Orthomyxovirus, Paramyxovirus e Rhabdovirus: struttura, replicazione e patogenesi

Orthomyxovirus e Paramyxovirus: Caratteri Generali

ARGOMENTO Orthomyxovirus, Paramyxovirus, Rhabdovirus, Papillomavirus (HPV) e morbillo. PROF Giovanni Di Bonaventura DATA 14/11/2023 ORTHOMYXOVIRUS e PARAMYXOVIRUS. CARATTERI GENERALI

Proprietà di Orthomyxovirus e Paramyxovirus

TABLE 39-1 Properties of Orthomyxoviruses and Paramyxoviruses Property Orthomyxoviruses Paramyxoviruses Viruses Influenza A, B, and C viruses Measles, mumps, respiratory syncytial, and parainfluenza viruses Genome Segmented (eight pieces) single-stranded RNA of negative polarity Nonsegmented single-stranded RNA of negative polarity Virion RNA polymerase Yes Yes Capsid Helical Helical Envelope Yes Yes Size Smaller (110 nm) Larger (150 nm) Surface spikes Hemagglutinin and neuraminidase on different spikes Hemagglutinin and neuraminidase on the same spike' Giant cell formation No Yes

Nella tabella sovrastante vengono riportate le similitudini e le differenze tra i virus influenzali (orthomyxovirus) e i Paramyxovirus. Troviamo delle differenze importanti, tra cui:

• GENOMA: nei virus influenzali abbiamo un genoma suddiviso in numero variabile fino a 7 unità di RNA a singola elica, mentre nei para abbiamo una singola molecola di RNA, ciò è indice della presenza di un unico antigene e fa si che la sintesi degli anticorpi indotta dall'infezione primaria riconosca sempre lo stesso tipo di antigene.
• DIMENSIONI: i Paramyxovirus sono generalmente più grandi (arrivano ai 150nm) e tendono ad avere una forma più globosa; infatti, abbiamo visto che i virus dell'influenza sono tendenzialmente più allungati, con forma sferica in funzione dello stato dell'attivazione cellulare.
• ANTIGENE: i Paramyxovirus sono caratterizzati dalla comunanza di emoagglutinina e neuraminidasi in un unico antigene che generalmente ha una struttura tetramerica, a differenza dei virus dell'influenza in cui abbiamo l'antigene in molecole differenti .
• GIANT CELLS: I Paramyxovirus sono in grado di formare cellule giganti (formazione di un sincizio) che deriva da una proteina con azione fusogena che si trova attiva sulla superficie delle cellule infettate dal virus e che media l'interazione tra le cellule attaccate, cioè si fondono più cellule attaccate dal virus formando un elemento di grosse dimensioni con più nuclei che impedisce al virus di tornare all'esterno dalla cellula. Il virus riesce a HN tetramer F protein shown as a trimer) migrare da una cellula all'altra senza attivare l'immunità. Matrix protein Fusion peptide bilayer Large RNA polymerase protein (L) Phosphoprotein Nucleocapsid protein (NP)

Struttura dei Paramyxovirus

STRUTTURA: Sono generalmente sferici e possono arrivare fino ai 200 nm. Sono virus a RNA sul cui envelope troviamo:

• una glicoproteina HN (tetramero) che svolge le funzioni sia dell'emoagglutinina che della neuramidasi.
• un antigene F (dimero) che prende parte all'attività fusogena indotta nelle cellule già infettate dal virus stesso, viene attivata da un'azione litica cellulare: la subunità FO viene attivata da una lisi derivata dalla perdita di un ponte disolfuro.
• la proteina M, si trova sulla superficie interna.

