La dimensione dei virus From Principles of Virology Flint et al

Differenze con gli organismi viventi - Mancanza di ribosomi e membrane associate (ecc. Arenavirus) - Mancanza del sistema generatore di ATP Mancanza di attività metabolica (aminoacidi, nucleotidi e lipidi) - Un solo tipo di acido nucleico

I virus sono composti da: Acido nucleico: DNA o RNA, ds o ss : nucleo centrale o CORE Rivestimento proteico (formato da unita’ proteiche): CAPSIDE Involucro esterno: membrana lipoproteica : PERICAPSIDE

GENOMI VIRALI struttura biochimica: DNA RNA quantità nel virione: 1% (virus influenzali) 50% (alcuni batteriofagi) quantità di informazione: 3 kb per catena ~ 3-4 geni 300 kb per catena > 100 geni (1,2 Mb - Mimivirus) unica molecola =aploide (eccezione: retrovirus forma: lineare (eccezione: Papovavirus ( circolare)

Genomi a DNA 3 kb - 600 kb ds DNA lineare (eccezioni: Papillomavirus, Poliomavirus e Hepadnavirus ) ss DNA (parvovirus) adenovirus legame covalente con proteine poxvirus cross-linking

Genomi a DNA Ridondanza terminale: presenza di “terminal repeats” (TR) (genoma di Adenovirus) Sequenze identiche ……...e di “inverted terminal repeats” (ITR) (genoma di Poxvirus, Parvovirus ed Herpesvirus). a b c c’ b’ a’ 5’ 3’ 3’ 5’ a’ b’ c’ c b a La lunghezza dei ITR varia da 20 a 150 residui nucleotidici. Nei Poxvirus è di oltre 10.000 basi (> 5% del genoma)

+ - a b c c’ b’ a’ a’ b’ c’ c b a a b c a’ b’ c’ a’ b’ c’ a b c 5’ 3’ 3’ 5’ a’ b’ c’ c b a melt and annealing 5’ 3’ 3’ 5’ a b c a’ b’ c’ a’ b’ c’ a b c + - Le sequenze terminali sono necessarie per la replicazione del GENOMA VIRALE

Genomi a DNA Genomi compatti: presenza di ORF differenti trascrizione da segmenti di DNA con polarità differente Es schema genoma papova SV40 50% in una direzione 50% nell’altra

legato a istoni cellulari (H2A, H2B, H3 e H4) nucleosoma Minicromosoma di SV40 con 24 nucleosomi DNA ds circolare (5.2 Kbp) legato a istoni cellulari (H2A, H2B, H3 e H4)

Genomi a RNA 6 - 16 kb Molecole di RNA ss lineari Molecole lineari di RNA ds (Reovirus) Molecole di RNA ds circolare (alcuni virus vegetali) unico filamento segmentato (ss - Influenza virus (8 segmenti) ds - Rotavirus (11 segmenti) doppio filamento ss (retrovirus) Polarità positiva Polarità negativa

Genomi a RNA RNA + RNA - ambisenso analoghi agli mRNA cellulari struttura cap al 5’ (picornavirus - proteina VpG (22aa) legata covalentemente sequenze poli A al 3’ (eccezione: virus delle piante - sequenza simile a tRNA RNA - terminano all’estremità 5’ con un nucleoside trifosfato ambisenso (Bunyavirus ed Arenavirus)

Genomi a RNA (+) La struttura secondaria svolge un ruolo importante nella regolazione della loro funzione di messaggeri IRES di POLIOVIRUS

GENOMI VIRALI Tutti i genomi presentano regioni specifiche di incapsidamento

Capside virale i capsidi virali sono formati da subunità proteiche che si auto-assemblano le forze che mediano l’assemblaggio delle unità proteiche sono interazioni elettrostatiche (legami idrogeno e ionici) ed idrofobiche (legami idrofobici e forze di Van der Waals) sono specifiche e ben definite

Funzioni del capside * * * Protezione dell’acido nucleico sia da elementi fisici che dall’idrolisi enzimatica delle nucleasi cellulari * Determinazione della forma del virione * Per I virus nudi : Funzione di attacco a proteine recettoriali presenti sulla membrana della cellula ospite

