x

ANGLISHT

VIROLOGJIA -  KAPITULLI III

STRATEGJIA E RIPRODHIMIT TË VIRUSEVE ME ADN

Dr Margaret Hunt

Professor Emerita
University of South Carolina School of Medicine

 

Përktheu:
Profesor Kristaq Bërxholi
Virolog - Fakulteti i Mjekësisë  Veterinare
Departamenti i Lëndëve Paraklinike
Tiranë  - Shqipëri  

OBJEKTIVAT E TË MËSUARIT

Analizat deskriptive të strategjive të riprodhimit të përdorura nga viruset me ADN të kafshëve

Identifikimi i protipeve të viruseve të lidhura  me skema të ndryshme  të riprodhimit të viruseve me AND

STRATEGJITË E PËRGJITHSHME

Gjenomi viral përmban informacion që:

• siguron riprodhimin e gjenomit viral 

• siguron vendosjen e gjenomit në brendësi të vironeve  

• ndryshon strukturën dhe/ose funksionin e qelizës bujtëse në një shkallë më të lartë ose më të ulët. 

STRATEGJIA VIRALE

Strategjia e virusit i referohet mënyrës me të cilën secili virus kryen funksionet e mësipërme. Me qenë se virusi është një parazit brendaqelizor, ai do të operojë brenda limiteve të imponuara nga qeliza bujtëse ose t’u bëjë bisht këtyre kufizimeve.

STRATEGJITË E RIPRODHIMIT TË VIRUSIT ME ADN

Parime të përgjithshme

• Viruset kanë nevojë të bëjnë ARNi që mund të përkthehet në proteinë nga makineria e përkthimit të qelizës bujtëse

• Virusit i nevojitet ta riprodhojë  gjenomin e tij.

• Enzimat e bujtësit për sintezën e ARNi dhe për riprodhimin e ADN-së janë bërthamore (me përjashtim ato në mitokondrie) dhe kështu, në rast se virusi i shfrytëzon për vete këto enzima, atij i nevojitet të futet në bërthamë. 

VIRUSET  ME ADN BËRTHAMORE

FAMILJA PARVOVIRUS 

Parvoviruset janë viruse shumë të vogla (me diametër 18 -25nm), me një zinxhir ADN (parvum= i vogël). Ata kanë kapsidë ikozahedrale dhe nuk kanë mbulesë. Riprodhimi i ADN-së ndodh në bërthamë. Parvovirusi human B-19 riprodhohet në qelizat në ndarje, para së gjithash në paraardhësit e eritrociteve në palcën e kockave dhe shkakton sëmundjen e eritemës infektive. Kjo zakonisht është një sëmundje e lehtë, porse ulja e prodhimit të eritrociteve mund të jetë problem në popullatën me tipa të ndryshëm të anemisë hemolitike të formës së rëndë.

FAMILJA  PAPILLOMAVIRUS

Familja e Papillomaviruseve më parë ishte grupuar më familjen e Polyomavirusit në familjen Papovavirus (Papiloma, Polyoma, Simian Vacuolating virus 40), për shkak se të dy familjet kanë një strukturë të ngjashme. Megjithkëtë, tani është e qartë që të dyja familjet kanë strategji të ndryshme të riprodhimit dhe kështu secilit grup tash i është dhënë statusi i një familjeje.

Papilomaviruset (figura 1) vështirë rriten në kulturë. Ato nuk do të diskutohen më tej në këtë seksion (por shih seksionin e viruseve tumorale me ADN)   

POLYOMAVIRUST

Këtu përfshihen SV40, BK, JC dhe polyoma viruset. Të gjitha kanë strategji të ngjashme për riprodhimin e AND-së. Ato janë të vegla ( me diametër ~40nm ), ikozahedral, pa mbulesë që riprodhohen në bërthamë. Në vartësi prej qelizës bujtëse, ato ose mund transformojnë qelizën ( shih këtu) ose virusi riprodhohet  dhe lizon qelizën. 

