Ciclo dei retrovirus: 9 fatti che dovresti sapere

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retrovirus

I retrovirus sono la classe di virus che hanno RNA come genoma e possono inserire il suo genoma nel DNA ospite, questo passaggio è cruciale per il ciclo di vita di un retrovirus o il ciclo del retrovirus quindi cambiando il genoma della cellula ospite. Dopo essere entrato nel citoplasma dell'ospite, il retrovirus sintetizza il cDNA dall'RNA genomico usando il suo enzima trascrittasi inversa. Questo processo è insolito e inverso al normale processo di trascrizione, quindi trascrizione inversa. Il virus è noto come retrovirus (retro significa "indietro"). Il cDNA formato nel processo di trascrizione inversa è integrato nel genoma della cellula ospite con un enzima noto come integrasi.

Dopo questo passaggio, il DNA retrovirale è noto come provirus. Il provirus fa ora parte del genoma della cellula ospite. Subisce replicazione, trascrizione e traduzione e il DNA della cellula ospite. Il provirus è in grado di produrre e assemblare nuove copie del virus seguendo il ciclo del retrovirus.

I retrovirus sono classificati in tre sottofamiglie:

  • Oncoretrovirus: questi sono i virus oncogeni che causano diversi tipi di cancro.
  • Lentivirus sono comunemente noti come retrovirus lenti che causano immunodeficienze in diversi organismi.
  • Spumavirus sono noti anche come virus schiumosi e non causano malattie.

Alcune gravi malattie causate da retrovirus nell'uomo e in altri animali includono:

  • Il cancro nel topo è causato dal virus della leucemia murina (MLV)
  • Varie malattie nell'uomo sono causate da virus T-linfotropi (HTLV) umani
  • La sindrome da immunodeficienza acquisita (AIDS) è causata dal virus dell'immunodeficienza umana (HIV)

Provirus

È un genoma virale integrato nel DNA della cellula ospite. Simile al caso dei batteriofagi, i provirus sono spesso chiamati profagi. Ma la leggera differenza tra il provirus e il profago è che anche se la cellula ospite è in condizioni di stress, un provirus non si stacca (asportare) dal genoma dell'ospite, a differenza di un profago. 

Un provirus può esistere nello stato di un elemento virale endogeno inattivo o può subire la replicazione. Gli elementi virali endogeni inattivi non si replicano fino a quando non inizia il processo di replicazione del genoma della cellula ospite. Tutte le cellule figlie dell'ospite infetto conterranno quindi il provirus. Lo stato inattivo potrebbe durare per molte generazioni della cellula ospite. Il retrovirus endogeno rimane sempre nello stato di provirus. Questo processo di moltiplicazione del virus è noto come riproduzione lisogenica.

L'integrazione del genoma virale nel DNA della cellula ospite di solito si traduce in un'infezione produttiva o latente.

Infezione produttiva: il provirus inizia a trascrivere l'mRNA per produrre nuove copie del virus dirottando il macchinario cellulare dell'ospite. Un aumento delle copie del virus all'interno dell'host cellula provoca la lisi della sua membrana cellulare. Le particelle virali vengono rilasciate dopo la lisi della cellula ospite. Possono infettare le altre cellule vicine del corpo ospite.

Infezione latente: il provirus rimane trascrizionalmente silenzioso per la maggior parte del tempo. Ma il provirus diventa trascrizionalmente attivo con il cambiamento delle condizioni di salute e ambientali dell'ospite. Il cambiamento si traduce nel passaggio da un'infezione latente a un'infezione produttiva.

Quasi l'8% del genoma umano comprende provirus e retrovirus endogeni ereditari. Diversi virus procariotici integrano anche il genoma nel loro ospite procariotico cellula come eucariotico virus. I provirus procariotici generalmente si replicano quando l'intera circolare il cromosoma si replica.

Retrovirus contro provirus

Le differenze principali tra provirus e retrovirus sono le seguenti:

Provirus

  • È un genoma virale integrato con il genoma dell'ospite
  • È una fase di replicazione del virus
  • Non contengono l'enzima della trascrittasi inversa

retrovirus

  • È un virus a RNA che ha la capacità di sintetizzare il cDNA dall'RNA mediante il processo di trascrizione inversa
  • Sono virus a RNA a filamento singolo
  • Contengono un enzima noto come trascrittasi inversa
ciclo del retrovirus
Figura (ciclo del retrovirus): ciclo di vita del retrovirus
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hiv_gross.png

Ciclo del retrovirus

Il ciclo di vita o replicazione dei retrovirus è unico rispetto agli altri organismi. Il ciclo di replicazione del retrovirus si completa nelle seguenti fasi:

Infezione: i retrovirus entrano in contatto con l'ospite e infettano le cellule normali del corpo ospite. Internalizzazione: il genoma dell'RNA del retrovirus entra nel citoplasma della cellula ospite.

