Retrovírus - Retrovirus

Retrovírus
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Esquema de retrovírus de HIV de infecção celular, produção de vírus e estrutura do vírus
Classificação de vírus e
(não classificado): Vírus
Reino : Riboviria
Reino: Pararnavirae
Filo: Artverviricota
Classe: Revtraviricetes
Pedido: Ortervirales
Família: Retroviridae
Subfamílias e gêneros

Um retrovírus é um tipo de vírus que insere uma cópia de seu genoma de RNA no DNA de uma célula hospedeira que invade, alterando assim o genoma dessa célula. Uma vez dentro do citoplasma da célula hospedeira , o vírus usa sua própria enzima transcriptase reversa para produzir DNA a partir de seu genoma de RNA, o reverso do padrão usual, portanto retro (para trás). O novo DNA é então incorporado ao genoma da célula hospedeira por uma enzima integrase , ponto em que o DNA retroviral é referido como um pró - vírus . A célula hospedeira então trata o DNA viral como parte de seu próprio genoma, transcrevendo e traduzindo os genes virais junto com os próprios genes da célula, produzindo as proteínas necessárias para montar novas cópias do vírus.

Embora os retrovírus tenham subfamílias diferentes, eles têm três grupos básicos: os oncoretrovírus (retrovírus oncogênicos), os lentivírus (retrovírus lentos) e os spumavírus (vírus espumosos). Os oncoretrovírus são capazes de causar câncer em algumas espécies, os lentivírus são capazes de causar imunodeficiência severa e morte em humanos e outros animais, e os espumavírus são benignos e não estão ligados a nenhuma doença em humanos ou animais.

Muitos retrovírus causam doenças graves em humanos, outros mamíferos e pássaros. Os retrovírus humanos incluem HIV-1 e HIV-2 , a causa da doença AIDS . Além disso, o vírus linfotrópico T humano (HTLV) causa doenças em humanos. Os vírus da leucemia murina (MLVs) causam câncer em hospedeiros de camundongo. Os retrovírus são ferramentas de pesquisa valiosas em biologia molecular e têm sido usados ​​com sucesso em sistemas de entrega de genes.

Estrutura

Os vírions , vírus na forma de partículas independentes de retrovírus, consistem em partículas envelopadas com cerca de 100  nm de diâmetro. O envelope lipídico externo consiste em glicoproteína. Os vírions também contêm duas moléculas idênticas de RNA de fita simples com 7 a 10 quilobases de comprimento. As duas moléculas estão presentes como um dímero, formado pelo emparelhamento de bases entre sequências complementares. Os locais de interação entre as duas moléculas de RNA foram identificados como um " laço de haste em beijo ". Embora os vírions de diferentes retrovírus não tenham a mesma morfologia ou biologia, todos os componentes dos vírions são muito semelhantes.

Os principais componentes do vírion são:

