ESTRUCTURA DE LOS VIRUS ARN DE

POLARIDAD POSITIVA

“Structure of RNA Virus of Positive Polarity”

Presentado por

Steicy Huertas Bermúdez. Cod:

Daniela Mendoza Castillo. Cod:

Adriana Mendoza Zuchini.

Kevin Mora Baños

Misael Ortiz Tejera.

Presentado a

FACULTAD DE MEDICINA

Fundamentos de Ciencias Básicas Médicas 04

Lunes, 02 de agosto 2010

INTRODUCCION

A mediados del siglo XIX, Louis Pasteur propuso la teoría germinal de las enfermedades, en la cual explicaba que todas las enfermedades eran causadas y propagadas por algún «tipo de vida diminuta» que se multiplicaba en el organismo enfermo, pasaba de éste a otro y lo hacía enfermar. Pasteur, sin embargo, se encontraba trabajando con la hidrofobia, y descubrió que aunque la enfermedad fuera contagiosa y ésta se contrajera por el mordisco de un animal rabioso, no se veía el germen por ningún lado. Pasteur concluyó que el germen sí se encontraba ahí, pero era demasiado pequeño como para poder observarse. Posteriormente se continuaron los trabajos hasta que Martinus Beijerinck llamara a estas particulas contagium

vivum fluidum («germen viviente soluble») y reintrodujo el término «virus». A lo largo de los años se ha dilucidado la importancia de la compresión de los mecanismos de acción de los virus para poder desarrollar métodos que permitan su el control de las enfermedades que producen sin embago las aplicaciones en el campo de la virología no llegan hasta ahí sino que en están en desarrollo alternativas enmarcadas dentro de la terapia génica.

Clasificación de Baltimore

El biólogo ganador del Premio Nobel David Baltimore diseñó el sistema de clasificación de Baltimore. El sistema de clasificación del ICTV es utilizado en combinación con el sistema de clasificación de Baltimore en la clasificación moderna de los virus. La clasificación de Baltimore de los virus se basa en el mecanismo de producción de ARNm. Los virus deben generar ARNm de su genoma para producir proteínas y replicarse, pero cada familia de virus utiliza mecanismos diferentes. El genoma de los virus puede ser monocatenario (ss) o bicatenario (ds), de ARN o ADN, y pueden utilizar o no la transcriptasa inversa. Además, los virus ARN monocatenarios pueden ser o positivos (+) o negativos (-). Esta clasificación reparte los virus en siete grupos:

I: Virus dsDNA (ej., adenovirus, herpesvirus, poxvirus)

II: Virus ssDNA (ej., parvovirus)

III: Virus dsARN (ej., reovirus)

IV: Virus (+)ssRNA (ej., picornavirus, togavirus)

V: Virus (-)ssRNA (ej., Ortomixovirus, rabdovirus)

VI: Virus ssRNA-RT (ej., retrovirus)

VII: Virus dsDNA-RT (ej., herpesviridae)

Clasificar virus según su genoma significa que ésos en una categoría dada todos se comportarán en una manera similar, ofreciendo una cierta indicación de cómo proceder con la investigación adicional. 

¿Cuál es la estructura que poseen los virus de RNA de polaridad positiva

que les permiten ser reconocidos por el ribosoma?

El genoma de un virus ARN puede afirmarse que sea tanto de sentido positivo, o llamado una hebra plus o hebra +, o de sentido negativo, o llamado una hebra minus o hebra -. En muchos casos, los términos sentido y hebra se usan indistintamente, haciendo a tales términos como hebra positiva equivalente ha sentido positivo, y hebra plus equivalente ha sentido plus. Si un virus es sentido positivo o sentido negativo se usará de base a clasificaciones de virus.

