Replicação ViralReplicação Viral

Estratégias de ReplicaçãoEstratégias de Replicação

Replicação ViralReplicação Viral

Replicação Viral

Vírus parasitas intracelulares obrigatórios: pois necessitam

do ambiente intracelular de um organismo vivo para se

reproduzir.

Ao processo de reprodução de um vírus dá-se o nome de

replicação viral.

O tempo de duração do ciclo de replicação viral varia entre as

diversas famílias de vírus, podendo levar poucas horas ou até

dias.

Etapas envolvidas no ciclo de replicação viral de vírus que

infectam animais.

Replicação Viral

Os vírus seguem os mesmos princípios do dogma central da multiplicação biológica:

DOGMA CENTRAL DA BIOLOGIA

DNA--------------------->RNA-------------------------->PROTEÍNA Transcrição Tradução

Alguns vírus podem se utilizar do processo reverso de transcrição (através da enzima transcriptase reversa) para originar "cópias" de DNA, a partir do RNA viral (ex. HIV).

RNA(viral)--------->DNA------------->RNA----------->PROTEÍNA Transcrição Transcrição Tradução reversa

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL

1. Adsorção do vírus à célula

2. Entrada no citosol da célula

3. Desnudamento do ácido nucléico

4. Transcrição e tradução da informação genética (Síntese de mRNA)

5. Síntese de proteínas virais

6. Replicação do Genoma viral

7. Montagem do Vírion

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL

1 – Adsorção (ligação) do Vírus à Célula Hospedeira

Etapa essencial à reprodução viral

Ocorre meio da interação entre proteínas virais, presentes no envelope ou no capsídeo, e receptores celulares que se encontram ancorados a membrana plasmática, expostos ao ambiente extracelular.

A especificidade destas interações é alta, como em um modelo chave-fechadura.

Ligações químicas não covalentes, tais como pontes de hidrogênio, atrações iônicas e forças de van der Waals, são responsáveis pela adesão entre as proteínas virais e os receptores celulares.

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL

1 – Adsorção (ligação) do Vírus à Célula Hospedeira

Início da adsorção: partícula viral interage com um ou poucos receptores, caracterizando uma ligação reversível. À medida que mais receptores se associam ao vírion, esta ligação passa a ser irreversível, possibilitando a posterior entrada do vírus na célula.

Os receptores em geral são proteínas ou carboidratos presentes em glicoproteínas e glicolipídios. Muitas das proteínas receptoras são imunoglobulinas, transportadores

transmembrana e canais, ou seja, são estruturas produzidas pelas células para executar funções comuns e essenciais ao bom funcionamento celular. Os vírus subvertem o papel primordial destas moléculas, utilizando-as como meio para adentrar nas células hospedeiras.

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL

1 – Entrada no Citosol

Aderidos à membrana celular vírus devem introduzir seu material genético no interior da célula, a fim de que este seja processado (transcrito, traduzido, replicado).

Este processo envolve a entrada (penetração) do vírion no citosol e posterior desmontagem do capsídeo para liberação (desnudamento) do genoma viral.

Para alcançar o ambiente intracelular, cada vírus utiliza um mecanismo particular.

Entre os principais mecanismos estão:

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL

1 – Entrada no Citosol

Endocitose Após adsorção, partícula viral penetra no citoplasma por meio de endocitose mediada por receptores, pela formação de endossomos (vesículas).

Quando um vírus entra por endocitose, seu vírion encontra-se envolto pela membrana vesicular.

Vírus envelopados liberam os nucleocapsídeos de dentro dos endossomos promovendo a fusão entre o envelope viral e a membrana da vesícula.

Vírus não envelopados, por não possuírem envelope, utilizam outras estratégias para sair dos endossomos: alguns, como os adenovírus, provocam a lise do endossomo, enquanto outros, como os poliovírus, geram poros na membrana vesicular e injetam o genoma viral diretamente no citosol.

Replicação Viral

Endocitose

Endocitose e lise da membrana endossomal

Endocitose com injeção do genoma no citosol

Endocitose seguida por fusão de membranas

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL

1 – Entrada no Citosol

Fusão (executado apenas por vírus envelopados)

nucleocapsídeo é liberado no interior da célula mediante a

fusão entre o envelope viral e a membrana celular.

A entrada por fusão pode ocorrer de duas formas:

(1)direta, pela fusão do envelope viral com a membrana

plasmática, a partir do meio extracelular, ou

(2) indireta, sofrendo uma endocitose inicial com posterior

fusão já no interior da célula, como citado anteriormente.

Replicação Viral

Fusão

Entrada por fusão de membranas

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL

1 – Entrada no Citosol

Translocação: por meio da ação de uma proteína receptora, o vírion pode atravessar a membrana por meio de translocação, do ambiente extracelular para o citosol.

Este mecanismo é raro e pouco entendido.

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL3 - Desnudamento do ácido nucléico

Após penetrar na célula, assim que nucleocapsídeos alcançam o citosol, estes são transportados pelo citoesqueleto (dentro de vesículas ou na forma de nucleocapsídeos livres) em direção ao local específico de processamento do genoma viral, que pode ser no próprio citosol ou no núcleo celular.

