همانندسازی ویروسی و سنتز اسید نوکلئیک

در قلب چرخه همانندسازی، ویروس ژنوم خود را کپی می‌کند تا اسید نوکلئیکی تولید کند که در ویریون‌های فرزند بسته‌بندی خواهد شد. شیمی این مرحله – و اینکه در کجای سلول اتفاق می‌افتد – توسط نوع ژنوم تعیین می‌شود، و بسیاری از ویروس‌ها برای انجام کارآمد و دور از دسترس دفاعیات میزبان، محفظه‌های همانندسازی اختصاصی و مرتبط با غشاء می‌سازند.

Definition

همانندسازی ژنوم ویروسی، سنتز نسخه‌های جدید اسید نوکلئیک ویروسی است که توسط پلی‌مرازهای ویروسی و/یا میزبان بر اساس نوع ژنوم، معمولاً در داخل کمپلکس‌های همانندسازی تخصصی انجام می‌شود.

Scope

این موضوع سنتز ژنوم‌های ویروسی جدید را پوشش می‌دهد: آنزیم‌هایی که ژنوم‌های DNA و RNA را کپی می‌کنند، استراتژی‌های متمایز کلاس‌های اصلی ژنوم، رونویسی معکوس، و کمپلکس‌های همانندسازی یا کارخانه‌های متصل به غشاء که بسیاری از ویروس‌ها مونتاژ می‌کنند. این یک مرجع و درمان آموزشی است، نه راهنمایی بالینی.

Core questions

• هر کلاس ژنوم – DNA، RNA تک‌رشته‌ای مثبت و منفی، RNA دو رشته‌ای، رتروویروسی – چگونه ژنوم خود را کپی می‌کند؟
• چرا بسیاری از ویروس‌های RNA کارخانه‌های همانندسازی مرتبط با غشاء می‌سازند؟
• همانندسازی ژنوم در کجای سلول اتفاق می‌افتد و چگونه با بیان ژن و مونتاژ هماهنگ می‌شود؟

Key concepts

• کلاس ژنوم و استراتژی همانندسازی
• RNA پلی‌مراز وابسته به RNA
• رونویسی معکوس و ادغام (رتروویروس‌ها)
• الگو و واسطه‌های همانندسازی
• کمپلکس‌های همانندسازی مرتبط با غشاء (کارخانه‌های همانندسازی)
• جداسازی از حسگرهای میزبان
• وفاداری پایین و نرخ جهش بالای همانندسازی RNA

Mechanisms

همانندسازی ژنوم از نوع ژنوم پیروی می‌کند. ویروس‌های DNA ژنوم خود را با DNA پلی‌مرازهای ویروسی یا میزبان، اغلب در هسته، کپی می‌کنند؛ ویروس‌های RNA تک‌رشته‌ای مثبت و منفی از یک RNA پلی‌مراز وابسته به RNA کدگذاری شده توسط ویروس استفاده می‌کنند و واسطه‌های همانندسازی با قطبیت مخالف تولید می‌کنند؛ ویروس‌های RNA دو رشته‌ای در داخل ذرات زیرویروسی همانندسازی می‌کنند؛ و رتروویروس‌ها RNA خود را به DNA رونویسی معکوس می‌کنند که در کروموزوم میزبان ادغام می‌شود. یک موضوع تکراری، به ویژه در میان ویروس‌های RNA تک‌رشته‌ای مثبت، بازسازی غشاهای میزبان به محفظه‌هایی است – که به طور متناوب کمپلکس‌های همانندسازی یا کارخانه‌ها نامیده می‌شوند – که ماشین‌آلات همانندسازی را متمرکز می‌کنند، مراحل را در فضا سازماندهی می‌کنند و اسید نوکلئیک ویروسی را از حسگرهای سیتوپلاسمی سیستم ایمنی ذاتی محافظت می‌کنند. همانندسازی RNA معمولاً مستعد خطا است و به ویروس‌های RNA نرخ جهش بالا و تکامل سریع می‌دهد.

Clinical relevance

آنزیم‌های همانندسازی ژنوم مانند RNA پلی‌مرازهای وابسته به RNA و ترانس‌کریپتازهای معکوس اهداف اصلی درمان ضد ویروسی هستند زیرا با آنزیم‌های میزبان متفاوتند. این مدخل آن زیست‌شناسی را در سطح مفهومی برای مرجع و آموزش توصیف می‌کند؛ این مبنایی برای تجویز، انتخاب دارو یا مدیریت بیمار نیست.

History

کشف ترانس‌کریپتاز معکوس در دهه 1970 این فرض را که اطلاعات ژنتیکی فقط از DNA به RNA جریان می‌یابد، برهم زد و همانندسازی رتروویروسی را توضیح داد. به موازات آن، کار بر روی RNA پلی‌مرازهای وابسته به RNA نحوه کپی شدن ژنوم‌های RNA را مشخص کرد، و مطالعات سلولی-بیولوژیکی بعدی نشان داد که ویروس‌های مختلف غشاهای میزبان را به محفظه‌های همانندسازی شبه اندامک بازسازی می‌کنند، که یک بینش یکپارچه در مورد اینکه سنتز ژنوم در سلول آلوده کجا و چگونه سازماندهی می‌شود، ارائه داد.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

چرا ویروس‌های RNA اینقدر سریع جهش می‌یابند؟

RNA پلی‌مرازهای وابسته به RNA که بیشتر ژنوم‌های RNA را کپی می‌کنند، معمولاً فاقد تصحیح کارآمد هستند، بنابراین همانندسازی مستعد خطا است؛ نرخ جهش بالای حاصل به ویروس‌های RNA اجازه می‌دهد تا به سرعت تکامل یابند، به عنوان مثال برای فرار از ایمنی یا مقاومت در برابر داروها.

کارخانه همانندسازی ویروسی چیست؟

بسیاری از ویروس‌ها، به ویژه ویروس‌های RNA تک‌رشته‌ای مثبت، غشاهای سلول میزبان را به محفظه‌های تخصصی بازآرایی می‌کنند که ماشین‌آلات همانندسازی را متمرکز کرده و به پنهان کردن اسید نوکلئیک ویروسی تازه ساخته شده از حسگرهای ایمنی ذاتی سلول کمک می‌کنند.