التعبير الجيني الفيروسي وتخليق البروتين

بمجرد دخول الجينوم الفيروسي إلى الخلية، يجب على الفيروس إنتاج الحمض النووي الريبوزي الرسول (mRNA) وترجمته إلى بروتين. تعتمد كيفية قيامه بذلك على نوع الجينوم: فبعض الفيروسات تُقرأ مباشرة بواسطة ريبوسومات المضيف، بينما يجب نسخ البعض الآخر أولاً، ويجلب العديد منها إنزيماتها الخاصة لصنع وتعديل الحمض النووي الريبوزي الرسول الخاص بها. نظرًا لأن الفيروسات تفتقر إلى الريبوسومات، فإنها جميعًا تعتمد في النهاية على آلية الترجمة للمضيف.

Definition

التعبير الجيني الفيروسي هو الإنتاج المنظم للحمض النووي الريبوزي الرسول والبروتينات الفيروسية، ويشمل النسخ أو المسارات الأخرى المؤدية إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول، وتعديل الحمض النووي الريبوزي الرسول، وترجمة البروتينات الفيروسية على ريبوسومات المضيف.

Scope

يغطي هذا الموضوع إنتاج الحمض النووي الريبوزي الرسول الفيروسي (النسخ، حيثما يتطلب الأمر)، والتعديلات مثل التغطية (capping) التي تسمح للخلية بالتعرف على الحمض النووي الريبوزي الرسول، والبرنامج الزمني للتعبير الجيني المبكر والمتأخر، وترجمة البروتينات الفيروسية على ريبوسومات المضيف، بما في ذلك الاستراتيجيات التي تسمح للحمض النووي الريبوزي الرسول الفيروسي بالتنافس مع الرسائل الخلوية. هذه المادة مرجعية وتعليمية، وليست إرشادات سريرية.

Core questions

• كيف يصنع الفيروس الحمض النووي الريبوزي الرسول الذي تتعرف عليه ريبوسومات المضيف وتترجمه؟
• كيف يتم ترتيب التعبير الجيني الفيروسي زمنيًا إلى مراحل مبكرة ومتأخرة؟
• كيف تعيد الفيروسات توجيه آلية الترجمة للمضيف نحو رسائلها الخاصة؟

Key concepts

• نوع الجينوم كمحدد للمسار المؤدي إلى الحمض النووي الريبوزي الرسول
• بوليميرازات الحمض النووي الريبوزي المشفرة بالفيروس
• تغطية الحمض النووي الريبوزي الرسول والتعرف عليه بواسطة آلية الترجمة
• البرنامج الزمني: التعبير الجيني المبكر (التنظيمي) والمتأخر (الهيكلي)
• الترجمة المعتمدة على الغطاء (Cap-dependent translation) ومواقع دخول الريبوسوم الداخلية (IRES)
• إيقاف المضيف (Host shut-off) والتنافس على الريبوسومات
• معالجة البروتين المتعدد (Polyprotein processing) بواسطة البروتيازات الفيروسية

Mechanisms

يُحدد مسار الحمض النووي الريبوزي الرسول بواسطة الجينوم. يمكن ترجمة الحمض النووي الريبوزي ذي السلسلة الموجبة مباشرة؛ وتحمل فيروسات الحمض النووي الريبوزي ذي السلسلة السالبة والحمض النووي الريبوزي مزدوج السلسلة بوليميرازها الخاص لنسخ الحمض النووي الريبوزي الرسول؛ وعادةً ما تُنسخ فيروسات الحمض النووي الريبوزي من قبل بوليميرازات المضيف أو الفيروس؛ وتدمج الفيروسات الراجعة نسخة من الحمض النووي الريبوزي التي تُنسخ بعد ذلك. لكي تُترجم بكفاءة، تحتاج الحمض النووي الريبوزي الرسول الفيروسي عادةً إلى غطاء 5' (5' cap) وميزات أخرى تتعرف عليها الخلية، وتقوم العديد من الفيروسات بترميز أو استعارة الإنزيمات التي تضيف غطاءً، أحيانًا عن طريق كيمياء غير تقليدية. عادةً ما يكون التعبير مرتبًا زمنيًا، حيث ترمّز الجينات المبكرة البروتينات التنظيمية والتكاثرية، وترمّز الجينات المتأخرة المكونات الهيكلية. تحدث الترجمة على ريبوسومات المضيف من خلال نفس خطوات الاستطالة والإنهاء وإعادة التدوير المستخدمة للرسائل الخلوية، وتستخدم الفيروسات استراتيجيات - مواقع دخول الريبوسوم الداخلية (internal ribosome entry sites)، أو تثبيط ترجمة المضيف، أو معالجة البروتين المتعدد (polyprotein processing) - لضمان صنع بروتيناتها.

Clinical relevance

تختلف الإنزيمات الخاصة بالفيروسات للتعبير الجيني، مثل البوليميرازات وإنزيمات التغطية (capping enzymes)، عن نظيراتها في المضيف، وبالتالي فهي أهداف للأدوية المضادة للفيروسات. يصف هذا المدخل البيولوجيا الجزيئية الأساسية على مستوى مفاهيمي للرجوع والتعليم؛ وهو ليس أساسًا للوصفات الطبية أو اختيار الأدوية أو رعاية المرضى الفردية.

History

أدى الاعتراف في السبعينيات بأن الفيروسات المختلفة تصل إلى المتطلب المشترك المتمثل في صنع الحمض النووي الريبوزي الرسول بطرق مختلفة إلى تصنيف بالتيمور (Baltimore classification) ووضع إطارًا لدراسة التعبير الجيني الفيروسي. وقد وصفت الأعمال الجزيئية اللاحقة البوليميرازات وإنزيمات التغطية المشفرة بالفيروس، وحددت البرنامج الزمني المبكر والمتأخر للعديد من الفيروسات، وكشفت عن الترجمة المستقلة عن الغطاء (cap-independent translation) من خلال دخول الريبوسوم الداخلي، مما كشف كيف تستولي الفيروسات على آلية تخليق البروتين للمضيف.

Key figures

• David Baltimore
• Bruno Canard
• Thomas Dever
• Rachel Green

Seminal works

• decroly-2012
• dever-green-2012

Frequently asked questions

لماذا تحمل بعض الفيروسات بوليميرازها الخاص إلى داخل الخلية؟

لا تستطيع الخلايا المضيفة نسخ بعض الجينومات الفيروسية - على سبيل المثال الحمض النووي الريبوزي ذي السلسلة السالبة أو مزدوج السلسلة - لذلك تقوم هذه الفيروسات بتعبئة بوليميراز في الفيريون لصنع أول الحمض النووي الريبوزي الرسول بمجرد دخولها الخلية.

إذا كانت الفيروسات تفتقر إلى الريبوسومات، فكيف تُصنع بروتيناتها؟

يعتمد كل فيروس على ريبوسومات الخلية المضيفة لترجمة الحمض النووي الريبوزي الرسول الخاص به؛ توفر الفيروسات الحمض النووي الريبوزي الرسول وغالبًا استراتيجيات لتفضيله، لكن تخليق البروتين نفسه يتم بواسطة الخلية.