Trascrizione inversa: nell'ospite citoplasma cellulare, ha luogo il processo di trascrizione inversa. Il cDNA è prodotto dal genoma dell'RNA virale con l'aiuto di un enzima noto come trascrittasi inversa e il processo è noto come trascrizione inversa.

Il cDNA viene quindi fatto entrare nel nucleo della cellula ospite attraverso il complesso dei pori nucleari.

Integrazione: il cDNA (DNA virale) ora si integra con il genoma della cellula ospite con l'aiuto di un enzima noto come integrasi

Espressione genica virale: i geni virali vengono quindi trascritti per formare mRNA, che in seguito subisce la traduzione per produrre proteine ​​virali.

Rilascio di particelle virali: particelle virali vengono quindi rilasciate dalla cellula ospite rompendo la membrana cellulare della cellula ospite (fase litica). 

L'infezione si diffonde: le particelle virali rilasciate dalle cellule ospiti infettano quindi le cellule ospiti vicine. 

RNA virale

L'RNA contiene anche informazioni genetiche simili al DNA. Diversi virus (in particolare i retrovirus) contengono il genoma dell'RNA e sono spesso considerati virus dell'RNA. I loro genomi di RNA si traducono per codificare una varietà di proteine. Alcune di queste proteine ​​sono spesso coinvolte nella replicazione, trascrizione e trascrizione inversa del genoma dell'RNA virale. Alcune delle proteine ​​proteggono l'RNA / genoma virale quando la particella virale entra in contatto con l'ospite. I viroidi sono agenti patogeni composti da sole molecole di RNA; vengono replicati all'interno del corpo della pianta ospite con l'aiuto della RNA polimerasi delle cellule vegetali. I viroidi non codificano per alcuna proteina.

Gli RNA sono la biomacromolecola cruciale presente nei retrovirus. Sono generalmente coinvolti nella sintesi proteica e trasportano le informazioni genetiche da DNA fuori dal nucleo indispensabile per la manutenzione.  

Il materiale genetico dell'HIV è costituito da

L'HIV (virus dell'immunodeficienza umana) è un retrovirus che causa l'AIDS (sindrome da immunodeficienza acquisita) che fallisce nel sistema immunitario del corpo. La condizione dell'AIDS rende il nostro corpo più suscettibile alle infezioni patogene e persino responsabile della prognosi di diversi tipi di cancro. L'HIV è un retrovirus e appartiene alla famiglia dei Retroviridae. È chiamato retrovirus perché, a differenza di tutti gli altri virus, memorizzano le loro informazioni genetiche nell'RNA piuttosto che nel DNA e, con l'aiuto di un enzima noto come trascrittasi inversa, creano una copia del cDNA (DNA complementare) dal loro genoma di RNA come non appena entrano nella cellula ospite.

Acquisiscono il meccanismo cellulare ospite per sintetizzare o riprodurre particelle virali. L'HIV ha due copie dell'RNA a filamento singolo (+ ssRNA) a senso positivo come il loro genoma avvolto da un capside conico di proteine. Inoltre, l'HIV contiene enzimi come integrasi, ribonucleasi, proteasi e trascrittasi inversa, necessari per sviluppare il retrovirus. 

HIV str
Figura (ciclo del retrovirus): genoma e struttura dell'HIV
"Struttura del virione dell'HIV"(CC BY 2.0) di NIAID

I virus a RNA richiedono la propria fornitura di alcuni enzimi perché

I retrovirus (virus a RNA) contengono RNA come materiale genetico o genoma. Al contrario, le cellule del corpo ospite contengono il DNA come genoma. Per integrare il genoma nel DNA della cellula ospite, il retrovirus sintetizza il cDNA dal suo genoma di RNA mediante trascrizione inversa. L'enzima trascrittasi inversa è coinvolto in questo processo e ha bisogno di un RNA modello per sintetizzare il cDNA. Al fine di sintetizzare il cDNA dall'RNA, i retrovirus portano i propri enzimi per la replicazione e la ricombinazione del genoma virale con il DNA della cellula ospite poiché il DNA della cellula ospite non ha geni per tali enzimi.

Teminismo

È una teoria basata sulla trascrizione inversa (si verifica principalmente nel ciclo dei retrovirus). Il teminismo viene utilizzato per spiegare che l'RNA può anche fungere da modello per la formazione del cDNA. Il processo inizia non appena il retrovirus entra nel corpo dell'ospite. Il processo di trascrizione inversa opera nel citoplasma delle cellule ospiti. L'RNA del retrovirus entra nel complesso nucleo-proteico. Il processo di trascrizione inversa produce un duplex di DNA lineare con ripetizioni terminali lunghe (LTR), comunemente note come duplicazioni terminali. Le duplicazioni terminali non sono presenti nel genoma dell'RNA retrovirale.

