Pikorna virusi in drugi RNA(+) virusi

RNA(+) virusi

RNA (+) virusi so virusi, ki svoj genetski material prenašajo z enojno vijačnico RNA (v nadaljevanju ssRNA(+)), t.i. kodirajočo RNA, ki v gostitelju lahko služi kot mRNA, in se direktno prepisuje v proteine. Pozitivna (kodirajoča) veriga RNA je pri RNA(+) virusih torej osnova tako za translacijo kot tudi za replikacijo. 5'-konec je lahko zaščiten s kapo, kovalentno vezan na VPg protein, lahko pa je tudi nezaščiten. 3'- konec ima pripet poli-A-rep ali pa tudi ne. VPg (angl. »viral protein genome-linked«) najdemo le na 5'-koncu pozitivne enoverižne virusne RNA. Gre za protein, ki pri sintezi RNA deluje kot začetni oligonukleotid ali pa ima vlogo pri translaciji in predstavlja nadomestek 5' kape. RNA(+) virusi imajo svoj dedni material zaprt v kapsidi brez od RNA odvisne RNA polimeraze (RdRp), kar pomeni, da se lahko razmnožujejo šele znotraj celic, ki jih okužijo.

Replikacija

Takoj po okužbi se ssRNA(+) prevede v poliprotein, ki kodira celotnen replikacijski postopek. Podvajanje poteka v posebnih membranskih invaginacijah dvomembranskih veziklov. Replikacija ssRNA vodi najprej v nastanek negativne RNA verige, ki se podvoji v dvoverižno RNA (dsRNA), ki se nato prepisuje v pozitivno enojno genomsko mRNA. Na novo sintetizirana RNA lahko služi bodisi za replikacijo ali za translacijo. Pri mnogih pozitivnih enoverižnih RNA virusih se prepišejo tudi t.i. subgenomske RNA (sgRNA), ki pogosto kodirajo strukturne proteine. Sintezo sgRNA je mogoče razložiti na dva različna načina; z modelom notranje iniciacije ali pa z modelom predčasne terminacije.

Primer: Koronavirusi, SARS-CoV

Koronavirusi lahko povzročijo vrsto simptomov, od blagih, kot je navaden prehlad, do bolj resnih respiratornih bolezni. Ovojnica ali kapsida koronavirusov je sferična, njen premer je okoli 120 nm. Linearni ssRNA (+) genom je velik 27-32kb (največji od vseh genomov RNA virusov). Ima kapo in poli-A-rep. Genomska ssRNA(+) kodira dva različna bralna okvirja, ki se med seboj prekrivata. Da lahko prevede oba, se virus posluži metode premikanja bralnih okvirjev (angl. »ribosomal frameshifting«). Programirano premikanje bralnih okvirjev je nadomestni mehanizem translacije za združevanje proteinov, kodiranih z dvema prekrivajočima se odprtima bralnima okvirjema. Premiki niso pogosti, gre pa za ribosome, ki med prevajanjem zdrsnejo za eno bazo v smeri 5 '(- 1) ali 3' (+ 1). Nekateri virusi se lahko premikajo tako v +1 kot tudi v -1 smeri. SARS-CoV je virus iz družine koronavirusov, ki lahko povzroči sindrom akutnega oteženega dihanja (angl. »Severe Acute Respiratory Syndrome«). Ima enake proteinske strukture kot ostale znane skupine koronavirusov: sidriščni glikoprotein (angl. »spike glycoprotein«), membranski protein, ovojnico in nukleokapsidni protein.

Primer: Favivirusi, virus ZIKA

Genomi vseh članov iz družine Flaviviridae imajo določene skupne lastnosti. Ti virusi kodirajo iste proteine v istem vrstnem redu, obdajajo pa jih 5 'in 3' UTR (angl. »untranslated regions«). 5' UTR vsebuje promotor virusne RNA in se zaključi s kapo. 3' konec ni poliadeniliran, temveč tvori strukturo nekakšne zanke. Ta sekundarna struktura je osnova za nastanek subgenomske flavivirusne RNA (sfRNA) z razgradnjo genomske RNA s pomočjo gostiteljeve 5'-3' eksoribonukleaze. sfRNA je bistvenega pomena za patogenost in lahko igra vlogo pri zaviranju gostiteljeve antivirusne aktivnosti. Virus ZIKA oz. ZIKV je zanimiv predvsem zaradi načina vstopa v gostiteljsko celico s t.i. mehanizmom apoptotske mimikrije; Virusna membrana vsebuje fosfatidilserin. Ta molekula se sicer aktivno vzdržuje na citoplazemski strani membrane s flipazo, preko porabe ATP. Virusi ne proizvajajo ATP, zato fosfatidilserin konča na površini virusne membrane. Izpostavljene fosfatidilserine prepoznajo dendritske celice in makrofagi, ki tako zamaskirane viruse z makropinocitozo prevzamejo v svojo notranjost z namenom razgradnje. Večina virusov se je razvila tako, da se izogne tej razgradnji s prekrivanjem membrane s proteini iz ovojnice. Poleg navedenih primerov med RNA(+) viruse, ki so nevarni za človeka, spadajo še virusi iz družin Astroviridae, Hepeviridae, Calciviridae, Togaviridae in pa seveda Picornaviridae.