Para que o genoma possa ser transcrito, traduzido, e replicado, o material genético do vírus deve ser previamente liberado e exposto no ambiente intracelular : desnudamento ou decapsidação processo em que capsídeo é desmontado completa ou parcialmente. O desnudamento pode ocorrer simultaneamente à entrada do vírus, ou pode acontecer em instantes posteriores.

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL4 - Transcrição e tradução da informação genética (Síntese

de mRNA)

Como mencionado anteriormente, o Sistema de Classificação de Baltimore foi criado com base nos diferentes mecanismos de transcrição que os vírus adotam para sintetizar mRNA a partir dos seus variados tipos de material genético. Os vírus podem ter genoma constituído por dsDNA, ssDNA, dsRNA, ssRNA, além de alguns serem capazes de realizar a transcrição reversa (ssRNA-RT e dsDNA-RT). Outra propriedade notável dos ácidos nucléicos virais é a polaridade (sentido, ou senso) das fitas de DNA e RNA. Fitas senso positivo (+) apresentam sequência idêntica à do mRNA, enquanto as senso negativo (-) apresentam sequência nucleotídica complementar. Diante desta complexidade de características, as estratégias de transcrição do genoma viral são tão variadas quanto os mecanismos de entrada, e podem envolver mais de uma etapa, as quais levam à conversão da informação genética viral em mRNA.

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL4 - Transcrição e tradução da informação genética (Síntese

de mRNA)

• Grupo I (dsDNA): Vírus de DNA dupla fita apresentam ORFs (locais de início da tradução – códon específico) em ambas as fitas de DNA, as quais servem diretamente como moldes para a síntese de mRNA.

Vírus do grupo I que transcrevem o DNA no interior do núcleo utilizam RNA polimerase II celular para a síntese de mRNA viral, já aqueles que executam este processo no citosol devem possuir sua própria RNA polimerase DNA-dependente (RpDd) para produzir os transcritos.

Replicação Viral

• Grupo II (ssDNA): Vírus de DNA fita simples apresentam fita positiva ou negativa. Para a síntese de mRNA, estes vírus produzem uma respectiva fita complementar ao seu genoma, gerando uma dupla fita que serve como molde para a transcrição. Estes processos ocorrem no núcleo, com o auxílio de enzimas celulares (RpDd e DpDd (DNA polimerase DNA-dependente)).

Replicação Viral

• Grupo III (dsRNA): Vírus de RNA dupla fita apresentam uma fita positiva e outra negativa. A fita negativa é utilizada como molde para a síntese de mRNA, em processo que ocorre no citosol, com auxílio de uma RNA polimerase RNA-dependente (RpRd).

• Grupo IV ((+)ssRNA): Vírus de RNA fita simples senso positivo apresentam genoma com sequência idêntica à do mRNA, e podem ser utilizados prontamente para a síntese de proteínas.

Replicação Viral

• Grupo V ((-)ssRNA): Vírus de RNA fita simples senso negativo, por possuírem genoma com sequência complementar ao mRNA, servem diretamente como molde para a produção de fitas senso positivo. A maioria dos vírus (-)ssRNA procede a transcrição no citosol; algumas exceções transcrevem seu material genético no núcleo.

Replicação Viral

• Grupo VI (ssRNA-RT): Vírus de RNA com transcrição reversa apresentam genoma de senso positivo. Por meio de uma enzima denominada transcriptase reversa (uma DNA

polimerase RNA-dependente), os retrovírus produzem uma fita simples de DNA senso negativo que serve de molde à síntese de uma fita positiva de DNA. Ao final, este processo gera uma fita dupla de DNA, que poderá ser integrada ao genoma do hospedeiro no núcleo, e utilizada para a síntese de mRNA viral.

Replicação Viral

• Grupo VII (dsDNA-RT): Vírus de DNA com transcrição reversa. Vírus dsDNA que promovem a síntese de mRNA no núcleo, sob a ação da RNA polimerase II celular. Neste grupo, a transcrição reversa não ocorre antes síntese de mRNA, como observado nos retrovírus, mas sim posteriormente a replicação do genoma viral.

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL5 - Síntese de proteínas As proteínas virais são sintetizadas pela maquinaria celular (ribossomos, tRNAs). O

processo de tradução ocorre no citosol, em ribossomos livres ou associados ao retículo endoplasmático. Algumas das proteínas sintetizadas em ribossomos livres são transportadas para o núcleo. Proteínas produzidas em ribossomos associados ao retículo são transportadas desta organela para o complexo de Golgi, onde podem sofrer modificações pós-traducionais (glicosilação, fosforilação). O destino final de muitas destas proteínas é a membrana celular, onde estas se concentram em regiões específicas. Em estágios finais da infecção, estas farão parte do envelope de partículas virais que sairão por brotamento nessas regiões.[5][6] Dentro do ciclo de replicação, os primeiros produtos gênicos sintetizados são proteínas não-estruturais, como proteínas de ligação ao DNA e enzimas. Entre estas enzimas estão as polimerases e outras moléculas catalíticas, as quais são componentes essenciais à replicação do genoma viral. Já as proteínas estruturais, que formarão as novas partículas virais, normalmente são sintetizadas tardiamente no ciclo de infecção. As novas cópias de material genético sintetizadas são utilizadas para a síntese de mRNAs, os quais codificarão proteínas estruturais que a partir de então serão produzidas em grandes quantidades para compor os vírus em formação. Os diferentes vírus de DNA e RNA possuem mecanismos próprios deregulação da expressão gênica, os quais controlam a produção de proteínas em momentos e quantidades apropriadas às necessidades virais.