    CIKLI LITIK

NGJITJA, PENETRIMI DHE ZHVESHJA

Proteinat e kapsidës virale ndërveprojnë me receptorët sipërfaqësorë të qelizës dhe futen  në qelizë ndoshta nëpërmjet rrugës së endocitozës. Virionet transportohen në bërthamë dhe zhvishen. ADN (dhe histonet e lidhura me të) futen në bërthamë, ndoshta nëpërmjet poreve të bërthamës.

PRODHIMI I ARNi VIRALE DHE PROTEINAVE

Shfaqja e gjeneve ndahet në fazën e hershme dhe fazën e vonshme.

Gjenet e hershme kodojnë enzima dhe proteina rregullatore të nevojshme për të filluar proceset e riprodhimit viral.   

Gjenet e vonshme kodojnë proteinat strukturale, proteina këto të nevojshme  për sistemimin e virusit të maturuar.   

 
Figura 4. Shfaqja e gjeneve  të vonshme
Shënim: - - - - tregon regjionet që janë hequr  në përpunimin alternativ të ARNi. Shigjetat e gjëra  tregojnë regjionet e përkthyera në proteinë
Modified from Fiers et al.,Nature 273:113  

 

FAZA E HERSHME E CIKLIT LITIK

Shfaqja e gjeneve të hershme (figura 3)

Promotori i hershëm njihet nga Polymeraza II e ARN-së së bujtësit (SV40 përmban  një  mbeshtetës të fuqishëm). Modifikimi posttranskripcional  i ARN (kapingu, metilimi, poliadenilimi, gërshetimi etj.) mbartet nga enzimat e bujtësit. Transkripti i hershëm (transkripti primar) është prodhuar dhe mandej duke pësuar përpunime alternative rezulton në ARNi për antigjenët T të mëdhenj e të vegjël (këto proteina e kanë një amino-terminal të përbashkët por karboksi-terminal të ndryshëm ).

ARNi përkthehen në citoplazmë.

Shënim: Transkripti primar, i cili mund të përpunohet dhe kodojë për më shumë se një proteinë është parë në disa familje virusesh dhe në qelizat e bujtësit.

 

FAZA E VONSHME E CIKLIT LITIK

Nga definicioni faza e vonshme fillon me nisjen e riprodhimit të gjenomit viral.

Riprodhimi i ADN-së

Riprodhimi i ADN-së së SV40/polyoma ndodh në bërthamë. 

T antigjeni i madh nevojitet për riprodhimin e ADN-së. Ky lidhet tek origjina e riprodhimit.

Polyoma viruset përdorin ADN polimerazën e qelizës së bujtësit, e cila njeh orgjinën e riprodhimit në rast se antigjeni T është prezent.

Riprodhimi i ADN-së është dykahësh ( ka dy furka të riprodhimit për gjenomë cirkulare të ADN-së dhe riprodhimi pjesëmarrës  udhëheq zinxhirët, Okazaki fragmentet , ADN ligazën, etj.). Ky proces i riprodhimit të ADN-së është shumë i ngjashëm me atë që ndodh në qelizën e bujtësit, e cila nuk është surprizë pasi virusi përdor kryesisht makinerinë e bujtësit përjashtuar  pjesëmarrjen e antigjenit T. 

Komplekset e bujtësit me Histonet me molekulat e reja të ADN-së së prodhuar. 

 

Shfaqja e gjeneve të vonshme (figura 4)

ARNi e vonshme prodhohet pas riprodhimit të ADN-së (tashmë një lot i ri i  ADN është i gatshëm si kallëp). ARNi i hershëm  tashmë është transkriptuar, porse në nivel shumë të ulët.

T antigjeni tanimë merr pjesë në rritjen e kontrollit të transkriptimit nga promotori i vonshëm dhe ul transkriptimin nga promotori i hershëm. Ai gjithashtu ndërvepron me proteinat e bujtësit dhe ndryshon cilësitë e qelizës së bujtësit, duke luajtur kështu rol në transformimin qelizor dhe formimin e tumoreve. 

VP1, 2, dhe 3 bëhen nga i njëjti transkript primar, i cili pëson gërshetime të ndryshme (figura 5). Kjo rezulton në kornizën lexuese për VP1 duke qenë e ndryshme nga ajo për  VP2 dhe VP3. Kështu një regjion i ADN-së mund të kodojë për dy sekuenca aminoacidesh të ndryshme në bazë të së cilës është përdorur korniza lexuese. Kjo është tjetër rrugë që viruset (dhe qelizat) mund të përdorin një pjesë të shkurtër të ADN-së për të koduar për më shumë se një sekuencë proteine.

