Cykl retrowirusowy: 9 faktów, które powinieneś wiedzieć

by

Spis treści

Retrowirusy

Połączenia retrowirusy to klasa wirusów, które mają RNA jako genom i mogą wstawić swój genom do DNA gospodarza, ten krok jest kluczowy dla cyklu życiowego retrowirusa lub cykl retrowirusa stąd zmiana genomu komórki gospodarza. Po wejściu do cytoplazmy gospodarza retrowirus syntetyzuje cDNA z genomowego RNA przy użyciu swojego enzymu odwrotna transkryptaza. Ten proces jest więc niezwykły i odwrotny od normalnego procesu transkrypcji transkrypcja odwrotna. Wirus jest znany jako retrowirus (retro oznacza „wstecz”). CDNA powstałe w procesie odwrotnej transkrypcji jest integrowane z genomem komórki gospodarza za pomocą enzymu zwanego integrazą.

Po tym etapie retrowirusowe DNA jest znane jako prowirus. Prowirus jest teraz częścią genomu komórki gospodarza. Podlega replikacji, transkrypcji i translacji oraz DNA komórki gospodarza. Prowirus jest zdolny do wytwarzania i składania nowych kopii wirusa, podążając za cyklem retrowirusa.

Retrowirusy są podzielone na trzy podrodziny:

  • Oncoretrowirusy: są to wirusy onkogenne, które powodują kilka rodzajów raka.
  • Lentiwirusy są powszechnie znane jako powolne retrowirusy, które powodują niedobory odporności u kilku organizmów.
  • Spumawirusy są również znane jako pieniste wirusy i nie powodują chorób.

Niektóre poważne choroby wywoływane przez retrowirusy u ludzi i innych zwierząt obejmują:

  • Rak myszy jest wywoływany przez mysiego wirusa białaczki (MLV)
  • Różne choroby u ludzi są wywoływane przez ludzkie wirusy T-limfotropowe (HTLV)
  • Zespół nabytego niedoboru odporności (AIDS) jest spowodowany przez ludzki wirus niedoboru odporności (HIV)

Prowirus

Jest to genom wirusowy zintegrowany z DNA komórki gospodarza. Podobnie jak w przypadku bakteriofagów, prowirusy często nazywane są profagami. Jednak niewielka różnica między prowirusem a profagiem polega na tym, że nawet jeśli komórka gospodarza jest w stanie stresu, prowirus nie odłącza się (wycina) od genomu gospodarza, w przeciwieństwie do profaga. 

Prowirus może istnieć w stanie nieaktywnego endogennego elementu wirusowego lub może ulegać replikacji. Nieaktywne endogenne elementy wirusowe nie replikują się, dopóki nie rozpocznie się proces replikacji genomu komórki gospodarza. Wszystkie komórki potomne zakażonego żywiciela będą wtedy zawierać prowirusa. Stan nieaktywny może trwać przez wiele pokoleń komórki gospodarza. Endogenny retrowirus zawsze pozostaje w stanie prowirusa. Ten proces namnażania wirusa jest znany jako rozmnażanie lizogenne.

Integracja genomu wirusa z DNA komórki gospodarza zwykle skutkuje produktywną lub utajoną infekcją.

Produktywne zakażenie: prowirus rozpoczyna transkrypcję mRNA w celu wytworzenia nowych kopii wirusa poprzez przejęcie maszynerii komórkowej gospodarza. Wzrost liczby kopii wirusa wewnątrz gospodarza komórka powoduje lizę jego błony komórkowej. Cząstki wirusa są uwalniane po lizie komórki gospodarza. Mogą zarażać inne sąsiadujące komórki organizmu gospodarza.

Infekcja utajona: prowirus przez większość czasu pozostaje cichy transkrypcyjnie. Ale prowirus staje się aktywny transkrypcyjnie wraz ze zmianą stanu zdrowia i warunków środowiskowych żywiciela. Zmiana skutkuje przejściem infekcji utajonej na produktywną.