  • Envelope : composto por lipídios (obtidos da membrana plasmática do hospedeiro durante o processo de brotamento ) e também por glicoproteína codificada pelo gene env . O envelope retroviral tem três funções distintas: proteção do ambiente extracelular por meio da bicamada lipídica , permitindo que o retrovírus entre / saia das células hospedeiras através do tráfego da membrana endossômica e a capacidade de entrar diretamente nas células por fusão com suas membranas.
  • RNA : consiste em um RNA dímero . Ele tem uma tampa na extremidade 5 ' e uma cauda poli (A) na extremidade 3'. O RNA genômico (gRNA) é produzido como resultado da atividade da RNA polimerase II (Pol II) do hospedeiro e, pela adição de um tampão 5 'de metila e uma cauda poli-A 3', é processado como um mRNA do hospedeiro. O genoma do RNA também possui regiões terminais não codificantes, que são importantes na replicação, e regiões internas que codificam proteínas do virion para a expressão gênica . A extremidade 5 'inclui quatro regiões, que são R, U5, PBS e L. A região R é uma sequência curta repetida em cada extremidade do genoma usada durante a transcrição reversa para garantir a transferência correta de ponta a ponta no crescimento cadeia. U5, por outro lado, é uma curta sequência única entre R e PBS. PBS (sítio de ligação do primer) consiste em 18 bases complementares à extremidade 3 'do primer tRNA. A região L é uma região líder não traduzida que fornece o sinal para o empacotamento do RNA do genoma. A extremidade 3 'inclui 3 regiões, que são PPT (trato de polipurina), U3 e R. O PPT é um iniciador para a síntese de DNA de fita positiva durante a transcrição reversa . U3 é uma sequência entre PPT e R, que serve como um sinal que o pró-vírus pode usar na transcrição . R é a sequência repetida terminal na extremidade 3 '.
  • Proteínas : consistindo em proteínas gag, protease (PR), proteínas pol e proteínas env.
    • As proteínas do antígeno específico de grupo (gag) são os principais componentes do capsídeo viral , com cerca de 2.000 a 4.000 cópias por vírion. Gag possui dois domínios de ligação de ácido nucleico, incluindo matriz (MA) e nucleocapsídeo (NC). Especificamente, reconhecer, ligar e empacotar o RNA genômico retroviral na montagem de vírions é uma das funções importantes da proteína Gag. As interações de gag com RNAs celulares também regulam aspectos de montagem. A expressão de gag por si só dá origem à montagem de partículas semelhantes a vírus imaturas que brotam da membrana plasmática. Em todos os retrovírus, a proteína Gag é o precursor da proteína estrutural interna.
    • A protease (pro) é expressa de forma diferente em vírus diferentes. Ele funciona em clivagens proteolíticas durante a maturação do vírion para fazer as proteínas gag e pol maduras. As proteínas retrovirais Gag são responsáveis ​​pela coordenação de muitos aspectos da montagem do vírion.
    • As proteínas Pol são responsáveis ​​pela síntese do DNA viral e integração no DNA do hospedeiro após a infecção.
    • As proteínas Env desempenham um papel na associação e entrada de vírions na célula hospedeira. Possuir uma cópia funcional de um gene env é o que torna os retrovírus distintos dos retroelementos . A capacidade do retrovírus de se ligar à célula hospedeira alvo usando receptores de superfície celular específicos é dada pelo componente de superfície (SU) da proteína Env, enquanto a capacidade do retrovírus de entrar na célula através da fusão da membrana é transmitida pela membrana componente transmembranar ancorado (TM). Portanto, é a proteína Env que permite que o retrovírus seja infeccioso.
    • Várias espécies de proteínas estão associadas ao RNA no vírion do retrovírus. A proteína nucleocapsídeo (NC) é a proteína mais abundante, que reveste o RNA; enquanto outras proteínas, presentes em quantidades muito menores e têm atividades enzimáticas. Algumas atividades enzimáticas que estão presentes no vírion do retrovírus incluem DNA polimerase dependente de RNA (transcriptase reversa; RT), DNA polimerase dependente de DNA, Ribonuclease H (RNase H) Integrase e Protease. Foi demonstrado que as RNases H retrovirais codificadas por todos os retrovírus, incluindo o HIV, mostram três modos diferentes de clivagem: interno, DNA 3 'direcionado e RNA 5' direcionado. Todos os três modos de clivagem constituem papéis na transcrição reversa. Portanto, a atividade da RNase H é essencial em vários aspectos da transcrição reversa. O uso de uma atividade de RNase H durante a replicação retroviral exibe uma estratégia única para copiar um genoma de RNA de fita simples em um DNA de fita dupla, uma vez que os DNA de fita negativa são complementares e fazem o emparelhamento de bases para o genoma do retrovírus no primeiro ciclo de DNA síntese. A atividade da ribonuclease RNase H também é necessária no ciclo de vida retroviral, pois gera e remove primers essenciais pela Transcriptase Reversa (TR) para o início da síntese de DNA. Retrovírus sem atividade de RNase H não são infecciosos.
A organização genômica e subgenômica de um retrovírus prototípico. As abreviações são explicadas na descrição do arquivo.