Un ARN viral de sentido positivo significa que una secuencia particular de ARN viral puede ser directamente traducida a las proteínas virales deseadas. Así, en los virus ssARN de sentido positivo, el genoma ARN viral es idéntico al ARNm viral, y puede ser inmediatamente traducido a la célula hospedante. Al contrario del ssARN de sentido negativo, el ssARN de sentido positivo es del mismo sentido que el ARNm. Algunos virus (p. ej., Coronaviridae) tienen genomas de sentido positivo que pueden actuar como ARNm y ser usados directamente para la síntesis de proteínas sin ayuda de un intermediario ARN complementario. Debido a esto, estos virus no necesitan tener un paquete transcriptasa ARN en el virión.

Un ARN de sentido negativo es complementario a un ARNm viral y deberá ser convertido en un ssARN de sentido positivo por una enzima ARN polimerasa antes de su traducción. Los ssARN de sentido negativo (como el ADN) tienen una secuencia de nucleótidos complementaria al ARNm que los codifican. Como en el ADN, este ARN no puede ser traducido a una proteína directamente. En vez de eso, debe primero ser transcrito en un ARN de sentido positivo que actúa como un ARNm. Algunos virus (influenza, por ejemplo, tienen

genomas de sentido negativo y deben transportar una ARN transcriptasa dentro del virión.

Estructura molecular del ssARN de polaridad positiva.

Como se dijo anteriormente los ssARN de polaridad positiva son de mismo sentido que al ARNm por lo tanto puede ser traducido por los ribosomas. A continuación se describe la estructura molecular de estos ARN y los mecanismos moleculares por los cuales pueden ser reconocidos por los ribosomas para su traducción.

Los extremos 5´ de todos los RNA poseen de manera primaria un trifosfato derivado del primer trifosfato del nucleosido incorporado en el inicio de la síntesis de RNA. Una vez que el 5´terminal de un precursor de RNA mensajero se sintetiza, diferentes actividades enzimáticas actúan en este extremó de la molécula. En un primer paso, el último de los tres fosfatos se remueve y convierte el extremo de 5´terminal en un di fosfato. Entonces se adiciona un GMP en una orientación invertida de tal modo que el extremo 5´de la cadena de RNA. Como resultado, los dos primeros nucleótidos se encuentran unidos por un puente 5´-5´de trifosfato poco usual. Por último, la región terminal invertida de la guanosina se metila en la posición siete en su base de guanina, mientras el nucleótido en la cadena interna del puente de trifosfato lo hace en posición de la ribosa. El extremo 5´del RNA contiene entonces un casquete de 7metilguanosina.

Este casquete de metilguanosina en el extremo 5´de un mRNA o RNA de polaridad postiva tiene diferentes funciones: previene que las exonucleasas digieran al extremo 5´del mRNA fuera del nucleo y tiene un papel importante en el inicio de la traducción del mRNA.

Por otra parte el extremo 3´de un RNA de polaridad positiva contiene una cadena de residuos de adenosina que forma una cola de poli A. Esta junto con una proteína adjunta protege al RNA de polaridad positiva de la degradación prematura por exonucleasas.

Traducción de la información contenida en el ssARN de polaridad positiva.

El ribosoma se une al ssRNA de polaridad positiva en un sitio preciso denominado codón de inicio, el cual se codifica como AUG. La unión a este codón pone al ribosoma de manera automática en el marco de

lectura de tal modo que el ribosoma lee el mensaje entero, de manera correcta. Las células eucariotas requieren por lo menos 12 factores de inicio que incluyen un total de 25 cadenas polipeptidicas, entre ellos destaca el IEF4E que se une al casquete 5´ de 7 metilguanosina. El IF4A se moviliza a lo largo del extremo 5´del mensaje y remueve cualquier región de doble cadena que podría intervenir en la traducción. El IF4G sirve como un puente entre el extremo 5´ con el casquete de 7 metilguanosina y el extremo 3´poli adenisado el IF4G convierte el mRNA lineal en un mensaje circular. Cuando el complejo ribosomal de 43s compuesto por la unidad ribosomal de 40s y varios factores IF se une al extremo 5´ del ssRNA , el complejo recorre el mensaje hasta alcanzar una secuencia nucleotidica que reconoce por lo general 5´-CCACCAUGC-3´ que contiene el codón de inicio AUG. Luego que el complejo 43s alcanza el codón apropiado AUG, el IF2 GTP se hidroliza junto con otros IF asociados se eliminan y la unidad grande (60s) se une al complejo para completar el inicio.