Prawie 8% ludzkiego genomu składa się z prowirusów i dziedzicznych retrowirusów endogennych. Kilka wirusów prokariotycznych integruje również genom ze swoim gospodarzem prokariotycznym komórka jak eukariotyczna wirusy. Prokariotyczne prowirusy generalnie replikują się, gdy cały cykl replikacje chromosomów.

Retrowirus a prowirus

Kluczowe różnice między prowirusami i retrowirusami są następujące:

Prowirusy

  • To wirusowy genom zintegrowany z genomem gospodarza
  • To etap replikacji wirusa
  • Nie zawierają enzymu odwrotnej transkryptazy

Retrowirusy

  • To wirus RNA, który ma zdolność syntezy cDNA z RNA w procesie odwrotnej transkrypcji
  • Są to jednoniciowe wirusy RNA
  • Zawierają enzym znany jako odwrotna transkryptaza
cykl retrowirusa
Rysunek (cykl retrowirusa): Cykl życia retrowirusa
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hiv_gross.png

Cykl retrowirusowy

Cykl życiowy lub replikacja retrowirusów jest wyjątkowy w porównaniu z innymi organizmami. Cykl replikacji retrowirusa kończy się w następujących fazach:

Infekcja: retrowirusy wchodzą w kontakt z żywicielem i infekują normalne komórki organizmu gospodarza. internalizacja: genom RNA retrowirusa wchodzi do cytoplazmy komórki gospodarza.

Transkrypcja odwrotna: w gospodarzu cytoplazma komórkowazachodzi proces odwrotnej transkrypcji. cDNA jest wytwarzany z wirusowego genomu RNA za pomocą enzymu znanego jako odwrotna transkryptaza, a proces ten jest znany jako odwrotna transkrypcja.

CDNA jest następnie wprowadzany do jądra komórki gospodarza przez kompleks porów jądrowych.

Integracja: cDNA (wirusowe DNA) integruje się teraz z genomem komórki gospodarza za pomocą enzymu znanego jako integraza

Wirusowa ekspresja genów: Geny wirusowe są następnie transkrybowane w celu utworzenia mRNA, które później podlega translacji w celu wytworzenia białek wirusowych.

Uwalnianie cząstek wirusa: Cząsteczki wirusa są następnie uwalniane z komórki gospodarza przez rozerwanie błony komórkowej komórki gospodarza (faza lityczna). 

Infekcja rozprzestrzenia się: cząsteczki wirusa uwolnione z komórek gospodarza infekują następnie sąsiednie komórki gospodarza. 

Wirusowe RNA

RNA zawiera również informacje genetyczne podobne do DNA. Kilka wirusów (szczególnie retrowirusów) zawiera genom RNA i często są one uważane za wirusy RNA. Ich genomy RNA tłumaczą, że kodują różne białka. Niektóre z tych białek są często zaangażowane w replikację, transkrypcję i odwrotną transkrypcję wirusowego genomu RNA. Niektóre białka chronią wirusowe RNA / genom, gdy cząsteczka wirusa kontaktuje się z gospodarzem. Wiroidy to patogeny złożone z samych cząsteczek RNA; są replikowane w organizmie rośliny żywicielskiej za pomocą polimerazy RNA komórki roślinnej. Wiroidy nie kodują żadnego białka.

RNA to kluczowa bio-makrocząsteczka obecna w retrowirusach. Są na ogół zaangażowane w syntezę białek i przenoszą informacje genetyczne z DNA poza jądrem niezbędne do konserwacji.  