Estrutura genômica

O genoma retroviral é empacotado como partículas virais. Essas partículas virais são dímeros de moléculas de RNA linear de fita simples, de sentido positivo.

Retrovírus (e ortervírus em geral) seguem um layout de 5'– gag - pro - pol - env –3 'no genoma do RNA. gag e pol codificam poliproteínas, cada uma gerenciando o capsídeo e a replicação. A região pol codifica enzimas necessárias para a replicação viral, como transcriptase reversa, protease e integrase. Dependendo do vírus, os genes podem se sobrepor ou se fundir em cadeias poliproteicas maiores. Alguns vírus contêm genes adicionais. O gênero lentivírus, o gênero spumavirus, o gênero HTLV / vírus da leucemia bovina (BLV) e um gênero de vírus de peixe recém-introduzido são retrovírus classificados como complexos. Esses vírus possuem genes chamados genes acessórios, além dos genes gag, pro, pol e env. Os genes acessórios estão localizados entre pol e env, a jusante do env, incluindo a região U3 de LTR, ou no env e porções sobrepostas. Embora os genes acessórios tenham funções auxiliares, eles também coordenam e regulam a expressão do gene viral. Além disso, alguns retrovírus podem carregar genes chamados oncogenes ou genes onc de outra classe. Retrovírus com esses genes (também chamados de vírus transformadores) são conhecidos por sua capacidade de causar tumores rapidamente em animais e transformar células em cultura em um estado oncogênico.

As poliproteínas são clivadas em proteínas menores, cada uma com sua própria função. Os nucleotídeos que os codificam são conhecidos como subgenes .

Multiplicação

Um retrovírus possui uma membrana contendo glicoproteínas, que são capazes de se ligar a uma proteína receptora em uma célula hospedeira. Existem duas fitas de RNA dentro da célula que possuem três enzimas: protease, transcriptase reversa e integrase (1). A primeira etapa da replicação é a ligação da glicoproteína à proteína receptora (2). Uma vez ligados, a membrana celular se degrada, tornando-se parte da célula hospedeira, e as fitas de RNA e enzimas entram na célula (3). Dentro da célula, a transcriptase reversa cria uma fita complementar de DNA a partir do RNA do retrovírus e o RNA é degradado; esta fita de DNA é conhecida como cDNA (4). O cDNA é então replicado e as duas fitas formam uma ligação fraca e entram no núcleo (5). Uma vez no núcleo, o DNA é integrado ao DNA da célula hospedeira com a ajuda da integrase (6). Essa célula pode permanecer dormente ou o RNA pode ser sintetizado a partir do DNA e usado para criar as proteínas de um novo retrovírus (7). As unidades de ribossomo são usadas para traduzir o mRNA do vírus nas sequências de aminoácidos que podem ser transformadas em proteínas no retículo endoplasmático rugoso. Esta etapa também produzirá enzimas virais e proteínas do capsídeo (8). O RNA viral será feito no núcleo. Essas peças são então reunidas e removidas da membrana celular como um novo retrovírus (9).

Quando os retrovírus integram seu próprio genoma na linha germinal , seu genoma é passado para a geração seguinte. Esses retrovírus endógenos (ERVs), em contraste com os exógenos , agora constituem 5–8% do genoma humano. A maioria das inserções não tem função conhecida e são freqüentemente chamadas de " DNA lixo ". No entanto, muitos retrovírus endógenos desempenham papéis importantes na biologia do hospedeiro, como controle da transcrição gênica, fusão celular durante o desenvolvimento da placenta no curso da germinação de um embrião e resistência à infecção retroviral exógena. Os retrovírus endógenos também têm recebido atenção especial na pesquisa de patologias relacionadas à imunologia , como doenças autoimunes como a esclerose múltipla , embora os retrovírus endógenos ainda não tenham demonstrado desempenhar qualquer papel causal nessa classe de doença.

