2.Экспрессиявирусногогенома

Транскрипция–«переписывание»информациисгеномнойнуклеиновыйкислотынаиРНКпозаконамгенетическогокода.

УДНК-содержащихвирусовпроцессыпроходяткаквклетке:ДНК^{_транскрипция_}иРНК

^{_трансляция_}белок. Информация переписывается на иРНК, а каждая из цепей молекулы ДНК можетслужить матрицей для синтеза. При этом транскрипция может происходить в ядре или в цито-плазмеклетки.

ДНК-содержащие вирусы, размножающиеся в ядре (папова-, аденовирусы и вирусы герпе-са), используют ферменты клетки – транскриптазу или ДНК-зависимую РНК-полимеразу. Послеих раздевания в клетке ДНК-геном вируса проникает в ядро, встраивается в геном клетки и РНК-полимеразаклеткиинициирует транскрипциюиРНК.

ДНК-вирусы, размножающиеся в цитоплазме (поксвирусы, иридовирусы) имеют собствен-ный структурный белок, выполняющий функцию транскриптазы, поскольку в цитоплазме отсут-ствуютклеточныеферменты, способныеосуществлятьэтуфункцию.

Для размноженияодноцепочечных ДНК-вирусовсначала синтезируется вторая цепь, а затемпроцесс идет аналогично: ДНК^{_транскрипция_}иРНК^{_трансляция_}белок. У таких вирусов (парвовирусы)транскрипция происходит в ядре. Сначала на матрице вирусной ДНК при участии клеточнойДНК-зависимой ДНК-полимеразы синтезируется комплементарная молекула ДНК. Формируетсядвуспиральная молекула ДНК, которая после замыкания в кольцо интегрируется в клеточный ге-номиеетранскрипциювиРНКосуществляетклеточнаяДНК-зависимаяРНК-полимераза.

Регуляция транскрипции у некоторых вирусов, в основном ДНК-геномных, происходит сле-дующим способом. Существует три периода транскрипции: сверхранний, ранний и поздний. Сна-чала осуществляетсятранскрипция сверхранних и ранних генов (кодируют неструктурные белки,выполняющие роль ферментов) с образованием сверхранних иРНК для последующей трансляциитак называемых α-белков. В свою очередь α-белки необходимы в качестве ферментов для раннейтранскрипции, в процессе которой считываются ранние гены, кодирующие β-белки, которые ини-циируют транскрипцию группы поздних генов, кодирующих γ-белки (структурные белки). Такойтип регуляции называется каскадным. Количество поздних генов обычно превышает количестворанних. Обычно при поздней транскрипции считывается весь геном, но с преобладанием транс-крипции поздних генов. Такой путь регуляции транскрипции характерен для покс-, герпес-, па-пиллома-и полиомавирусов,аденовирусов, иридовирусов.

У РНК-вирусов (+)РНК с позитивным геномом(пикорна-, тога- и коронавирусы) процесстранскрипцииотсутствует,т.к.РНКвыполняетфункциюиРНК-генома:(+)РНК^{_трансляция_}белок.

У вирусов с(-) РНК негативным геномом(двухцепочечные: рео-, одноцепочечные: орто-миксо-, парамиксо-, рабдо- и буньявирусы) собственный геном не может выполнять функциииРНК,поэтомувируснаяРНКслужитматрицей,накоторойсинтезируетсякомплементарнаяиРНК. У таких вирусов транскрипция выделена как самостоятельный процесс в инфекционномцикле: (-)РНК^{_транскрипция_}(+) РНК^{_трансляция_}белок. Вирус должен иметь в своем составе ферментРНК-зависимуюРНК-полимеразу(транскриптазу),т.к. вклеткеееаналоганет.

Семейство РНК-содержащих ретровирусовсодержит геном, представленный двумя от-дельными молекулами РНК, так называемый димерный геном. Эти вирусы включают в себя об-ратный синтез (процесс обратной транскрипции). После «раздевания» вирусы проникают в ядроклетки в виде РНК-генома, связанного со структурным белком вируса. Данный белок выполняетуникальную функцию фермента, который инициирует «переписывание» информации (обратнаятранскрипция) с РНК вируса на комплементарную молекулу ДНК. Фермент - обратная транскрип-таза (РНК-зависимая ДНК-полимераза, ревертаза) находится в составе вириона. СинтезированнаяДНК встраивается (интегрируется) в ДНК клетки и при участии клеточной ДНК-зависимой РНК-полимеразы«переписывается»наРНК,котораяобладаетфункциейиРНК:РНК^{_обратнаятранскрипция_}

_{ДНК+геномклетки_}транскрипция__{иРНК_трансляция_белок.}

У РНК-вирусов синтез транскриптов строго контролируется в отношении как количества ка-ждого класса транскриптов, так и периода инфекции, когда определенные транскрипты синтези-руютсясмаксимальнойскоростью.СинтезированныеиРНКтранспортируютсякрибосомам.

Транскрипция может бытьпервичной(осуществляется с нуклеиновой кислоты, только про-никнувшей в клетку) ивторичной(осуществляется на вновь синтезированных нуклеиновых ки-слотах).

Трансляция- перевод генетической информации, содержащейся в иРНК в виде нуклеотид-ной последовательности в последовательность аминокислот, из которых синтезируется белок. Ви-рус использует белоксинтезирующий аппарат клетки. Синтез белка в клетке происходит на рибо-сомах, где идет слияние потока информации (иРНК) с потоком аминокислот, которые приносяттранспортные РНК (тРНК). Для каждой аминокислоты должна быть своя тРНК. В клетке сущест-вует большое количество тРНК, молекулы которых представляют собой односпиральные РНК сосложной структурой, петли которой напоминают лист клевера. В одно из петель молекулы тРНКнаходится триплет нуклеотидов– антикодон, комплементарныйопределенному кодону иРНК.Молекула тРНК «узнает» определенную аминокислоту и связывается с ней с помощью клеточногофермента– аминоацил-тРНК-синтетазысобразованиемаминоацил-тРНК.