Materiał genetyczny wirusa HIV składa się z

HIV (ludzki wirus niedoboru odporności) to retrowirus wywołujący AIDS (zespół nabytego niedoboru odporności), który zawodzi w układzie odpornościowym organizmu. Stan AIDS sprawia, że ​​nasz organizm jest bardziej podatny na infekcje chorobotwórcze, a nawet odpowiedzialny za rokowanie w kilku typach nowotworów. HIV jest retrowirusem i należy do rodziny Retroviridae. Nazywa się to retrowirusem, ponieważ w przeciwieństwie do wszystkich innych wirusów, przechowują informacje genetyczne w RNA, a nie w DNA, i za pomocą enzymu znanego jako odwrotna transkryptaza, tworzą kopię cDNA (komplementarnego DNA) z genomu RNA jako gdy tylko wejdą do komórki gospodarza.

Zdobywają maszynerię komórkową gospodarza do syntezy lub reprodukcji cząstek wirusa. HIV ma dwie kopie dodatniego jednoniciowego RNA (+ ssRNA) jako ich genom otoczony stożkowym kapsydem białek. Ponadto HIV zawiera enzymy, takie jak integraza, rybonukleaza, proteaza i odwrotna transkryptaza, które są wymagane do rozwoju retrowirusa. 

HIV str
Rysunek (cykl retrowirusa): genom i struktura wirusa HIV
"Struktura wirionu wirusa HIV”(CC BY 2.0) przez NIAID

Wirusy RNA wymagają własnego zaopatrzenia w określone enzymy, ponieważ

Retrowirusy (wirusy RNA) zawierają RNA jako materiał genetyczny lub genom. W przeciwieństwie do tego, komórki organizmu gospodarza zawierają DNA jako swój genom. Aby zintegrować genom z DNA komórki gospodarza, retrowirus syntetyzuje cDNA ze swojego genomu RNA przez odwrotną transkrypcję. W ten proces bierze udział enzym odwrotna transkryptaza i potrzebuje RNA matryca do syntezy cDNA. W celu syntezy cDNA z RNA, retrowirusy niosą własne enzymy do replikacji i rekombinacji genomu wirusa z DNA komórki gospodarza, ponieważ DNA komórki gospodarza nie ma genów dla takich enzymów.

Teminizm

To teoria oparta na odwrotnej transkrypcji (występuje głównie w cyklu retrowirusowym). Teminizm służy do wyjaśnienia, że ​​RNA może również działać jako szablon do tworzenia cDNA. Proces rozpoczyna się, gdy tylko retrowirus dostanie się do organizmu gospodarza. W cytoplazmie komórek gospodarza zachodzi proces odwrotnej transkrypcji. RNA z retrowirusa wchodzi do kompleksu nukleo-białkowego. Proces odwrotnej transkrypcji wytwarza liniowy dupleks DNA mający długie powtórzenia końcowe (LTR), powszechnie znane jako końcowe duplikacje. Końcowe duplikacje nie występują w genomie retrowirusowego RNA.

Zgodnie z centralnym dogmatem:

DNA -> mRNA -> Białko

DNA koduje mRNA w procesie transkrypcji, a ten mRNA dalej koduje białka w procesie translacji.

Teminizm jest jedynym znanym wyjątkiem od centralnego dogmatu wykazywanego przez retrowirusy. Wirusy zawierające genom RNA przeżywają fazę swojego cyklu życiowego. Ich RNA jest używany jako matryca do syntezy DNA przez enzym działanie odwrotnej transkryptazy. Ich zdolność do wykonywania odwrotnej transkrypcji jest bardzo często wykorzystywana w dziedzinie biologii molekularnej.

teminizm 1
Rysunek (cykl retrowirusów): Teminizm jest jedynym wyjątkiem od centralnego dogmatu https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Extended_Central_Dogma_with_Enzymes.jpg

Enzymy RNA

Enzymy RNA (Rybozymy) to cząsteczki RNA wykazujące zdolność katalizowania kilku reakcji szlaków biochemicznych. Enzym RNA ułatwia reakcję, taką jak składanie RNA (potranslacyjna modyfikacja u eukariotów). W 1982 roku po raz pierwszy ujawniono, że RNA działa jak biokatalizator, podobnie jak enzymy, a także działa jako materiał genetyczny. Zostało to dodatkowo poparte hipotezą świata RNA, która sugeruje znaczenie RNA w ewolucji prebiotycznych autonomicznie replikujących się (samoreplikujących) systemów.

