I virus: definizione, composizione e struttura virale dell'Università San Raffaele Roma

Università San Raffaele Roma

Professore Paola Checconi

Definizioni dei virus

Ø Dal latino virus = veleno Ø Parassiti endocellulari obbligati Ø Organizzazione sub-cellulare, dimensioni molto piccole (20-400 nm, visibili al microscopio elettronico)

Caratteristiche viventi dei virus

• Si riproducono nella cellula ospite (animale, vegetale o batterica)
• Vanno incontro a mutazioni

Caratteristiche non viventi dei virus

• Acellulari
• Metabolicamente inerti in ambiente extracellulare

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Composizione e struttura virale

Genoma virale

Costituito da DNA oppure RNA

Capside virale

Rivestimento proteico costituito da subunità, i capsomeri

Pericapside (envelope o peplos)

composto da fosfolipidi e glicoproteine

Virus nudi vs virus rivestiti

Nucleocapside NAKED CAPSID VIRUS Nucleocapsid- RNA ENVELOPED VIRUS Protein 199 Lipid L bilayer Structural -protein Glycoprotein I virus 3 di 18T

Genoma

• Deossiribovirus
• Ribovirus

DNA viruses RNA viruses RNA <- >DNA viruses SS DNA ds DNA SS RNA ds RNA SS RNA (Retroviruses) ds DNA (hepadnaviruses) Polarità positiva Polarità negativa Una molecola o più frammenti (es. orthomyxoviruses) I virus 4 di 18T

Capside

Capsomeri, diversa simmetria:

• elicoidale (es. a)
• icosaedrica (es. b)

RNA Capsomere DNA Head DNA Tail sheath RNA Tail fiber Capsid Capsomere of capsid Glycoprotein Glycoprotein 10 nm 50 nm 50 nm 50 nm (a) Tobacco mosaic virus (b) Adenoviruses (c) Influenza viruses (d) Bacteriophage T4 I virus 5 di 18 Copyright & Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. Membranous envelopeT

Pericapside

Membrana di origine cellulare in cui sono inserite glicoproteine (spikes) Nucleic acid Capsomere Envelope Spikes Spikes (a) An enveloped helical virus (b) Influenzavirus TEM 50 nm Copyright @ 2007 Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings. I virus 6 di 18T

Fasi della replicazione virale

1. Adsorbimento
2. Penetrazione
3. Esposizione del genoma (uncoating/scapsidazione)
4. Replicazione: sintesi delle proteine e del genoma
5. Assemblaggio (proteine+genoma)
6. Uscita dei virioni neoformati

ADSORBIMENTO PENETRAZIONE SINTESI VIRALE SCAPSIDAZIONE I TRASCRIZIONE TRADUZIONE REPLICAZIONE ASSEMBLAGGIO (MATURAZIONE) USCITA I virus 7 di 18T

Fasi della replicazione virale: Entrata e uscita

Entrata ... Attachment spikes Plasma membrane of host cell Virus (a) Entry of togavirus by pinocytosis TEM 140 nm Viral envelope Plasma membrane of host cell Capsid released into cytoplasm Fusion.of viral envelope and plasma membrane Vesicle (b) Entry of herpesvirus by fusion TEM 400 nm ... uscita I virus 8 di 18T

Ciclo replicativo del virus herpes simplex (HSV)

Binding and entry HSV-1 4 Nucleocapsid migration Translation a DNA entry Immediate-early proteins Transcription Early proteins DNA synthesis Assembly Y Late proteins Nuclear budding Release from De Chiara G. et al 2012 I virus 9 di 18T

Ciclo replicativo del virus dell'influenza

Influenza virus Binding C Golgi Endocytosis ER O (+)cRNA HA, NA (-)vRNA- Fusion and uncoating M1 mRNA Low PH Late proteins MRNA- I 1 mRNA M1 NS2 Early proteins PA NP PB1 PB2 NS1 PB1-F2 Budding Q Release from De Chiara G. et al 2012 I virus 10 di 18T

Ciclo replicativo del virus dell'immunodeficienza umana (HIV)

HIV www Fusion and entry 7 wwwww Binding RNA Reverse transcription CDNA dsDNA Protein synthesis, processing and assembly mRNA proviral DNA Integration Transcription RNA Budding Maturation from De Chiara G. et al 2012 I virus 11 di 18T

Azione patogena dei virus

Patogenicità = Capacità di un virus di provocare malattia dipendente sia dalle caratteristiche del virus sia da quelle dell'ospite Patogenesi virale = Meccanismi con cui il virus provoca malattia risultante della replicazione virale e della risposta immune dell'ospite I virus 12 di 18T