Enquanto a transcrição era classicamente pensada para ocorrer apenas do DNA para o RNA, a transcriptase reversa transcreve o RNA em DNA. O termo "retro" em retrovírus se refere a esta reversão (fazendo DNA a partir de RNA) da direção usual de transcrição. Ele ainda obedece ao dogma central da biologia molecular , que afirma que a informação pode ser transferida do ácido nucléico para o ácido nucléico, mas não pode ser transferida de volta da proteína para a proteína ou para o ácido nucléico. A atividade da transcriptase reversa fora dos retrovírus foi encontrada em quase todos os eucariotos , permitindo a geração e inserção de novas cópias de retrotransposons no genoma do hospedeiro. Essas inserções são transcritas por enzimas do hospedeiro em novas moléculas de RNA que entram no citosol. Em seguida, algumas dessas moléculas de RNA são traduzidas em proteínas virais. As proteínas codificadas pelos genes gag e pol são traduzidas de mRNAs de comprimento de genoma em poliproteínas Gag e Gag-Pol. Por exemplo, para o gene gag ; é traduzido em moléculas da proteína do capsídeo e para o gene pol ; é traduzido em moléculas de transcriptase reversa. Os retrovírus precisam de uma quantidade muito maior de proteínas Gag do que as proteínas Pol e desenvolveram sistemas avançados para sintetizar a quantidade necessária de cada uma. Por exemplo, após a síntese de Gag, quase 95 por cento dos ribossomos terminam a tradução, enquanto outros ribossomos continuam a tradução para sintetizar Gag-Pol. No retículo endoplasmático rugoso começa a glicosilação e o gene env é traduzido de mRNAs emendados no retículo endoplasmático rugoso em moléculas da proteína do envelope. Quando as moléculas da proteína do envelope são transportadas para o complexo de Golgi, elas são divididas em glicoproteína de superfície e glicoproteína transmembrana por uma protease do hospedeiro. Esses dois produtos de glicoproteína permanecem intimamente ligados e são transportados para a membrana plasmática após nova glicosilação.

É importante observar que um retrovírus deve "trazer" sua própria transcriptase reversa em seu capsídeo , caso contrário, não será capaz de utilizar as enzimas da célula infectada para realizar a tarefa, devido à natureza incomum de produzir DNA a partir de RNA.

Drogas industriais que são projetadas como inibidores de protease e da transcriptase reversa são feitas de modo que tenham como alvo locais e sequências específicas dentro de suas respectivas enzimas. No entanto, essas drogas podem rapidamente se tornar ineficazes devido ao fato de que as sequências de genes que codificam para a protease e a transcriptase reversa sofrem mutações rapidamente. Essas mudanças nas bases fazem com que códons e locais específicos com as enzimas mudem e, assim, evitam o direcionamento do medicamento ao perder os locais que o medicamento realmente atinge.

Como a transcrição reversa carece da revisão usual da replicação do DNA, um retrovírus sofre mutações com muita frequência. Isso permite que o vírus se torne resistente a medicamentos antivirais rapidamente e impede o desenvolvimento de vacinas e inibidores eficazes para o retrovírus.

Uma dificuldade enfrentada por alguns retrovírus, como o retrovírus Moloney, envolve a necessidade de as células se dividirem ativamente para a transdução. Como resultado, células como os neurônios são muito resistentes à infecção e transdução por retrovírus. Isso dá origem à preocupação de que a mutagênese por inserção devido à integração no genoma do hospedeiro possa levar ao câncer ou leucemia. Isso é diferente do Lentivirus , um gênero de Retroviridae , que é capaz de integrar seu RNA ao genoma de células hospedeiras que não se dividem.

Recombinação

Dois genomas de RNA são empacotados em cada partícula de retrovírus, mas, após uma infecção, cada vírus gera apenas um provírus . Após a infecção, ocorre a transcrição reversa e esse processo é acompanhado por recombinação . A recombinação envolve a troca de fita modelo entre as duas cópias do genoma (recombinação de escolha de cópia) durante a transcrição reversa. De 5 a 14 eventos de recombinação por genoma ocorrem em cada ciclo de replicação. A recombinação genética parece ser necessária para manter a integridade do genoma e como um mecanismo de reparo para salvar genomas danificados.