Il nucleocapside possiede una simmetria elicoidale, presenta sia proteine P che proteine L (large) che formano il complesso che regola la trascrizione, si tratta di un complesso che fa si che la trascrittasi sia attiva in fasi temporali differenti e con efficienze diverse. Il ciclo biologico avviene interamente nel citosol; infatti, il ciclo biologico dei Paramyxovirus non è influenzato dai farmaci che inibiscono la sintesi dell'RNA cellulare perché la trascrizione dell' RNA virale non è legata agli inneschi di RNA cellulare (che sono invece 1indispensabili nei virus influenzali). Abbiamo quindi un complesso RNP fondamentale perché regola sia la struttura del nucleocapside, sia la funzionalità dell'attività di trascrizione dell'RNA. Si tratta di un RNA con polarità negativa (-), perciò non può infettare direttamente gli elementi cellulari; come abbiamo già detto, solo l'RNA con polarità (+) può essere letto subito come RNA indipendente dalla struttura del virus: se in laboratorio si infettasse una cellula sana con un RNA + si potrebbe avviare un ciclo biologico del virus anche in assenza delle altre componenti del virus stesso; nel virus a RNA negativo viene invece richiesta una fase di trascrizione dell'RNA che passa attraverso un antigenoma.

Ciclo di Replicazione dei Paramyxovirus

CICLO DI REPLICAZIONE

Natura del Recettore e Proteina Antirecettoriale

Respirovirus Rubulavirus Morbillivirus Pneumovirus Natura del recettore acido sialico acido sialico CD46 sconosciuta Proteina antirecettoriale HN HN H G

Il ciclo di replicazione dei Paramyxovirus prevede le fasi classiche:

1. La prima fase è quella dell'interazione in cui il virus con l'antirecettore deve riconoscere la molecola complementare che si trova sulla superficie della cellula target. Ciò accade con attori completamente diversi; come si può vedere dalla tabella sovrastante, l'acido sialico (che viene riconosciuto anche dai virus dell'influenza) in questo caso viene riconosciuto da virus di tipo 1 e 3 del virus della parotite, mentre il virus del morbillo e, fra gli pneumovirus, il virus sfinciziale, individuano delle molecole completamente diverse. Per esempio il CD46 ha un cluster di differenziazione 46; i cluster di differenziazione sono uno schema di immunofenotipizzazione: si tipizzano gli elementi cellulari sulla base della localizzazione di queste molecole. La tipologia di molecole che si trova sulla superficie di queste cellule che fungono come ligandi o come molecole che riconoscono altri ligandi servono per individuare i vari sottotipi cellulari. Per esempio, CD46 significa che con l'ausilio degli anticorpi monoclonali diretti verso CD46 avremo una sottopreparazione al CD46. Quindi per i vari tipi abbiamo dei siti completamente diversi. Nello Pneumovirus non si conosce il recettore cellulare ma sappiamo che lega la proteina G.
2. Nella seconda fase non abbiamo l'endocitosi come nei virus dell'influenza, ma avviene una fusione dei peplos attraverso la proteina F che si trova sulla superficie e media l'interazione tra la membrana e la cellula stessa, il nucleocapside viene quindi liberato direttamente all'interno. Affinché si abbia un'interazione tra il peplos del virus e la membrana della cellula bisogna che la proteina F cambi conformazione, cioè che si liberi di un legame chimico che fa si che lo spike si allunghi e vada ad intercettare la membrana cellulare + genome WW Replication ( +) an Transcription MIRNA GRAMA Translation
3. Il capside viene riconosciuto dalla cellula stessa e con degli enzimi al nucleocapside. Quindi da una parte c'è la trascrizione che è sequenziale e avviene nel citosol ed è caratterizzata da un tag e da un cap all'estremità 5' e 3'.
4. Abbiamo poi una duplicazione del genoma virale che passa attraverso l'antigenoma: I'RNA con polarità (-) Replication Transcription deve essere duplicato in RNA + che funge da stampo M . LPN.NP all'antigenoma (viene letta come mRNA) per poi ritornare Assembly HN. H. G allo stato di RNA (-), che sarà la molecola di RNA che verrà inserita nel capside. L' mRNA prima di diventare la molecola finale subisce delle modificazioni che interessano l'estremità 5' e 3'. Da una parte troviamo una coda di poli-A, cioè più unità di adenina che rendono più stabile I'mRNA nel citosol mentre all'estremità opposta abbiamo un tag con una guanosina con un gruppo -CH3 in posizione 7 per regolare la sintesi e la lettura dell'mRNA e quindi renderlo più stabile Domanda di uno studente: Il cap e il tag vengono presi dall'mRNA della cellula o sintetizzati dal virus? 2Risposta del prof: Vengono sintetizzati dal virus, infatti la replicazione virale è indipendente dagli inneschi di RNA cellulare. A differenza del ciclo biologico dei virus dell'influenza dove la trascrizione ha bisogno di piccoli inneschi delle code di RNA cellulare
5. Si formano RNA nanogenici, cioè si formano più specie di RNA, ognuna delle quali avrà informazione genica per prodotti L,P, NP (prodotti funzionali e strutturali del virus stesso). Quando la quantità delle nucleoriboproteine che formano il capside elicoidale arriva a un valore soglia si ha la replica del genoma virale per ottenere delle copie genomiche di RNA. Ciò è fondamentale perché si tratta del tentativo del virus di coordinare la quantità delle unità di genoma virale con i nucleocapsidi per evitare che si formino dei quantitativi troppo alti. Una volta che si forma il nucleocapside, tende a migrare verso la parte della membrana che presenta la glicoproteina F e HN/G/H, cioè migra nelle zone della cellula che hanno già gli antigeni di superficie all'interno della membrana che fungono da tag per indicare il sito di gemmazione. Il tutto è aiutato dalla proteina M che si addossa sulla faccia interna di questa zona di membrana . O 2 2 2 2
6. Avviene poi la gemmazione: il nucleocapside spinge lungo la faccia interna della membrana cellulare ed ernia a forma una gemma. Questo ricreerà il peplos intorno al virus stesso.