Azione patogena dei virus: Meccanismi

• Realizzazione dell'infezione (penetrazione nell'ospite e infezione di cellule/tessuti bersaglio)
• Lesioni anatomo-funzionali negli organi bersaglio

Meccanismi

• modificazioni della membrana cellulare a seguito di adsorbimento
• blocco della sintesi mRNA ad opera di proteine virali «precoci»
• formazione di inclusioni cellulari, derivanti dai componenti virali in fase di assemblaggio
• morte cellulare per necrosi o per apoptosi

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Infezioni citocide acute

• la nuova progenie virale infettante è rilasciata con danno irreversibile cellulare (morte cellulare per necrosi o apoptosi)
• malattie generalmente acute, con breve periodo di incubazione, che si autorisolvono (influenza, enterite)

Infezioni persistenti CRONICHE

• continua produzione di antigeni virali e, spesso, di progenie virale
• lesioni cellulari dovute alla continua esposizione all'azione della risposta immune
• malattie cronicamente evolutive (epatite cronica da HBV)

Infezioni persistenti LATENTI

• integrazione del genoma virale in quello ospite (oppure, circolarizzato, in forma episomale), che rimane silente, senza produzione di antigeni e progenie virale, e non causa sintomatologia
• sede della latenza: gangli sensoriali
• possibilità di recidive a seguito di condizioni predisponenti la riattivazione (herpes)

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Andamento delle infezioni virali

• il virus «scompare» (influenza)
• il virus «scompare>> per poi ricomparire in seguito ad eventuale riattivazione (HSV)
• presenza del virus continua, a livelli molto bassi e per lungo tempo, causando sintomatologia più leggera ma in progressiva evoluzione (HBV)

Acute infection Number of virions Latent infection Persistent infection Time (days) Time (months, years) Copyright 2010 Pearson Education, Inc. I virus 15 di 18T

Azione oncogena dei virus

• Alcuni virus possono essere implicati nella patogenesi di alcune neoplasie animali e umane (virus oncogeni)
• I virus oncogeni alterano l'omeostasi cellulare sovvertendo il controllo del ritmo proliferativo della cellula, attraverso l'inibizione di geni oncosoppressori o l'attivazione incontrollata di oncogeni (Trasformazione cellulare)

Esempi di virus oncogeni

• DNA-virus: papillomavirus HPV-16, HPV-18 Carcinoma tratto genitale femm
• Hepadnavirus HBV
• RNA-virus: Flavivirus HCV Carcinoma epatico

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Farmaci antivirali

• Farmaci che agiscono sulle fasi precoci (Es. inibitori canale ionico M2, amantadina -> influenza)
• Farmaci che agiscono sulla replicazione degli acidi nucleici virali/su enzimi virus specifici [es. analoghi nucleosidici acicloguanosina (aciclovir) -> HSV, azidotimidina AZT-> HIV; inibitori polimerasi -> influenza, inibitori proteasi -> HIV]
• Farmaci che agiscono sull'assemblaggio e/o rilascio della progenie virale (es. inibitori neuraminidasi, oseltamivir ->influenza)

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Nuovi approcci antivirali

CURCUMIN AND ANALOGUES [101; 102] R. coreanus; OXIMACRO [110]:[112] CYSTUS052® [140] GINSENG EXTRACT [109] H. lupulus EXTRACT [108] QUERCETIN AND CATECHINS [100] GINSENG EXTRACT [109] STILBENE AND CHALCONE DERIVATIVES [99] VIRAL RELEASE 1 VIRAL ENTRY IAV RV AND CURCUMIN ANALOGUES [98]; [103] Assembly 1 GSH (5; 63) GSH-C4 [34] MAPK H. lupulus EXTRACT [108] CURCUMIN ANALOGUES [103] RNP Formation Protein Synthesis and folding P38 JNK ERK1/2 1 1 GSH Se@AM NANOPARTICLES [124] mRNA Synthesis VRNP L RNA (+) Synthesis Nrf2 RNA (-) ARE RNA (-) Replication VITAMINS [143-149] SELENIUM [153-156] NAC [55; 56] GSH (159] GSH-C4 [165-167] 1 IMMUNE RESPONSE Checconi P. et al Int J Mol Sci 2020 P SULFORAPHANE; EGCG [46] CURCUMIN [104] ROS PRODUCTION 1 I virus 18 di 18