплазмі, де, очевидно, відбувається транскрипція, у той час

як +РНК розподілені між нуклеоплазмою та ядерцем.
Реплікація PTSVd супроводжується появою siRNA (21-24 н), які переважно є дериватами +РНК, майже не представляють ділянок Р-домену. Інтерференція РНК має незначний вплив на реплікацію та накопичення віроїдів у протопласті.
Слайд 50

відсутність movement-протеїнів мутації у правому Т-домені перешкоджають нормальному міжклітинному транспорту мутації

відсутність movement-протеїнів
мутації у правому Т-домені перешкоджають нормальному міжклітинному транспорту
мутації у петлі

Е блокують рух з флоеми до несудинних тканин
4 послідовності у P і 1 послідовність у V-домені визначають транспорт з обкладки судинних пучків до мезофілу
за транспорт у ядро відповідають послідовності верхнього ланцюга ССR (дослідження конструкції PVX-GFP (green fluorescent protein) з вставленою в інтрон PSTVd cDNA )

Транспорт в інфікованих рослинах

Слайд 51

Взаємодія з компонентами клітини хазяїна щонайменше 3 детермінанти патогенезу у доменах

Взаємодія з компонентами клітини хазяїна

щонайменше 3 детермінанти патогенезу у доменах Т,

Р і V
петля Е: окрема патогенна детермінанта у позиції 257, сайт зв’язування для RIPs (ribosome-inactivating-proteins)
вплив вторинної/третинної структури
Слайд 52

Взаємодія з компонентами клітини хазяїна інтерференція РНК господаря (суперечливі результати досліджень)

Взаємодія з компонентами клітини хазяїна

інтерференція РНК господаря (суперечливі результати досліджень)
взаємодія з

протеїнами:
- неспецифічна (лектин РР2 при транспорті у флоемі);
- специфічна (Dicer-опосередковане рощеплення PSTVd).
Зв’язуюча ділянка описана лише для VirP1.
стимуляція протеїнкіназної активності