SISTEMIMI

VP1, 2 dhe 3 ARNi përkthehen në citoplazmë, proteinat transportohen  për në bërthamë dhe kapsidat grumbullohen me ADN-në (dhe histonet qelizore) brenda kapsidës. Një sasi e madhe në numër e kapsidës grumbullohen në bërthamë dhe formojnë inkluzionet bërthamore. Virionet çlirohen nga liza e qelizës.

 

Figura 7b  Struktura e Adenovirusit

ADENOVIRUSET   

     CIKLI LITIK

ADSORBIMI DHE PENETRIMI

Adenoviruset zakonisht infektojnë qelizat epiteliale. Fibrat lidhen tek receptorët në sipërfaqen e qelizës dhe virusi mandej gëlltitet nëpërmjet endocitozës. Virusi duket se është i aftë të lizojë endozomën. Zhveshja ndodh në disa shkallë. ADN çlirohet në bërthamë (ndoshta tek poret bërthamore - figura 9).

FAZA E HERSHME

Transkriptimi i hershëm: Adenovirusi përdor ARN polimerazën e qelizës bujtëse dhe transkripton ARNi e hershme nga regjionet e shpërndara të të dy zinxhirëve (figura 10). Promotorët e shumtë rezultojnë në një kontroll më fleksibël. ARNi përpunohen nga kapingu nga qeliza bujtëse, metilimi, poliadenilimi dhe (ndonjëherë) nga sisteme enzimash të gërshetimit, ato mandej  eksportohen për në citoplazmë ku edhe përkthehen.

 

Proteinat e hershme përfshijnë ato të cilat:

• nevojiten për transkriptim (proteina E1A nevojitet për transkriptimin e gjeneve të tjera të hershme; si rezultat këto gjene të tjera ndonjëherë emërtohen si gjene  të “hershme të vonuara”  dhe E1A emërtohet  si një gjen “i hershëm i menjëhershëm”)

•  nevojiten për sintezën e AND-së së adenovirusit (përfshin ADN polimerazën).

• ndryshojnë shfaqjen e gjeneve të qelizës bujtëse. Kjo përfshin gjenet, produktetet e të cilave interferojnë me përgjigjen antivirale të bujtësit dhe/ose interferojnë me rregullimin e ciklit qelizor.

FAZA E VONSHME

Riprodhimi i ADN:

Adenovirusi kodon ADN polimerazën e tij ( e cila është një prej proteinave të hershme ). ADN riprodhohet nga mekanizmi i zëvëndësimit të zinxhirëve (figura 11). Nuk ka  fragmente të Okazakit, të dy zinxhirët sintetizohen në një model të vazhdueshëm.

Polimeraza e ADN-së nuk mund të iniciojë sintezën de novo, atyre u nevojitet një primer. Në rastin e adenovirusit, proteina virale e koduar (TP) vepron si primer. Është gjetur lidhje kovalente  në fundin 5' të të gjithë zinxhirëve të ADN.

 Figura 13 Përpunimi i transkriptit primar viral

Transkriptimi i vonshëm:

Rruga  në të cilën fillon transkriptimi i vonshëm ende nuk është plotësisht e studiuar. ARNi të vonshëm kodojnë kryesisht për proteinat strukturale dhe kanë vetëm një promotor të vonshëm kryesor (figura 12). Transkripti primar është përpunuar për të gjeneruar ARNi monocistronike të ndryshme (figurat 12 dhe 13):

Ka dy tipa të zhveshjes së transkriptit primar:

I. për të gjeneruar fundet 3' të ndryshme, të cilët mandej poliadenilohen

II. për heqjen e  intronit

Nuk është e kuptueshme se si ky proces kontrollohet në mënyrë të tillë, që vlerëson se është  bërë sasia e nevojshme e secilës ARNi. Duket që virusi bën shumë ARNi dhe proteina sesa janë të nevojshme për sistemimin e virionit, kështu që procesi korrekt i kontrollit nuk është i nevojshëm.