Effetto Citopatico dei Paramyxovirus

EFFETTO CITOPATICO La contiguità spaziale fra le cellule fa si che proteine F diverse inducano l'unione delle membrane cellulari in determinati punti e queste creano una struttura a più nuclei (come si può osservare nell'immagine). Hanno un importante funzione biologica nella strategia di infezione del virus perchè il virus può infettare cellule contigue senza rilocalizzarsi al di fuori della cellula dove allerterebbe il sistema immunitario.

Virus Parainfluenzali

VIRUS PARAINFLUENZALI I virus parainfluenzali sono indicati con diversi sierotipi, abbiamo:

• Virus parainfluenzali umani 1 e 3 (respirovirus)
• Virus parainfluenzali umani 2, 4a e 4b (rubulavirus)

Il periodo di incubazione va dai 4 ai 6 giorni circa, quindi abbiamo una sintomatologia molto generica: rinite, congestione, tosse secca. Nei bambini l'infezione resta limitata nel naso e nella faringe, mentre negli adulti tende a scendere nelle vie aeree basse con un interessamento di laringe, trachea, alveoli e bronchi. L'immunità che deriva dall'infezione primaria è molto scarsa, quindi a seguito di nuovi contatti con lo stesso antigene potrebbero esserci nuove infezioni. Sono prevalenti nei mesi freddi e non provocano pandemie, cioè non hanno lo stesso impatto sulla comunità che è proprio del virus influenzale perché è caratterizzato da una sola molecola di RNA e quindi non c'è una diversa variabilità. La diagnosi clinica è difficile perché, come è stato detto, non presentano segni o sintomi che si possono ricondurre a questo tipo di virus; in vitro la diagnosi di infezione da parainfluenzali viene condotta con l'utilizzo di cellule renali di scimmia e si mette in evidenza la formazione delle giants cells con un effetto citopatico (anche se non è caratteristico solo di questo gruppo di virus)

Virus della Parotite

VIRUS DELLA PAROTITE 3