STRUTTURA del CAPSIDE ELICOIDALE (virus a RNA) ICOSAEDRICA (virus a DNA ed alcuni virus a RNA) COMPLESSA (Poxvirus, batteriofagi)

Struttura del capside elicoidale Protomero (unità strutturale) I protomeri hanno legami coda-a-coda (legami identici): nastro avvolgimento intorno all’asse dell’elica = asse rotazionale contatti additionali tra avvolgimenti adiacenti la lunghezza del genoma determina la lunghezza del capside from Fields et al., (1996) Fundamental Virology, 3rd edition

Esempi di capsidi elicoidali TUTTI hanno la stessa simmetria Genoma: (Nucleo)capside Nudi: Rigidi (TMV) Involucro: Flessibili (Rhabdovirus, Parainfluenza ed Influenza) differente forma dei virioni: ruolo di altre proteine strutturali VSV: forma a proiettile (proteina M) From Flint et al.. Principles in Virology (2000), ASM Press

SIMMETRIA ICOSAEDRICA ICOSAEDRO: 20 FACCE 12 VERTICI Ogni faccia è costituita da unità proteiche ripetute UNITA’ DI BASE = PROTOMERO

Facendo ruotare l’icosaedro, a seconda dell’angolo di osservazione, Simmetria 5:3:2 Facendo ruotare l’icosaedro, a seconda dell’angolo di osservazione, l’icosaedro presenta 2 (spigoli), 3 (centro della faccia) o 5 (vertici) Assi di Simmetria

SIMMETRIA ICOSAEDRICA Un icosaedro puo essere costruito partendo da un piano diviso in 12 esagoni uniformi Ogni esagono può essere decomposto in 6 triangoli equilateri Se ripetiamo per 12 volte avremo un icosaedro regolare composto da 60 elementi (12 x 5) figura piana figura 3D

capsidi icosaedrici Il capside è formato da unità proteiche ripetute (identiche o differenti) i contatti forti che si formano tra le unità proteiche agli assi di simmetria 5 e 3 formano dei raggruppamenti che definiscono le unità morfologiche (visibili al ME) dette capsomeri

CAPSOMERI 1 polipeptide più polipeptidi ESONI (ESOMERI) = i CAPSOMERI delle 20 facce PENTONI (PENTOMERI) = i CAPSOMERI ai 12 vertici

Assemblaggio di un capside icosaedrico PROBLEMI Le sub-unità proteiche NON sono simmetriche, quindi: 1. come formare Ie corrette interazioni? 2. come controllare il corretto assemblaggio? SOLUZIONI 1. I contatti tra le sub-unità sono: quasi-equivalenti una subunità, a seconda dell’ambiente strutturale, lega le sub-unità vicine in modo simile ma non identico 2. ogni sub-unità: ha estremità flessibili in grado di interagire differentemente specifici “domains” stabilizzano le strutture (e.g. VP4 di poliovirus)

Impacchettamento di 60 unità (VP1-VP2-VP3) nei virioni del Poliovirus struttura ad alta risoluzione del poliovirus (1985) Strutture 3D simile a forma di “cuneo”

L’assemblagggio di capsidi “grandi” richiede proteine “Scaffold” Herpesvirus: Pre-VP22a, VP21: proteine “scaffold” VP24: proteasi From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

Struttura dei virus Herpes Simplex virus Adenovirus virus nudo Virus con involucro La struttura completa della particella virale è detta virione, termine che indica completezza di infettività.

virus provvisti di envelope La maggior parte dei virus provvisti di involucro sono sferici o appaiono non omogenei per forma e grandezza = virus pleiomorfi Influenza virus Virus della Stomatite vescicolare (Rhabdovirus)

involucro virale costituito da: bilayer lipidico derivato dalla membrana della cellulq ospite Glicoproteine virali Le glicoproteine sono generalmente associate tra loro in strutture oligomeriche visibili al ME dette spicole o spikes Virus dell’influenza