SISTEMIMI

Sistemimi i thërmizave të adenovirusit ndodh në bërthamë. Thërmizat e ADN-së futen pasi është formuar kapsida e papjekur. Kapsida mandej pëson procesin e maturimit, pas së cilës qeliza pëson lizë dhe virioni del jashtë. 

Gjatë këtij procesi bëhen më shumë proteina strukturale sesa janë të nevojshme dhe teprica e  proteinave strukturale grumbullohen në bërthamë duke formuar kështu inkluzionet.

 Figura 14 a.  Struktura e Herpes virusit

Figura 14b Virusi herpes simplex  © Dr Linda M Stannard, University of Cape Toën, South Africa, 1995 (Me leje).  

Figura 15b Bashkimi i membranës lidhëse të virusit me membranën plazmatike

ADSORBIMI DHE PENETRIMI

Shumë herpesviruse, përfshirë edhe virusin herpes simplex, mund të bashkohen direkt me membranën plazmatike të qelizës (që rezulton në një zhveshje të pjesshme - figura 15). Një bashkim i tillë ka ndërlikime për të dytë si për virusin ashtu edhe për qelizën bujtëse. Midis  tyre janë:

I) Me qënë se proteina bashkuese është aktive në pH fiziologjik, në rast se ajo ndërfutet në membranën e qelizës bujtëse gjatë ciklit të rritjes së virusit, qeliza e infektuar mund të bashkohet me qeliza të tjera duke formuar kështu  sinciciumet.

II) Membrana virale lë një "gjurmë" në membranën e plazmës së qelizës dhe kjo është një tregues i mundshëm se qeliza është e infektuar (figura 15b).

Kapsidat transportohen në drejtim të bërthamës dhe ADN kalon mandej për në bërthamë (ndoshta nëpërmjet poreve të bërthamës).

FAZA E HERSHME

Transkriptimi i hershëm (ARNi të bëra gjatë kësaj faze janë alfa dhe beta ARNi) (figura 16)

Herpesviruset përdorin ARN polimerazën e bujtësit. Megjithkëtë një proteinë e tegumentit të virionit (VP16) hyn në bërthamë në infeksion dhe është e rëndësishme si pjesë e faktorit kompleks të transkriptimit dhe që njihet nga ARN polimeraza e bujtësit. Virusi përdor enizmat e modifikuara të ARNi të bujtësit.

Fillimisht transkriptohen alfa-ARNi. Këto janë ARNi të menjëhershme dhe eksportohen për në citoplazmë dhe përkthehen atje në alfa-proteina; α-proteinat e përkthyera në citoplazmë  mandej transportohen për në bërthamë ku ato aftësojnë beta-promotorët që të përdoren nga ARN polimeraza e bujtësit (figura 16).

Beta-ARNi transkriptohen nga ARN polimeraza e bujtësit. (Gjenet-beta janë akoma të "hershme" pasi ato janë transkriptuar përpara sintezës së ADN-së. Prandaj ndonjëherë, gjenet-alfa janë quajtur "të menjëhershme të hershme", kurse gjenet-beta quhen "të hershme"). Proteinat beta marrin pjesë në  rregullimin e shfaqjes së gjenit. Ato ulin shfaqjen e gjenit–alfa dhe nevojiten  për shfaqjen e gjenit gama. Ato gjithashtu marrin pjesë në aspekte të ndryshme të sintezës së ADN-së; p.sh. gjenet-beta të herpesit kodojnë për një numër proteinash përfshirë:

• ADN polimerazën

• Proteinat që lidhin AND-në

• Timidinë kinazën

• Reduktazën ribonukleotide

ME QËNË SE KËTO PROTEINA BETA JANË KODUAR NË VIRUS DHE JO ENZIMAT E BUJTËSIT; ATO JANË LIDHUR POTENCIALISHT  DOBËT ME CIKLIN JETËSOR TË VIRUSIT DUKE QËNË KËSHTU NJË SHËNJESTËR PREMTUESE PËR KIMIOTERAPINË  VIRALE

Figura 18 Struktura  e mundshme  gjenomike e herpes viruseve.