Rybozymy biorą również udział w tworzeniu wiązań peptydowych, ligacji i cięciu kompleksu DNA i RNA. Enzymy RNA biorą udział w łączeniu rybosomalnego RNA (rRNA) dużej podjednostki rybosomu z aminokwasami podczas translacji i syntezy białek. Enzymy RNA biorą również udział w biosyntezie tRNA (transfer RNA) i replikacji wirusów. Rybozym typu spinka do włosów, leadzyme, VSribozyme i rybozymy typu hammerhead są powszechne przykłady enzymów RNA.

Rybozym 1
Rysunek (cykl retrowirusa): katalityczne działanie rybozymu
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribozyme.jpg

wnioski

W tym artykule omówiono aspekty cyklu życia retrowirusów oraz różnicę między prowirusami a retrowirusami. Aby dowiedzieć się więcej na temat retrowirusów i odwrotnej transkryptazy, kliknij tutaj

Najczęściej zadawane pytania

Q1. Co sprawia, że ​​proces odwrotnej transkryptazy jest mniej dokładny i podatny na błędy. Czy można w jakiś sposób zwiększyć jego dokładność?

Odpowiedź: Ponieważ odwrotna transkryptaza nie ma możliwości korekty spolimeryzowanego produktu, proces odwrotnej transkrypcji jest bardzo podatny na błędy. Zaprojektowana odwrotna transkryptaza może rozwiązać problem błędów.

Q2. Czy odwrotna transkryptaza nie jest używana przez normalną komórkę człowieka

Odpowiedź: Nasz organizm posiada specyficzny typ odwrotnej transkryptazy zwany telomerazą odpowiedzialną za syntezę telomerycznego DNA. 

Pytanie 3. Czy ktoś wie, w jaki sposób retrowirus, taki jak HIV, może wytwarzać dsDNA z 2+ cząsteczek ssRNA i odwrotnej transkryptazy

Odpowiedź: retrowirusy charakteryzują się obecnością enzymu odwrotnej transkryptazy i genomu RNA. Wytwarzają dsDNA z ssRNA za pomocą enzymu odwrotnej transkryptazy, a następnie integrują swój genom z genomem gospodarza. Następnie zintegrowany genom retrowirusa (prowirus) dokonuje transkrypcji i translacji z cząstkami wirusa (cykl retrowirusa). 

Pytanie 4. Kiedy odwrotna transkryptaza odczytuje RNA, czy odczytuje od 3 ′ do 5 ′

Odpowiedź: odwrotna transkryptaza wiąże się z końcem 5 'matrycy RNA. Syntetyzuje DNA w kierunku 5 '-> 3'.

Ale czyta szablon RNA w kierunku 3 '-> 5'.

P5. Czy odwrotna transkryptaza może transkryptować mRNA do DNA

Odpowiedź: Tak, może syntetyzować DNA z mRNA. W szczególności odwrotna transkryptaza jest często używana do konstruowania bibliotek cDNA z szablonów mRNA.

Pytanie 6. Które wirusy są retrowirusami

Odpowiedź: Wirusy zawierające RNA jako genom nazywane są retrowirusami. 

P7. Czy rybozym jest białkiem

Odpowiedź: Rybozymy to cząsteczki RNA, które w niektórych przypadkach mogą różnić się kompleksami RNA-Białko. Rybosomy są aktywne katalitycznie.

Pytanie 8. Czy infekcja retrowirusem jest zawsze nieuleczalna i śmiertelna 

Odpowiedź: spumawirusy (klasa retrowirusów) nie powodują chorób. Nie wszystkie infekcje retrowirusowe są śmiertelne. 

Przeczytaj także: