Replicación y genética viral
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Replicación y genética viral Replicación y genética viral Document Transcript

  • REPLICACIÓN Y GENÉTICA VIRAL D.J. Wise1 and G.R. Carter2 1 Department of Biology, Concord University, Athens, West Virginia, USA.2 Virginia- Maryland Regional College of Veterinary Medicine, Virginia Tech, Blacksburg, Virginia, USA. Replicación viral La replicación viral es un proceso muy complejo y variado. La mecánica de la replicación depende fundamentalmente del tipo de ácido nucleico y de organización genética de cada virus en particular. A pesar de la variación que existe en las estrategias de replicación, hay concordancia en varios pasos de la réplica viral. Todos los esquemas de replicación contienen los siguientes pasos básicos: anclaje, penetración, descapsidación o desnudamiento (si es necesario), síntesis de proteínas (o expresión genética), replicación del genoma, ensamblaje (morfogénesis), y liberación. El anclaje depende de la interacción física entre el virion y la superficie de la célula hospedera /blanco. Típicamente esta interacción es de tipo receptor-ligando, lo que determina especificidad de especie o especificidad de tipo celular. Sin el anclaje la infección viral no puede ocurrir, sin embargo no todos los anclajes resultan en infección productiva. En otras palabras, el anclaje es necesario pero no asegura que la replicación va a continuar. La penetración se refiere a la introducción del ácido nucleico viral dentro de la célula, a la internalización de la nucleocápside vía endocitosis mediada por receptores, o a la fusión de la envoltura viral con la membrana plasmática. Como resultado inmediato, el ácido nucleico (viral) se localiza ya sea en el citosol o dentro de una vesícula de endocitosis. La descapsidación o desnudamiento del ácido nucleico de la nucleocápside puede requerir la participación de proteínas hospederas u otros factores. La descapsidación es un prerrequisito para la expresión del genoma viral. Después de la descapsidación, el ácido nucleico viral puede seguir alguna de dos alternativas: continuar hacia el ciclo de replicación o que una copia de éste se integre al genoma de la célula hospedera y permanezca quiescente hasta que sea activado (retrovirus). En la síntesis de proteínas (expresión genética) se produce ARN mensajero (ARNm) y éste es traducido a proteínas virales. Independientemente de si el virus tiene genoma de ADN o de ARN, si es de una sola o de doble cadena, segmentado o monopartita, el genoma tiene que producir ARNm que puedan ser reconocidos y traducidos por la maquinaria de la célula hospedera. Tal como será descrito para cada uno de los grupos virales, hay un mecanismo único a través del cual la maquinaria de la célula hospedera llega a dedicarse principalmente a la síntesis de productos virales, y no de productos celulares. Replicación del genoma: El mecanismo de replicación genómica varía de acuerdo al tipo de ácido nucleico, su estructura y topología. Para los virus más simples este proceso lo realizan las enzimas de la célula hospedera; sin embargo la mayoría de los virus codifican sus propias enzimas de replicación. La maduración es el ensamblaje de partículas virales completas. La maduración de virus desnudos es principalmente el ensamblaje del genoma + proteínas de la
  • cápside para formar la nucleocápside. Esto ocurre espontáneamente a través de interacciones proteína-proteína y proteína-ácido nucleico. En la maduración de los viriones envueltos, la nucleocápside adquiere una envoltura externa formada por membranas de la célula hospedera (membrana nuclear, de aparato de Golgi, de retículo endoplásmico o de membrana plasmática), la cual contiene una bicapa lipídica de origen celular con proteínas codificadas por el virus. La membrana es adquirida a través de un proceso conocido como protrusión de yemas. Liberación de los viriones. En el caso de los virus desnudos o sin envoltura, son liberados miles de viriones progenie a través de la muerte y la lisis celular. En el caso de los virus envueltos los viriones progenie son liberados por protrusión de yemas hacia el exterior de la célula. Este proceso no necesariamente provoca la muerte celular, aunque algunos virus envueltos también pueden ser liberados a través de lisis celular. Replicación de virus de ADN En general, los virus de ADN se replican dentro del núcleo. Son excepciones los virus de la viruela y los iridovirus (virus de insectos y de peces), que usan "fábricas" citoplásmicas. Aquellos virus de ADN que se multiplican dentro del núcleo utilizan la polimerasa ARN dependiente de ADN del hospedero para la transcripción. La mayoría de los virus de viruela y de los iridovirus tienen transcriptasas codificadas por el virion que les permite replicarse en el citoplasma. La replicación del ADN viral es semiconservativa y simétrica, con replicación de ambas cadenas. En los virus con ADN de doble cadena (ADNds) como los adenovirus, la replicación de ambas cadenas hijas no necesariamente sigue el mismo mecanismo. Las polimerasas del hospedero pueden estar involucradas en la replicación de genomas de tamaño pequeño a moderado (papilomavirus, poliomavirus), mientras que los virus con genomas grandes generalmente codifican para sus propias polimerasas (adenovirus, herpesvirus y virus de viruela). La maduración de los virus de ADN, con excepción de los virus de viruela e iridovirus, ocurre en el núcleo. Las proteínas estructurales son transportadas desde el citoplasma hasta el núcleo, donde interactúan unas con otras y con el genoma viral, ensamblando la cápside que rodea al ácido nucleico. Los virus envueltos completan su maduración por protrusión de yemas a través de la membrana nuclear (iridovirus) o de la membrana plasmática. Replicación de virus ADN de doble cadena Estos incluyen las siguientes familias virales asociadas con animales: Asfarviridae, Poxviridae, Iridoviridae, Herpesviridae, Poliomaviridae, Papillomaviridae, y la Adenoviridae (Figure 3.1). El tamaño de los genomas varía desde 5 - 8 kb (Polyomaviridae) hasta más de 300 kb ( Poxviridae e Iridoviridae). En general la replicación se lleva a cabo en el núcleo por enzimas del hospedero (para virus pequeños como polioma y papilomavirus) o por replicasas codificadas por el virus (adenovirus, herpesvirus). La replicación de virus de viruela y de
  • algunos iridovirus se lleva a cabo en el citoplasma, provocando la formación de cuerpos de inclusión que contienen las enzimas necesarias de origen viral asociadas con la replicación, como las polimerasas de ADN dependientes de ADN viral. El ADN de cadena doble (ADNds) puede estar en forma circular, lineal, permutada circularmente o lineal con extremos cerrados covalentemente. Los genomas circulares pequeños se replican bidireccionalmente de manera similar a los plásmidos. Se postula que la replicación del ADN de los poliomavirus (cerrado, circular y de doble cadena) se lleva a cabo mediante un "mecanismo de manivela" que incluye endonucleasa y ligasa. La endonucleasa "corta" una cadena, permitiendo que se replique una región pequeña, y luego el corte es reparado por una ligasa. Figura 3-1. Esquema general de la replicación de virus de ADN de cadena doble. Para ver una magnificación oprima la figura Replicación de virus ARN La replicación de la mayoría de los virus ARN ocurre estrictamente en el citoplasma de las células y es independiente de la maquinaria nuclear. Son excepciones los ortomixovirus (bunyavirus), que requieren factores de transcripción de ADN del hospedero; y los retrovirus, que se replican vía un intermediario de ADN. El anclaje es una interacción electrostática entre los viriones y los receptores celulares específicos. Los virus entran entonces por endocitosis mediada por receptores o por fusión con la membrana celular o con la vesícula endocítica (virus envueltos). La descapsidación ocurre en el citoplasma o durante el paso a través de la membrana celular (translocación), como parece que es el caso de los picornavirus. Sin embargo el ARN de los reovirus, nunca se descapsida completamente, pero permanece en centros virales durante la expresión genética y la replicación. El genoma de algunos virus ARN es una sola molécula de ARN (monopartita); en otros el genoma está segmentado (multipartita).
  • El ARN de algunos virus animales funciona como ARNm (sentido +) y puede ser traducido directamente, mientras que el genoma de otros es antisense (sentido -) y debe ser transcrito primero a ARN+ por una polimerasa ARN dependiente codificada por el virus (transcriptasa). Los retrovirus tienen la enzima transcriptasa reversa (ADN polimerasa dependiente de ARN) que permite la formación de un intermediario de ADNds (ADN provirus), el cual se incorpora al genoma del hospedero, y posteriormente es transcrito en ARNm por la ARN polimerasa ADN dependiente del hospedero. En general, la replicación del ARN viral es semiconservativa y se lleva a cabo vía un intermediario replicativo (R1). El R1 consiste en ARN viral parental que sirve como molde para la transcripción de muchas cadenas de ARN, que eventualmente se "desprenden" y sirven como molde para la síntesis de ARN viral. La replicación del ARN de doble cadena de los reovirus es conservadora y asimétrica; solo una de las cadenas se replica, a diferencia del ADN de doble cadena. El proceso de replicación requiere ARN polimerasas dependientes de ARN (replicasas) que son codificadas por el virus. La maduración ocurre en el citoplasma con la asociación de ARN viral con las proteínas de la cápside, formando la nucleocápside. Los virus envueltos terminan su maduración por protrusión de yemas a través del retículo endoplásmico, el aparato de Golgi o la membrana plasmática.