Virale Replikation und Nukleinsäuresynthese

Im Zentrum des Replikationszyklus kopiert das Virus sein Genom, um die Nukleinsäure zu produzieren, die in die Nachkommenvirionen verpackt wird. Die Chemie dieses Schritts – und wo in der Zelle er stattfindet – wird durch den Genomtyp bestimmt, und viele Viren bilden dedizierte, membrangebundene Replikationskompartimente, um dies effizient und außerhalb der Reichweite der Wirtsabwehr durchzuführen.

Definition

Die Replikation des viralen Genoms ist die Synthese neuer Kopien der viralen Nukleinsäure, die von viralen und/oder Wirtspolymerasen entsprechend dem Genomtyp durchgeführt wird, typischerweise innerhalb spezialisierter Replikationskomplexe.

Scope

Dieses Thema behandelt die Synthese neuer viraler Genome: die Enzyme, die DNA- und RNA-Genome kopieren, die unterschiedlichen Strategien der Hauptgenomklassen, die Reverse Transkription und die membrangebundenen Replikationskomplexe oder -fabriken, die viele Viren aufbauen. Es handelt sich um eine Referenz- und Bildungsbehandlung, keine klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie kopiert jede Genomklasse – DNA, positiv- und negativsträngige RNA, doppelsträngige RNA, retrovirale – ihr Genom?
• Warum bauen viele RNA-Viren membrangebundene Replikationsfabriken?
• Wo in der Zelle findet die Genomreplikation statt und wie wird sie mit Genexpression und Assemblierung koordiniert?

Key concepts

• Genomklasse und Replikationsstrategie
• RNA-abhängige RNA-Polymerase
• Reverse Transkription und Integration (Retroviren)
• Matrize und replikative Intermediate
• Membrangebundene Replikationskomplexe (Replikationsfabriken)
• Kompartimentierung weg von Wirtssensoren
• Geringe Fidelity und hohe Mutationsrate der RNA-Replikation

Mechanisms

Die Genomreplikation leitet sich vom Genomtyp ab. DNA-Viren kopieren ihre Genome mit viralen oder Wirts-DNA-Polymerasen, oft im Zellkern; positiv- und negativsträngige RNA-Viren verwenden eine viruskodierte RNA-abhängige RNA-Polymerase, die replikative Intermediate entgegengesetzter Polarität erzeugt; doppelsträngige RNA-Viren replizieren innerhalb subviraler Partikel; und Retroviren transkribieren ihre RNA revers in DNA, die in das Wirtschromosom integriert wird. Ein wiederkehrendes Thema, insbesondere bei positivsträngigen RNA-Viren, ist die Umgestaltung von Wirtsmembranen zu Kompartimenten – die unterschiedlich als Replikationskomplexe oder -fabriken bezeichnet werden –, die die Replikationsmaschinerie konzentrieren, die Schritte räumlich organisieren und virale Nukleinsäure vor zytoplasmatischen Sensoren des angeborenen Immunsystems schützen. Die RNA-Replikation ist typischerweise fehleranfällig, was RNA-Viren hohe Mutationsraten und eine schnelle Evolution verleiht.

Clinical relevance

Genomreplikationsenzyme wie RNA-abhängige RNA-Polymerasen und Reverse Transkriptasen sind wichtige Ziele der antiviralen Therapie, da sie sich von Wirtsenzymen unterscheiden. Dieser Eintrag beschreibt diese Biologie auf konzeptioneller Ebene zu Referenz- und Bildungszwecken; er ist keine Grundlage für Verschreibungen, Medikamentenauswahl oder Patientenmanagement.

History

Die Entdeckung der Reversen Transkriptase in den 1970er Jahren widerlegte die Annahme, dass genetische Informationen nur von DNA zu RNA fließen, und erklärte die retrovirale Replikation. Parallel dazu etablierte die Arbeit an RNA-abhängigen RNA-Polymerasen, wie RNA-Genome kopiert werden, und spätere zellbiologische Studien zeigten, dass verschiedene Viren Wirtsmembranen zu organellenähnlichen Replikationskompartimenten umgestalten, eine vereinheitlichende Erkenntnis darüber, wo und wie die Genomsynthese in der infizierten Zelle organisiert ist.

Key figures

• Paul Ahlquist
• David Baltimore
• Howard Temin
• Renato Dulbecco

Seminal works

• denboon-ahlquist-2010
• miller-krijnselocker-2008

Frequently asked questions

Warum mutieren RNA-Viren so schnell?

Den RNA-abhängigen RNA-Polymerasen, die die meisten RNA-Genome kopieren, fehlt im Allgemeinen eine effiziente Korrekturlesefunktion, sodass die Replikation fehleranfällig ist; die daraus resultierende hohe Mutationsrate ermöglicht es RNA-Viren, sich schnell zu entwickeln, zum Beispiel um der Immunität zu entgehen oder Resistenzen gegen Medikamente zu entwickeln.

Was ist eine virale Replikationsfabrik?

Viele Viren, insbesondere positivsträngige RNA-Viren, ordnen Wirtszellmembranen zu spezialisierten Kompartimenten um, die die Replikationsmaschinerie konzentrieren und dazu beitragen, neu gebildete virale Nukleinsäure vor den angeborenen Immunsensoren der Zelle zu verbergen.