FAZA E VONSHME

Riprodhimi i ADN-së

Herpesviruset kodojnë për disa proteina, përveç ADN polimerazës, që janë të nevojshme për riprodhimin e  ADN-së. Mekanizmi i saktë i riprodhimit të ADN-së nuk është i njohur. Riprodhimi i ADN-së shoqërohet  nga një sasi e rekombinimit. ADN e riprodhuar është prezente si një molekulë e gjatë konkatamerike (përsëritje njeri pas tjetrit e gjenomës të lidhur si koka me gërshetin). Këto çahen tek madhësia e gjatësisë së gjenomit  kur ADN paketohet në brendësi të virionit(figura 18). 

Disa herpesviruse (p.sh. virusi herpes simplex ) kanë një strukturë të gjenomit në të cilën dy pjesë  të gjenomit mundet që relativisht të kthehen tek njera-tjetra (figura 18), të tjerët jo. Kuptimi i kësaj  është i qartë.

Transkriptimi i vonshëm:

Nga përcaktimi, transkriptimi i vonshëm ndodh pas riprodhimit të ADN-së. Gama ARNi janë bërë  dhe janë përkthyer në citoplazmë. Gama proteinat predominuese janë kryesisht strukturale. Ka një rënie të  shfaqjes së gjeneve beta në stadin e fundit. Kjo ndoshta ndodh për shkak të uljes së rregullimit të transkriptimit të gjeneve beta nga një prej proteinave gama.

Tek herpesviruset nuk ka një organizim të dukshëm të gjenomit në blloqet për transkriptimin e hershëm ose të vonshëm.

Figura 19B
Virusi herpes simplex në brendësi dhe sipërfaqe  të limfociteve të gjakut periferik   © Dennis Kunkel Microscopy, Inc.  Me leje
 

SISTEMIMI

Sistemimi ndodh në bërthamë. Pas prodhimit të kapsidës ADN-ja futet në të. Kapsida merr  mbulesën nga mugullimi nëpërmjet zonës së membranës së brendshme të bërthamës, e cila ka proteinat virale të membranës të futura në të (figura 19). Këto zona kanë proteinat e tegumentit të lidhura me faqen e brendshme të membranës bërthamore. Mbulesa e virusit mandej bashkohet me membranën e jashtme të bërthamës dhe nukleokapsida pa membranë  çohet në citoplazmë ku ai merr më tepër tegument të maturuar. Ai rrimerr mbulesën nëpërmjet  mugullimit te aparati i Golxhit, kalon nëpërmjet vezikulës dhe mandej del jashtë.

Në virion paketohet edhe proteina e vonshme që kërkohet për transkriptimin e ARNi të menjëhershme të hershme në rundin tjetër të infeksionit.  

  Proteinat e tepërta strukturale grumbullohen në bërthamë, shpesh formojnë trupza inkluzivë (pjesë e efektit citopatik).

CILËSI  TË THEKSUARA RRETH HERPESVIRUSEVE

Nuk kanë blloqe të dukshme të gjeneve të hershme  ose të vonshme

Ato janë më të pavarura sesa disa prej viruseve më të vogla

Me qënë se  janë  më të pavarura, kanë  më shumë “lidhje të dobëta” që mund të jenë shënjestër e medikamenteve

Figura 19C  (djathtas)
Stadet në  ekzocitozën e herpesvirusit nga bërthama, ku  është krijuar korja e virusit, për tek membrana plazmatike.

VIRUSET ME ADN CITOPLAZMATIKE  

Ka disa arsye pse poksviruset (figura 20) janë të rëndësishme:

• Pa dyshim që poksviruset janë historikisht të rëndësishme, të tilla si lia e madhe (figura 21) dhe vaccina (lia e gjedhit, e cila u përdor në vaksinën e lisë së madhe (shko këtu)

• Poxviruset mund të jenë agjentë të mundshëm të bioterrorizmit

• Poxviruset përdoren në teknikat e reja të zhvillimit të vaksinave (të tilla me inxhinieri gjenetike)

• Disa anëtarë të kësaj familjeje infektojnë njeriun (mollusku kontagjioz- figura 22, ektima, lia e majmunit, lia e gjedhit). Shënim: lia e shpendit (chiken pox) tek njeriu shkaktohet nga një herpesvirus, i cili nuk është anëtar i poxviridae.