Secondo il dogma centrale:

DNA -> mRNA -> Proteine

Il DNA codifica per mRNA dal processo di trascrizione e questo mRNA codifica ulteriormente per la proteina dal processo di traduzione.

Il teminismo è l'unica eccezione nota del dogma centrale esibito dai retrovirus. I virus contenenti il ​​genoma dell'RNA sperimentano una fase nel loro ciclo di vita. Il loro RNA viene utilizzato come modello per la sintesi DNA dall'enzima azione della trascrittasi inversa. La loro capacità di eseguire la trascrizione inversa è molto spesso utilizzata nel campo della biologia molecolare.

teminismo 1
Figura (ciclo del retrovirus): il teminismo è l'unica eccezione del dogma centrale https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Extended_Central_Dogma_with_Enzymes.jpg

Enzimi RNA

Enzimi RNA (ribozimi) sono le molecole di RNA che mostrano la capacità di catalizzare le reazioni di diversi percorsi biochimici. L'enzima RNA facilita la reazione come lo splicing dell'RNA (una modifica post-traduzionale negli eucarioti). Nell'anno 1982, è stato rivelato per la prima volta che l'RNA agisce come un bio-catalizzatore come gli enzimi e agisce anche come materiale genetico. Ciò è stato ulteriormente supportato dall'ipotesi del mondo RNA, che suggerisce l'importanza dell'RNA nell'evoluzione dei sistemi pre-biotici che si replicano autonomamente (autoreplicanti).

I ribozimi sono anche coinvolti nella formazione del legame peptidico, nella legatura e nella scissione del complesso di DNA e RNA. Enzimi RNA sono coinvolti nel collegamento dell'RNA ribosomiale (rRNA) della grande subunità del ribosoma con gli amminoacidi durante la traduzione e la sintesi proteica. Gli enzimi RNA sono anche coinvolti nella biosintesi del tRNA (RNA di trasferimento) e nella replicazione dei virus. Sono comuni il ribozima a forcina, il leadzyme, il VSribozyme e i ribozimi martello esempi di enzimi RNA.

Ribozima 1
Figura (ciclo del retrovirus): azione catalitica del ribozima
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribozyme.jpg

Conclusioni

Questo articolo copre gli aspetti del ciclo di vita retrovirale e la differenza tra provirus e retrovirus. Per saperne di più sui retrovirus e sulla trascrittasi inversa, clicca qui

FAQ

Q1. Cosa rende il processo di trascrittasi inversa meno accurato e soggetto a errori C'è un modo per renderlo più accurato?

Risposta: Poiché la trascrittasi inversa non ha la capacità di correggere le bozze del prodotto polimerizzato, il processo di trascrizione inversa è molto soggetto a errori. La trascrittasi inversa ingegnerizzata può risolvere il problema degli errori.

Q2. La trascrittasi inversa non è utilizzata dalla cellula normale nell'uomo

Risposta: Il nostro corpo ha un tipo specifico di trascrittasi inversa nota come telomerasi responsabile della sintesi del DNA telomerico. 

Q3. Qualcuno sa come un retrovirus come l'HIV può produrre dsDNA da molecole 2 + ssRNA e una trascrittasi inversa

Risposta: i retrovirus sono caratterizzati dalla presenza dell'enzima trascrittasi inversa e del genoma dell'RNA. Producono dsDNA da ssRNA con l'aiuto dell'enzima trascrittasi inversa e quindi integrano il loro genoma nel genoma dell'ospite. Quindi il genoma retrovirale integrato (provirus) trascrive e si traduce con le particelle virali (ciclo del retrovirus). 

Q4. Quando la trascrittasi inversa legge l'RNA, legge da 3 ′ a 5 ′

Risposta: la trascrittasi inversa si lega all'estremità 5 'del modello di RNA. Sintetizza il DNA nella direzione 5 '-> 3.'

Ma legge lo stampo di RNA nella direzione 3 '-> 5.'

Q5. Può una trascrittasi inversa trascrivere un mRNA in DNA

Risposta: Sì, può sintetizzare il DNA dall'mRNA. In particolare, la trascrittasi inversa viene spesso utilizzata per costruire librerie di cDNA da modelli di mRNA.

Q6. Quali virus sono retrovirus

Risposta: I virus contenenti RNA come genoma sono noti come retrovirus. 

Q7. Il ribozima è una proteina

Risposta: I ribozimi sono molecole di RNA e, in alcuni casi, possono variare in base ai complessi RNA-proteina. I ribosomi sono cataliticamente attivi.

Q8. L'infezione da retrovirus è sempre incurabile e letale 

Risposta: gli spumavirus (una classe di retrovirus) non causano malattie. Non tutte le infezioni retrovirali sono letali. 

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