Три нуклеотида на иРНК кодируют одну аминокислоту и называютсятриплетомиликодо-ном,акомплементарныеимтринуклеотиданатРНК–антикодоном.

Трансляция проходит три этапа: инициация (узнавание), элонгация (удлинения) и термина-ция(окончаниетрансляции).

Инициация– наиболее ответственный этап, основанный на узнавании рибосомой вируснойиРНК, за счет нескольких вирусных молекул белка, так называемыеинициаторные факторы.Инициациипредшествуетформированиеинициирующегокомплекса,состоящегоизмалойибольшойсубъединицрибосомы,аминоацил-тРНКибелковыхфакторовинициации.

Инициация «запускается» специфической последовательностью на 5'-конце иРНК, содержа-щей кэп-структуру (кэп - шапочка) – триплет, кодирующий метионин. Эту последовательность уз-нает малая субъединица рибосомы и связывается с ней, а аминоацил-тРНК одновременно связыва-ется с обеими субъединицами рибосомы. Большая рибосомальная субъединица «протягивает» че-резсебяиРНКи перемещаетсяк ее3'-концу,поканедостигнет инициаторногокодона.

Происходит слияние потока информации с потоком аминокислот, т.е. кодон (триплет), нахо-дящийся в малой рибосомальной субъединице узнает антикодон, находящийся в большой субъе-динице.

Элонгация– происходит наращивание полипептидной цепи, вследствие присоединения но-вых аминокислот. иРНК протягивается через рибосому и на ней кодируются аминокислоты. Про-исходитприсоединениеновыхаминокислоткрастущей полипептиднойцепи.

Терминация– прекращение трансляции и полипептидная цепь освобождается из рибосомы,при этом рибосома распадается на субъединицы, которые затем могут войти в состав новых рибо-сом, транслирующих другую (или ту же) иРНК. Элонгация продолжается до тех пор, пока рибосо-ма не достигнет терминального кодона в составе иРНК. Каждая иРНК связана одновременно с не-сколькими транслирующими рибосомами, образуя структуру, которая называется полисомой (по-лирибосомой). Такие структуру могут быть свободными или связанными с мембраной. Полисомымогутсостоятьиз 4– 6или20и болеерибосом.

Существуетдвапутиформированиявирусныхбелков:

1. Синтез гигантского полипептид-предшественника, который затем нарезается на отдельныеактивные белки. Полипептид сползает в виде непрерывной ленты с рибосомного «конвейера» инарезается на белки нужного размера за счет вирусных и клеточных протеаз. Такой путь реализу-ют(+)РНК-вирусы спозитивнымгеномом(пикорна-и тогавирусы).

2. Синтез отдельных зрелых белков – характерен для ДНК-вирусов и большинства РНК-вирусов.

Функционально зрелые белки часто не идентичны их вновь синтезированным предшествен-никам. К посттрансляционным модификациям относятся гликозилирование, ацилирование, мети-лирование,сульфирование, фосфорилирование,протеолитическоенарезание.

Репликация– удвоение, синтез молекулы нуклеиновой кислоты идентичной геному.РепликациядвухцепочечныхДНК-вирусовидеткакиклеточных.Послерасплетениямолеку-

лы на две нити каждая становится матрицей для синтеза новых дочерних цепей. Синтез идет одно-временно на обеих нитях от 5'-конца к 3'-концу при участии белка с ферментативной активностьюрепликазы (ДНК-полимеразы). Каждая вновь синтезированная молекула ДНК состоит из однойродительскойи одной вновь синтезированнойдочернейнити.

При репликации вируснойодноцепочечной ДНКсначала синтезируется вторая цепь, приво-дящая к образованию двуспиральных форм, состоящих из плюс- и минус-цепей - промежуточныерепликативныеформы.Вдальнейшемнаминус-цепях синтезируютсядочерниеплюс-нитиДНК.

При репликацииодноцепочечных РНКсначала происходит синтез комплементарной РНК(репликативная форма РНК), а потом уже комплементарная ей (идентичная исходной РНК). Вклетках нет собственных ферментов, способных осуществлять репликацию РНК-генома. Эту рольвыполняютвирусоспецифическиебелкисфункциональнойактивностьюрепликаз.

При репликациидвухцепочечных РНКобразуются также комплементарные формы, являю-щиеся матрицей для последующих цепей. На минус-нити синтезируются односпиральная плюс-РНК, которая сначала выполняет функцию иРНК, за затем служат матрицей для синтеза компле-ментарной плюс-РНК. В результате этого образуются двуспиральные дочерние молекулы вирус-нойРНК.

Репликацияодноцепочечной РНК ретровирусов, представляющая собой димер из двух от-дельных плюс-РНК, происходит с участием вирусоспецифического фермента – обратной транс-криптазы (ревертазы). Вначале в ядре клетки на одной молекуле РНК синтезируется комплемен-тарная ей минус-нить ДНК, а затем (после разрушения РНК) – комплементарная ей плюс-нитьДНК. Двунитевая ДНК интегрируется в хромосому клетки. Вирусная ДНК, встроенная в клеточ-ный геном, транскрибируется с образованием вирусной РНК, которая вначале выполняет функциииРНК, направляя синтез вирусоспецифических белков, а затем две такие молекулы ассоциируютсясбелками (сборка), формируя новоепоколениевирионов.