L’involucro è acquisito durante il processo di gemmazione sulla membrana della cellula ospite ciclo di replicazione del VSV secrezione della glicoproteina G assemblaggio del virus sulla membrana Le proteine cellulari vengono allontanate From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

I peplomeri dei Togavirus prendono contatto diretto con le proteine NC superfice esterna proteina NC interna I Togavirus sono i più semplici virus con involucro Non hanno proteina di Matrice! Legame diretto delle code citoplasmatiche delle proteine di membrana E1e E2 con le subunità di NC

Gli Herpesvirus hanno uno strato di proteine : “tegumento” From Flint et al. Principles of Virology (2000), ASM Press

VIRUS COMPLESSI involucro esterno involucro della regione centrale corpi laterali

Termini e Definizioni Termini Sinonimi Definizioni subunità proteica - singola catena polipeptidica unità strutturale protomero unità che costituisce parte del capside o del nucleocapside; può essere una subunità proteica o differenti subunità proteiche unità strutturale capsomero struttura superficiale vista al ME; non necessariamente corrisponde all’unità strutturale. Il termine è riiferito alla descrizione dei virus al ME capside rivestimento formato da proteine che racchiude il genoma dei virus nucleocapside core complesso proteina-acido nucleico; termine usato quando questo complesso è una struttura discreta nella particella involucro membrana doppio strato lipidico contenente glicoproteine virali virione - particella completa infettiva

VIRUS DIFETTIVI VIRUS SATELLITI Virus incapaci di replicazione autonoma (mutanti di delezione) Si replicano in presenza del virus selvaggio (virus helper) VIRUS SATELLITI Virus difettivi che non hanno un virus selvaggio correlato Sono presenti solo in cellule infettate da altri virus (virus helper) - Virus adeno-associati: DNAss codifica per poche proteine (parvovirus B) - Virus dell’epatite d - RNA, si replica solo in presenza del virus dell’epatite B

NOMENCLATURA DEI VIRUS Virus del morbillo Virus della parotite - tipo di malattia - morfologia rotavirus Coxsackie Marburg - luogo del primo isolamento - nome dello scienziato Epstein-Barr Papovavirus Papilloma Polyoma Vacuolating agents - acronimi

CRITERI PRINCIPALI per la CLASSIFICAZIONE dei VIRUS Caratteristiche Morfologiche Simmetria del nucleocapside e numero di capsomeri Presenza o assenza dell’involucro lipidico Caratteristiche Genomiche Tipo di acido nucleico (DNA/RNA) Numero e struttura dei filamenti di acido nucleico (singolo, doppio, lineare, circolare, circolare discontinuo, segmentato) Polarità del genoma virale Mappa di restrizione Caratteristiche Biologiche Tropismo d’ospite, di specie, di organo e tessuto Proprieta’ antigeniche

Classificazione dei Virus Il sistema classico E’ basato su due principi- 1) proprietà fisiche dell’agente infettivo (dimensione, simmetria del capside, presenza di involucro lipidico) 2) il tipo di acido nucleico

Classificazione dei virus il sistema genomico oggi è possibile classificare i virus sulla base delle sequenze genomiche dall’anno 2000 gli oltre 4000 virus identificati (virus delle piante, animali e batterici) sono divisi in 71 famiglie, 9 sottofamiglie e 164 generi.

Tassonomia dei virus Ordine virales Mononegavirales Famiglia viridae Orthomyxoviridae Herpesviridae Sottofamiglia virinae Alphaherpesvirinae Genere . influenzavirus A Simplexvirus Specie influenza A virus human herpes virus 1 Tipo herpes simplex virus 1 Ceppo influenza A/PR/8/34

CLASSIFICAZIONE dei VIRUS (D. Baltimore – 1971) CLASSE I DNAds POX - HERPES ADENOVIRUS CLASSE II DNAss PARVOVIRUS CLASSE III RNAds REOVIRUS CLASSE IV RNAss + PICORNAVIRUS ORTHOMYXOVIRUS CLASSE V RNAss – PARAMYXOVIRUS RHABDOVIRUS CLASSE VI RNA oncogeni RETROVIRUS CLASSE VII DNA a trascrizione inversa EPATITE B

virus a RNA

virus a DNA