De esta forma el ssARN de polaridad positiva es reconocido por el ribosoma y se empieza su traducción posteriormente su elongación y por último la terminación de la traducción cuando llega a uno de los codones de finalización UAA, UAG o UGA.

Expresión génica de un virus de ssRNA polaridad positiva.

La expresión genética de un virus ARN monocatenario positivo comienza con la traducción más que con la transcripción. Durante la traducción han de formarse varias proteínas a partir de la cadena de ARN inicial y dependiendo como se formen las distintas proteínas, podemos distinguir dos tipos de virus:

Virus que generan cadenas de ARNm subgenómicas durante el ciclo replicativo.

Virus en los cuales el genoma representa el único ARNm viral y la expresión es regulada principalmente a nivel traduccional y por la proteólisis limitada de poliproteínas.

A continuación se describen los pasos general que cumplen la mayoría de los virus de este tipo:

1. Traducción temprana del ARN como si fuese ARNm y obtención de las proteínas tempranas (reguladoras), entre ellas la ARN replicasa.

2. Síntesis del ARN monocatenario negativo a partir del molde de ARN monocatenario positivo por la ARN polimerasa y formación del complejo replicativo. El ARN monocatenario negativo no se libera, sino que permanece siempre asociado al complejo replicativo.

3. El complejo replicativo realiza la síntesis de ARN monocatenario positivo, ARNm y ARN monocatenario negativo.

4. Traducción tardía del ARN monocatenario positivo y ARNm y obtención de las proteínas tardías (estructurales), que probablemente fuerzan al complejo replicativo a producir un mayor porcentaje de ARN monocatenario positivo.

5. Ensamblado de las proteínas estructurales y del ARN monocatenario positivo y maduración de los viriones.

Dentro de esta categoría de virus encontramos Astroviridae, Caliciviridae, Coronaviridae, Flaviviridae, Picornaviridae, Togaviridae y Arterivirus. SARS, fiebre amarilla, virus del Nilo Occidental, hepatitis C, dengue, poliomielitis, resfriado común, rubéola, hepatitis A, hepatitis E.

ssARN de polaridad negativa.

Como se dijo anteriormente los ssARN de sentido negativo (como el ADN) tienen una secuencia de nucleótidos complementaria al ARNm que los codifican. Como en el ADN, este ARN no puede ser traducido a una proteína directamente. En vez de eso, debe primero ser transcrito en un ARN de sentido positivo que actúa como un ARNm. Por ejemplo si el ssARN(+) es 5´-CCACCAUGCUGCACGUGCAUG-3´ el ssARN(-) del cual fue transcripto será 3´-GGUGGUACGACGUGCACGUAC-5´, por esto se dice que son complementarios por lo tanto debe convertirse en ARN positivo por una ARN polimerasa antes de la traducción. El ARN purificado de un virus negativo no es por sí mismo infeccioso puesto que necesita ser traducido en ARN positivo.

Estructura molecular de un ssRNA de polaridad negativa.