Poxviruset riprodhohen në citoplazmë. Kjo nënkupton që ata duhet të sigurojnë vetë makinerinë për sintezën e ARNi dhe AND-së. Vaksinia është anëtari më i studiuar i familjes së poxvirideve.

ADSORBIMI DHE PENETRIMI

Virusi lidhet tek receptorët sipërfaqësorë të qelizës. Ai futet në qelizë nëpërmjet rrugës së endocitozës ose nga bashkimi direkt i virusit me membranën plazmatike. Virusi mandej çlirohet në citoplazmë pa membranën e tij.

FAZA E HERSHME

Transkriptimi i hershëm

Pasi ka ndodhur faza fillestare e zhveshjes, virusi mund të prodhojë  një numër të kufizuar të ARNi  (ARNi e hershme dhe menjëhershme). Për të bërë këtë, poxviruset kanë nevojë për ARN polimerazën e varur nga ADN-ja. Polimeraza ARN e bujtësit është në bërthamën e qelizës dhe kjo është arsyeja që shpjegon pse poxviruset përdorin një ARN polimerazë të koduar në virion të varur nga ADN-ja për të bërë ARNi të tyre. Me qenë se kjo enzimë duhet menjëherë në infeksion ajo mund të jetë sjellë në qelizën e infektuar me anë të AND-së së vaccinias që është kështu prezent në virion. ADN e vaccinias “e zhveshur” e cila ka të hequr gjithë proteinat nuk është infektive, me qënë se ajo nuk ka ARN polimerazën e lidhur me të  nuk ndodh asgjë në ciklin jetësor të vaccinias, pasi që pa ARN polimerazën e vaccinias nuk mund të bëhet as ARN dhe as proteinat.

ARNi e Poxvirusëve kapohen, metilohen dhe poliadenilohen njësoj si ARNi standarde të eukarioteve, por ARNi e qelizës bujtëse modifikohet në bërthamë dhe vaccinia replikohet  në citoplazmë. Me qënë se virusi i vaccinias është citoplazmatik, këto modifikime mund të barten nga enzimat e koduara tek virioni. Enzimat e modifikuara paketohen në virione dhe kështu këto ARNi bëhen menjëherë  në infeksion dhe mund të jenë të modifikuara. Kështu që nuk ka të dhëna për ARNi të gërshetuara tek vaccina (kjo nuk është befasi pasi që ajo riprodhohet në citoplazmë dhe enzimat e gërshetimit të bujtësit gjenden në bërthamë).

Një prej produkteve të përkthimit të ARNi së menjëhershme është një enzimë e zhveshur. Kjo lejon zhveshjen e mëtejshme të ADN së vacciniës dhe shumë gjene mundet tani të transkriptohen – gjenet e hershme tashmë janë shfaqur. Poxviruset janë të veçanta në atë që ato kodojnë për një proteinë të zhveshjes, e cila duhet të behët në qelizën e re të infektuar përpara sesa të jetë kompletuar zhveshja.

“Fabrikat” e prodhimit të virusit shihen në citoplazmë - vendet e riprodhimit  të virusit të  vacciniës.

Proteinat e hershme marrin pjesë në riprodhimin e AND-së, transkriptimin e ARN, modifikimin e ARN dhe zhveshjen. Ato përfshijnë edhe disa proteina strukturale. 

FAZA E VONSHME

Sinteza e ADN

Sinteza e ADN ndodh në “fabrikat” dhe përdor një mekanizëm jo të zakonshëm, i cili nuk do të diskutohet këtu.

Transkriptimi i vonshëm dhe përkthimi

Ky është një proces kompleks. Disa proteina të vonshme bëhen nëpërmjet fazës së vonshme, por të tjerat vetëm në fillim të fazave të vonshme. Kështu, ka një  kontroll kompleks prej të cilit proteinat bëhen prej  vacciniës dhe kur ato janë bërë (ky është një virus shumë i madh, kështu që kompleksiteti nuk është befasi.)

Kthehu në seksionin e virologji të Microbiology and Immunology On-line

faqja së fundi e ndërruar në  Monday, February 16, 2015
faqja mbahet nga  Richard Hunt