Transmissão

Provirus

O DNA formado após a transcrição reversa (o provírus) é mais longo do que o genoma do RNA porque cada um dos terminais tem as sequências U3 - R - U5 chamadas de repetição terminal longa (LTR). Assim, o terminal 5 'tem a sequência U3 extra, enquanto o outro terminal tem a sequência U5. Os LTRs são capazes de enviar sinais para tarefas vitais a serem realizadas, como o início da produção de RNA ou o gerenciamento da taxa de transcrição. Dessa forma, os LTRs podem controlar a replicação e, portanto, todo o progresso do ciclo viral. Embora localizado no núcleo, o cDNA retroviral não integrado é um substrato muito fraco para a transcrição. Por esta razão, um provírus integrado é necessário para uma expressão permanente e eficaz de genes retrovirais.

Este DNA pode ser incorporado ao genoma do hospedeiro como um pró-vírus que pode ser transmitido às células descendentes. O DNA do retrovírus é inserido aleatoriamente no genoma do hospedeiro. Por isso, pode ser inserido em oncogenes . Desta forma, alguns retrovírus podem converter células normais em células cancerosas. Alguns provírus permanecem latentes na célula por um longo período de tempo antes de serem ativados pela mudança no ambiente celular.

Evolução inicial

Estudos de retrovírus levaram à primeira síntese demonstrada de DNA a partir de modelos de RNA, um modo fundamental para a transferência de material genético que ocorre em eucariotos e procariotos . Especulou-se que os processos de transcrição de RNA para DNA usados ​​por retrovírus podem ter primeiro causado o uso do DNA como material genético. Nesse modelo, a hipótese do mundo do RNA , os organismos celulares adotaram o DNA mais estável quimicamente quando os retrovírus evoluíram para criar o DNA a partir dos modelos de RNA .

Uma estimativa da data de evolução dos retrovírus endógenos espumosos situou o tempo do ancestral comum mais recente em> 450  milhões de anos atrás .

Terapia de genes

Os vetores gammaretrovirais e lentivirais para terapia gênica foram desenvolvidos para mediar a modificação genética estável de células tratadas por integração cromossômica dos genomas do vetor transferido. Essa tecnologia é útil, não apenas para fins de pesquisa, mas também para terapia genética clínica que visa a correção de defeitos genéticos a longo prazo, por exemplo, em células-tronco e progenitoras. Partículas de vetores retrovirais com tropismo para várias células-alvo foram projetadas. Os vetores gammaretrovirais e lentivirais têm sido usados ​​até agora em mais de 300 ensaios clínicos, abordando opções de tratamento para várias doenças. Mutações retrovirais podem ser desenvolvidas para fazer modelos de camundongos transgênicos para estudar vários tipos de câncer e seus modelos metastáticos .

Câncer

Os retrovírus que causam o crescimento do tumor incluem o vírus do sarcoma de Rous e o vírus do tumor mamário de camundongo . O câncer pode ser desencadeado por proto-oncogenes que foram erroneamente incorporados ao DNA proviral ou pela ruptura de proto-oncogenes celulares. O vírus do sarcoma de Rous contém o gene src que desencadeia a formação do tumor. Mais tarde, descobriu-se que um gene semelhante nas células está envolvido na sinalização celular, que provavelmente foi extirpado com o DNA proviral. Os vírus não transformadores podem inserir aleatoriamente seu DNA em proto-oncogenes, interrompendo a expressão de proteínas que regulam o ciclo celular. O promotor do DNA do provírus também pode causar superexpressão de genes reguladores. Os retrovírus podem causar doenças como câncer e imunodeficiência. Se o DNA viral for integrado aos cromossomos do hospedeiro, pode levar a infecções permanentes. Portanto, é importante descobrir a resposta do corpo aos retrovírus. Especialmente retrovírus exógenos estão associados a doenças patogênicas. Por exemplo, camundongos têm vírus de tumor mamário de camundongo (MMTV), que é um retrovírus. Este vírus passa para ratos recém-nascidos através do leite mamário. Os ratos portadores do vírus contraem câncer mamário por causa do retrovírus aos 6 meses de idade. Além disso, o vírus da leucemia I (HTLV-1), encontrado em células T humanas, foi encontrado em humanos por muitos anos. Estima-se que esse retrovírus cause leucemia entre 40 e 50 anos. Possui estrutura replicável que pode induzir câncer. Além da sequência genética usual dos retrovírus, o HTLV-1 contém uma quarta região, PX. Esta região codifica as proteínas reguladoras Tax, Rex, p12, p13 e p30. A proteína Tax inicia o processo leucêmico e organiza a transcrição de todos os genes virais no DNA proviral do HTLV integrado.