Pikornavirusi

Piknoravirusi so majhni sferični virusi brez ovojnice. V premer merijo približno 30 nm. Imajo ikozaedrično kapsido, ki obdaja genom. Kapsida je sestavljena iz 60 protomernih enot. Vsaka protomerna podenota je iz štirih virusnih proteinov VP1, VP2, VP3 in VP4. Antigenske značilnosti in serotipizacija, ki lahko temelji na različnih opazovanih lastnostih virusa ali bakterije, npr. prisotnost etoksinov, plazmidov in drugih dejavnikov, so odvisne od zunanjih proteinov VP1, VP2 in VP3. VP4 pa je notranji protein kapside. VP1-VP4 tvorijo 12 pentamerov, stičišče vsakega izmed pentamer se dviga nad površno kapside. Vsako stičišče pentamerov obdaja ugreznitev, ki ima pomembno vlogo pri mehanizmu vstopa virusa v celico.

Fizikalno-kemijske lastnosti

Pikornavirusi so odporni na nizko vrednost pH, zato se mnogi razmnožujejo v spodnjem delu prebavil (Cardiovirus, Enterovirus, Hepatovirus, Parechovirus). Najdemo pa tudi takšne, ki niso odporni na nizke vrednosti pH in se razmnožujejo predvsem v zgornjem delu dihal ter se na ta način izognejo nizkim pH vrednostim v prebavni poti (Aphtovirus). Pikornavirusi lahko povzročijo številne okužbe s hrano, vodo in kontaminiranimi površinami, zaradi odpornosti na številne fizikalno-kemijske vplive iz okolja. Zaradi teh lastnosti je kužnost teh virusov v okolju močno podaljšana. Kljub raznolikosti v družini Picornaviridae je njihov genom dokaj enoten. Velikost genoma je od 7,2-8,5kb in sestavlja pozitivno polarno enovijačno molekulo RNA (ssRNA(+)). Na 3'-koncu ima poliadeniliran rep, na 5'-koncu pa namesto metiliranega nukleotida kovalentno vezano molekulo VPg. VPg je kratek virusni protein, ki ima pomembno vlogo pri replikaciji virusne RNA. Genom ima samo en odprt bralni okvir in je razdeljen na tri področja: P1, ki kodira virusne strukturne proteine in P2 ter P3, ki kodirata za nestrukturne proteine, ki so vključeni v procesiranje poliproteina in v replikacijo virusnega genoma. Med translacijo poliprotein cepijo virusne proteaze, ki potrebujejo 11-12 cepitev da poliprotein obdelajo do končnih proteinov. 5'-konec vsebuje še notranje vstopno mesto za ribosome ali IRES (angl. »Internal Ribosome Entry Site«), ki omogoča nov začetek neodvisnega prevajanja mRNA oz. omogoča vezavo ribosoma sredi mRNA. Na N-koncu nekaterih piknoravirusov najdemo mesto L, ki pri nekaterih vrstah kodira za papainske cisteinske proteinaze (Aphovirusi, Erbovirusi) pri drugih pa ima kakšno drugačno funkcijo (Genera kobuvirus, Cardiovirus, Teschovirus, Sapelovirus, Senecavirus )

Okužba

Vstop in vezava piknoravirusa v gostiteljsko celico poteka v več korakih: 1.Virus se pritrdi na gostiteljeve receptorje in se zlije z gostiteljsko celico s pomočjo endocitoze. Endocitoza lahko poteka s pomočjo klatrinov in kaveolinov ali pa neodvisno od njih. 2.Ko se virus veže na gostiteljeve receptorje, se kapsida konformacijsko spremeni. Začne se izražati notranji strukturni protein VP4, ki povzroči odpiranje por v membrani gostitelja in s tem omogoči vstop virusne RNA v citoplazmo gostiteljske celice. 3.V naslednjem koraku se VPg odstrani iz virusne RNA in prične se translacija na polisomu, ki zagotovi potrebne proteine za replikacijo virusne RNA. 4.Replikacija in nastajanje ssRNA(+) poteka na gladkem endoplazemskem retikulumu. 5.Ko je sintetizirana zadostna količina virusnih proteinov VP0, VP1 in VP3 se ti začnejo združevati v pentamere. VP0 je necepljeni prekurzor za VP2 in VP4. 6.Pentameri se povežejo v proviruse. Provirus je virusni genom, ki se vključi v kromosom gostiteljske celice. Med delitvijo celic virusni genom prehaja na hčerinske celice. 7.Provirusi se iz celice sprostijo s pomočjo lize.

Viri in literatura:

• Ahlquist, P. et al. (2003) ‘Host Factors in Positive-Strand RNA Virus Genome Replication’, Journal of virology, 77(15), pp. 8181–8186. doi: 10.1128/JVI.77.15.8181.
• Goodfellow, I. (2011) ‘The genome-linked protein VPg of vertebrate viruses - A multifaceted protein’, Current Opinion in Virology, pp. 355–362. doi: 10.1016/j.coviro.2011.09.003.
• Hulo C, et al. (2011) 'ViralZone: a knowledge resource to understand virus diversity.' Nucleic Acids Res. 2011 Jan;39 (Database issue):D576-82. https://viralzone.expasy.org/
• Poljak, M., et al.(2011). Medicinska virologija. Ljubljana: Medicinski razgledi. ISBN: 978-961-6260-18-3