Virale Genexpression und Proteinsynthese

Sobald ein virales Genom in der Zelle ist, muss das Virus Boten-RNA produzieren und diese in Protein übersetzen. Wie dies geschieht, hängt vom Genomtyp ab: Einige Viren werden direkt von den Ribosomen des Wirts abgelesen, andere müssen zuerst transkribiert werden, und viele bringen ihre eigenen Enzyme mit, um ihre mRNA herzustellen und zu modifizieren. Da Viren keine Ribosomen besitzen, sind sie letztlich alle auf die Translationsmaschinerie des Wirts angewiesen.

Definition

Virale Genexpression ist die regulierte Produktion viraler Boten-RNA und Proteine, umfassend die Transkription oder andere Wege zur mRNA, die mRNA-Modifikation und die Translation viraler Proteine an Wirtsribosomen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Produktion viraler mRNA (Transkription, wo erforderlich), die Modifikationen wie das Capping, die es der mRNA ermöglichen, von der Zelle erkannt zu werden, das zeitliche Programm der frühen und späten Genexpression und die Translation viraler Proteine an Wirtsribosomen, einschließlich Strategien, die es viraler mRNA ermöglichen, mit zellulären Botschaften zu konkurrieren. Es handelt sich um Referenz- und Bildungsmaterial, nicht um klinische Leitlinien.

Core questions

• Wie stellt ein Virus Boten-RNA her, die von Wirtsribosomen erkannt und translatiert wird?
• Wie ist die virale Genexpression zeitlich in frühe und späte Phasen gegliedert?
• Wie lenken Viren die Translationsmaschinerie des Wirts auf ihre eigenen Botschaften um?

Key concepts

• Genomtyp als Determinante des Weges zur mRNA
• Viruskodierte RNA-Polymerasen
• mRNA-Capping und Erkennung durch die Translationsmaschinerie
• Zeitliches Programm: frühe (regulatorische) und späte (strukturelle) Genexpression
• Cap-abhängige Translation und interne Ribosomen-Eintrittsstellen (IRES)
• Wirtsabschaltung und Konkurrenz um Ribosomen
• Polyprotein-Prozessierung durch virale Proteasen

Mechanisms

Der Weg zur Boten-RNA wird durch das Genom bestimmt. Positiv-Strang-RNA kann direkt translatiert werden; Negativ-Strang-RNA- und Doppelstrang-RNA-Viren tragen ihre eigene Polymerase zur Transkription von mRNA; DNA-Viren werden im Allgemeinen von Wirts- oder viralen Polymerasen transkribiert; und Retroviren integrieren eine DNA-Kopie, die dann transkribiert wird. Um effizient translatiert zu werden, benötigen virale mRNAs in der Regel eine 5'-Cap-Struktur und andere von der Zelle erkannte Merkmale, und viele Viren kodieren oder entlehnen die Enzyme, die eine Cap-Struktur hinzufügen, manchmal durch unkonventionelle Chemie. Die Expression ist typischerweise zeitlich geordnet, wobei frühe Gene regulatorische und Replikationsproteine kodieren und späte Gene strukturelle Komponenten kodieren. Die Translation erfolgt an Wirtsribosomen durch die gleichen Elongations-, Terminations- und Recycling-Schritte, die für zelluläre Botschaften verwendet werden, und Viren setzen Strategien ein – interne Ribosom-Eintrittsstellen, Unterdrückung der Wirtstranslation oder Polyprotein-Prozessierung –, um sicherzustellen, dass ihre Proteine hergestellt werden.

Clinical relevance

Virusspezifische Enzyme der Genexpression, wie Polymerasen und Capping-Enzyme, unterscheiden sich von ihren Wirtsäquivalenten und sind daher Ziele für antivirale Medikamente. Dieser Eintrag beschreibt die zugrunde liegende Molekularbiologie auf konzeptioneller Ebene zu Referenz- und Bildungszwecken; er ist keine Grundlage für Verschreibungen, Medikamentenauswahl oder individuelle Patientenversorgung.

History

Die Erkenntnis in den 1970er Jahren, dass verschiedene Viren die gemeinsame Anforderung der mRNA-Herstellung auf unterschiedlichen Wegen erreichen, untermauerte die Baltimore-Klassifikation und prägte die Untersuchung der viralen Genexpression. Nachfolgende molekulare Arbeiten charakterisierten viruskodierte Polymerasen und Capping-Enzyme, definierten das früh-späte Zeitprogramm vieler Viren und entdeckten die Cap-unabhängige Translation durch internen Ribosomen-Eintritt, wodurch aufgedeckt wurde, wie Viren die Proteinsynthese-Maschinerie des Wirts kapern.

Key figures

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

Seminal works

• decroly-2012
• dever-green-2012

Frequently asked questions

Warum tragen einige Viren ihre eigene Polymerase in die Zelle?

Wirtszellen können bestimmte virale Genome – zum Beispiel Negativ-Strang- oder Doppelstrang-RNA – nicht transkribieren, daher verpacken diese Viren eine Polymerase im Virion, um die ersten Boten-RNAs herzustellen, sobald sie in die Zelle gelangen.

Wenn Viren keine Ribosomen haben, wie werden ihre Proteine hergestellt?

Jedes Virus ist auf die Ribosomen der Wirtszelle angewiesen, um seine Boten-RNA zu translatieren; Viren liefern die mRNA und oft Strategien, um diese zu bevorzugen, aber die Proteinsynthese selbst wird von der Zelle durchgeführt.