Se cree que muchos de los ssRNA de polaridad negativa no poseen la caperuza de 7 metilguanosina sin embargo muchos de estos se encuentran con una cola poli adenisada lo que influye en que no sean reconocidos por los unidades ribosomales, al no tener la caperuza de 7 metilguanosina el factor de inicio IF4E que se une al casquete de metilguanosina no tendría donde unirse lo que comprometería la unión del complejo de 43s conformado por la subunidad menor del ribosomas y distintos factores de inicio IF. Ademas otra caracterista fundamental de los ssRNA negativos es que por ser complementarios el no poseerían un codón de inciacion sino el complemento de este , de tal manera que el codón de iniciación que en el ssRNA positivo es 5´- AUG-3´ y codifica para metionina en el ssRNA negativo seria su complemento por lo cual seria 3´-UAC-5´ o en dirección de traducción 5´-CAU-3´el cual ya no sería codón de iniciación y codificaría para tirosina y histidina respectivamente. Como consecuencia de esta complementariedad la secuencia nucleotidica que el complejo de 43s reconoce, que para el ssRNA + por lo general 5´-CCACCAUGC-3´ que contiene el codón de inicio AUG, en el ssRNA- seria 3´- GGUGGUACG-5´ que no contiene el codón de inicio sino su complemento o anti codón la cual no sería reconocida por el complejo ribosomal de 43s y por lo cual el ssRNA no podría traducirse.

Expresión génica de un ssRNA de polaridad negativa.

Los virus ARN de sentido negativo utilizan una ARN polimerasa o transcriptasa para formar ARN de sentido positivo. Esto significa que el virus debe aportar la enzima ARN polimerasa puesto que ésta es dependiente del ARN. La molécula ARN de sentido positivo entonces actúa como un ARNm viral, que se traduce en proteínas por los ribosomas del huésped. Las proteína resultante se dedica directamente a la producción de los elementos de los nuevos viriones, tales como las proteínas de la cápsida y la ARN replicasa, que se encarga de la producción de nuevas moléculas de ARN de sentido negativo.

A continuación se describen las etapas de la expresión génica de un virus de ssRNA de polaridad negativa:

1. Transcripción temprana del ARN de sentido negativo por la ARN polimerasa dependiente del ARN dentro del virión y producción principalmente de ARNm subgenómico y también de ARN

monocatenario positivo. Este paso se produce en el citoplasma y da lugar a la formación del complejo replicativo.

2. Traducción del ARNm y producción y acumulación de las proteínas tempranas (reguladoras).

3. Las proteínas reguladoras interactúan con el complejo replicativo, incentivando la produción del ARN monocatenario positivo y por lo tanto del ARN monocatenario negativo genómico.

4. Transcripción tardía del ARN monocatenario negativo.

5. Traducción tardía del ARN monocatenario negativo y producción y acumulación de las proteínas tardías (estructurales).

6. Ensamblado de la nucleocápside y maduración. Gemación de la nucleocápside a través de la membrana celular de donde se obtiene la envoltura viral.

Dentro de esta categoría de virus encontramos: virus de Marburgo, Ébola, sarampión, parotiditis, rabia y gripe.

CONCLUSION

Debido a la característica de complementariedad de los ssARN positivos y ssRNA negativos los primeros son reconocidos por la subunidad ribosomal porque poseen la secuencia de iniciación y el codón de inicio AUG junto con un casquete de 7 metilguanosina y una cola poli adenisada que permite la unión de diversos factores de inicio de la transcripción como lo son los IF especialmente el IF4G que se une al casquete y facilita la unión del complejo ribosomal. Por otro lado los ssRNA de polaridad negativa al ser complementarios de los ssRNA positivos no poseen la secuencia de iniciación ni el codón de iniciación sino su complemento o anti codón lo que no permite que el complejo ribosomal se acople al RNA y se produzca la traducción además se cree que algunos de estos RNA no poseen el casquete de 7 metilguanosina lo que dificulta aun mas la unión del complejo ribosomal por lo cual los virus que poseen como material genético ssRNA – necesitan una RNA polimerasa RNA dependiente para que transcriba el RNA generando un ssRNA positivo que será reconocido por los ribosomas y será traducido generando secuencias poli pépticas.

BIBLIOGRAFÍA

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3. Jawetz, Melnick, & Adelberg's Medical Microbiology, 24th ed. Atlanta. Capitulo 29