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL6 - Replicação do genoma viralNa maioria dos casos, o genoma é replicado no mesmo local onde ocorre a

transcrição do material genético do vírus, isto é, no citoplasma ou no núcleo.[4] Assim como ocorre na transcrição, o processo de replicação de genomas virais envolve a participação de polimerases. Vírus de fita simples, dos grupos II, IV e V, precisam produzir uma fita complementar ao genoma, que posteriormente servirá de molde para a síntese do material genético. Vírus de fita dupla, dos grupos I e III, utilizam cada uma das duas fitas para gerar suas respectivas cópias complementares. Em geral, moléculas de DNA são sintetizadas a partir de outras moléculas de DNA (DNA → DNA), e o mesmo acontece com moléculas de RNA (RNA → RNA). A exceção a esta regra fica por conta dos vírus que realizam transcrição reversa. Membros do grupo VI (ssRNA-RT) replicam o seu genoma a partir de um intermediário de DNA (RNA → DNA → RNA). Já os membros do grupo VII (dsDNA-RT) replicam o seu genoma a partir de um intermediário de RNA (DNA → RNA → DNA).

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL7 - Montagem do vírionA montagem corresponde ao processo de formação das partículas virais infectivas

(vírions). Neste estágio do ciclo de infecção, as proteínas estruturais sintetizadas em etapas anteriores se associam para constituir o capsídeo. Capsídeos com formato helicoidal são formados em torno da superfície da molécula de ácido nucléico. Já os capsídeos de simetria icosaédrica são montados previamente e depois preenchidos com o genoma viral, através de um poro na estrutura pré-formada denominada pró-capsídeo. O pró-capsídeo de alguns vírus pode sofrer modificações que levam a formação do capsídeo maduro.[5] O sítio de montagem dos capsídeos depende do local de replicação viral na célula, e varia entre as diversas famílias de vírus.[4] O procedimento de montagem de vírus não-envelopados se resume a formação dos nucleocapsídeos, enquanto que para vírus envelopados a montagem só se finaliza depois da aquisição do envelope viral. A membrana lipídica do envelope se origina a partir de estruturas celulares, como: membrana plasmática (e.g. Paramyxovírus, Orthomixovírus, Rhabdovírus) e compartimentos membranosos intracelulares (complexo de Golgi, retículo endoplasmático, núcleo).[14] Outro mecanismo de aquisição de envelope é a denominada “síntese de novo” de membranas, no qual o envelope é gradualmente construído em volta do nucleocapsídeo. Este processo pode ocorrer no núcleo (e.g. Baculovírus) ou no citoplasma (e.g. Poxvírus)

Replicação Viral

ESTÁGIOS DO CICLO DE MULTIPLICAÇÃO VIRAL8 - Liberação de novas partículas viraisA liberação dos vírions do citosol pode se dar por lise celular ou brotamento. A

liberação por lise celular é mais comum aos vírus não-envelopados, e ocorre quando a membrana plasmática da célula infectada se rompe, levando-a morte celular.[4]Porém, nem todo processo de liberação viral causa danos a célula hospedeira. O brotamento é um mecanismo de liberação que pode provocar pouco ou nenhum prejuízo à célula.[6] Vírus que obtém envelope a partir da membrana plasmática saem da célula por meio de brotamento direto do nucleocapsídeo em contato com a face interna da membrana, em regiões específicas, onde se localizam as glicoproteínas virais sintetizadas em momentos prévios da infecção. Vírus com envelope originado de compartimentos intracelulares (organelas) são liberados da célula por meio de vesículas que se fundem com a membrana plasmática. Após a liberação, quando os vírions se encontram no meio extracelular, a maioria deles permanece inerte até que outra célula hospedeira seja infectada, reiniciando o ciclo de replicação viral.

Replicação Viral

Eventos finais da replicação viral:1. Transporte do genoma (DNA ou RNA) para o sítio de processamento (núcleo ou citosol)2. Transcrição (síntese de mRNA)3. Síntese de proteínas não estruturais4. Replicação do material genético5. Síntese de proteínas estruturais6. Montagem dos nucleocapsídeos7. Vesícula com glicoproteínas direcionadas ao complexo de Golgi8. Transporte das proteínas de envelope à membrana plasmática9. Liberação de partículas virais por lise (vírus não envelopados), ou por brotamento (vírus envelopados)

Estratégias de ReplicaçãoEstratégias de Replicação

Estratégias de Replicação Viral