Classificação

Filogenia de Retroviridae

Exógeno

Retrovírus exógenos são vírus infecciosos contendo RNA ou DNA que são transmitidos de um organismo para outro. No sistema de classificação de Baltimore , que agrupa os vírus com base em sua forma de síntese de RNA mensageiro , eles são classificados em dois grupos: Grupo VI: vírus de RNA de fita simples com um intermediário de DNA em seu ciclo de vida e Grupo VII: vírus de fita dupla Vírus de DNA com um intermediário de RNA em seu ciclo de vida.

Vírus do Grupo VI

Todos os membros do Grupo VI usam transcriptase reversa codificada por vírus , uma polimerase de DNA dependente de RNA, para produzir DNA a partir do genoma de RNA do vírion inicial. Esse DNA costuma ser integrado ao genoma do hospedeiro, como no caso de retrovírus e pseudovírus , onde é replicado e transcrito pelo hospedeiro.

Grupo VI inclui:

A família Retroviridae era anteriormente dividida em três subfamílias ( Oncovirinae , Lentivirinae e Spumavirinae ), mas agora está dividida em duas: Orthoretrovirinae e Spumaretrovirinae . O termo oncovírus agora é comumente usado para descrever um vírus causador de câncer. Esta família agora inclui os seguintes gêneros:

Note-se que de acordo com ICTV 2017, genus Spumavirus foi dividido em cinco gêneros, e seus ex-espécie tipo vírus espumoso Simian é agora atualizado para genus Simiispumavirus com não menos de 14 espécies, incluindo novas espécies de tipo chimpanzé Oriental vírus espumoso dos símios .

Vírus do Grupo VII

Ambas as famílias do Grupo VII têm genomas de DNA contidos nas partículas de vírus invasores. O genoma do DNA é transcrito em mRNA, para uso como transcrito na síntese de proteínas, e RNA pré-genômico, para uso como molde durante a replicação do genoma. A transcriptase reversa codificada por vírus usa o RNA pré-genômico como um modelo para a criação de DNA genômico.

Grupo VII inclui:

Esta última família está intimamente relacionada com a recém-proposta

enquanto as famílias Belpaoviridae , Metaviridae , Pseudoviridae , Retroviridae e Caulimoviridae constituem a ordem Ortervirales .

Endógeno

Retrovírus endógenos não são formalmente incluídos neste sistema de classificação e são amplamente classificados em três classes, com base na relação com gêneros exógenos:

  • Classe I são mais semelhantes aos gammaretrovírus
  • Classe II são mais semelhantes aos betaretrovírus e alfaretrovírus
  • Classe III são mais semelhantes aos espumavírus.

Tratamento

Os medicamentos anti-retrovirais são medicamentos para o tratamento da infecção por retrovírus, principalmente HIV . Diferentes classes de medicamentos anti-retrovirais atuam em diferentes estágios do ciclo de vida do HIV . A combinação de vários (normalmente três ou quatro) medicamentos anti-retrovirais é conhecida como terapia anti-retroviral altamente ativa (HAART).

Tratamento de retrovírus veterinários

As infecções pelo vírus da leucemia felina e pelo vírus da imunodeficiência felina são tratadas com produtos biológicos , incluindo o único imunomodulador atualmente licenciado para venda nos Estados Unidos, o Lymphocyte T-Cell Immune Modulator (LTCI).

Notas

Referências

Leitura adicional

links externos