بیان ژن ویروسی و سنتز پروتئین

هنگامی که ژنوم ویروسی وارد سلول می‌شود، ویروس باید RNA پیام‌رسان تولید کرده و آن را به پروتئین ترجمه کند. نحوه انجام این کار به نوع ژنوم بستگی دارد: برخی ویروس‌ها مستقیماً توسط ریبوزوم‌های میزبان خوانده می‌شوند، برخی دیگر ابتدا باید رونویسی شوند و بسیاری از آن‌ها آنزیم‌های خود را برای ساخت و اصلاح mRNA خود به همراه می‌آورند. از آنجا که ویروس‌ها فاقد ریبوزوم هستند، همه آن‌ها در نهایت به ماشین‌آلات ترجمه میزبان وابسته هستند.

Definition

بیان ژن ویروسی تولید تنظیم‌شده RNA پیام‌رسان و پروتئین‌های ویروسی است که شامل رونویسی یا سایر مسیرها به mRNA، اصلاح mRNA، و ترجمه پروتئین‌های ویروسی بر روی ریبوزوم‌های میزبان می‌شود.

Scope

این مبحث شامل تولید mRNA ویروسی (رونویسی، در صورت لزوم)، اصلاحاتی مانند کلاهک‌گذاری که امکان شناسایی mRNA توسط سلول را فراهم می‌کند، برنامه زمانی بیان ژن‌های اولیه و متأخر، و ترجمه پروتئین‌های ویروسی بر روی ریبوزوم‌های میزبان، از جمله راهبردهایی که به mRNA ویروسی اجازه رقابت با پیام‌های سلولی را می‌دهد، می‌شود. این یک ماده مرجع و آموزشی است و نه راهنمای بالینی.

Core questions

• چگونه یک ویروس RNA پیام‌رسانی تولید می‌کند که ریبوزوم‌های میزبان آن را شناسایی و ترجمه کنند؟
• چگونه بیان ژن ویروسی در زمان به فازهای اولیه و متأخر تقسیم می‌شود؟
• چگونه ویروس‌ها ماشین‌آلات ترجمه میزبان را به سمت پیام‌های خود هدایت می‌کنند؟

Key concepts

• نوع ژنوم به عنوان تعیین‌کننده مسیر رسیدن به mRNA
• RNA پلیمرازهای کدگذاری‌شده توسط ویروس
• کلاهک‌گذاری mRNA و شناسایی توسط ماشین‌آلات ترجمه
• برنامه زمانی: بیان ژن‌های اولیه (تنظیمی) و متأخر (ساختاری)
• ترجمه وابسته به کلاهک و جایگاه‌های ورود داخلی ریبوزوم (IRES)
• خاموش کردن میزبان و رقابت برای ریبوزوم‌ها
• پردازش پلی‌پروتئین توسط پروتئازهای ویروسی

Mechanisms

مسیر رسیدن به RNA پیام‌رسان توسط ژنوم تعیین می‌شود. RNA تک‌رشته‌ای مثبت می‌تواند مستقیماً ترجمه شود؛ ویروس‌های RNA تک‌رشته‌ای منفی و RNA دورشته‌ای پلیمراز خود را برای رونویسی mRNA حمل می‌کنند؛ ویروس‌های DNA عموماً توسط پلیمرازهای میزبان یا ویروسی رونویسی می‌شوند؛ و رتروویروس‌ها یک کپی DNA را ادغام می‌کنند که سپس رونویسی می‌شود. برای ترجمه کارآمد، mRNAهای ویروسی معمولاً به یک کلاهک '5 و سایر ویژگی‌های شناسایی‌شده توسط سلول نیاز دارند، و بسیاری از ویروس‌ها آنزیم‌هایی را کدگذاری یا قرض می‌گیرند که کلاهک را اضافه می‌کنند، گاهی اوقات با شیمی غیرمتعارف. بیان معمولاً به ترتیب زمانی انجام می‌شود، با ژن‌های اولیه که پروتئین‌های تنظیمی و تکثیر را کدگذاری می‌کنند و ژن‌های متأخر که اجزای ساختاری را کدگذاری می‌کنند. ترجمه بر روی ریبوزوم‌های میزبان از طریق همان مراحل طویل‌سازی، خاتمه، و بازیافت که برای پیام‌های سلولی استفاده می‌شود، رخ می‌دهد، و ویروس‌ها راهبردهایی – جایگاه‌های ورود داخلی ریبوزوم (IRES)، سرکوب ترجمه میزبان، یا پردازش پلی‌پروتئین – را به کار می‌گیرند تا از ساخت پروتئین‌های خود اطمینان حاصل کنند.

Clinical relevance

آنزیم‌های اختصاصی ویروس در بیان ژن، مانند پلیمرازها و آنزیم‌های کلاهک‌گذاری، با معادل‌های میزبان متفاوت هستند و بنابراین اهدافی برای داروهای ضدویروسی محسوب می‌شوند. این مدخل زیست‌شناسی مولکولی زیربنایی را در سطح مفهومی برای مرجع و آموزش توصیف می‌کند؛ این مبنایی برای تجویز، انتخاب دارو، یا مراقبت از بیمار به صورت فردی نیست.

History

شناسایی در دهه 1970 مبنی بر اینکه ویروس‌های مختلف از طریق مسیرهای متفاوت به نیاز مشترک ساخت mRNA می‌رسند، اساس طبقه‌بندی بالتیمور را تشکیل داد و مطالعه بیان ژن ویروسی را چارچوب‌بندی کرد. کارهای مولکولی بعدی پلیمرازها و آنزیم‌های کلاهک‌گذاری کدگذاری‌شده توسط ویروس را مشخص کردند، برنامه زمانی اولیه-متأخر بسیاری از ویروس‌ها را تعریف کردند، و ترجمه مستقل از کلاهک از طریق ورود داخلی ریبوزوم را کشف کردند، که نشان می‌دهد چگونه ویروس‌ها ماشین‌آلات سنتز پروتئین میزبان را به نفع خود مصادره می‌کنند.

Key figures

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

Seminal works

• decroly-2012
• dever-green-2012

Frequently asked questions

چرا برخی ویروس‌ها پلیمراز خود را به داخل سلول حمل می‌کنند؟

سلول‌های میزبان نمی‌توانند برخی ژنوم‌های ویروسی – برای مثال RNA تک‌رشته‌ای منفی یا دورشته‌ای – را رونویسی کنند، بنابراین این ویروس‌ها یک پلیمراز را در ویریون بسته‌بندی می‌کنند تا پس از ورود به سلول، اولین RNAهای پیام‌رسان را بسازند.

اگر ویروس‌ها فاقد ریبوزوم هستند، پروتئین‌های آن‌ها چگونه ساخته می‌شوند؟

هر ویروس برای ترجمه RNA پیام‌رسان خود به ریبوزوم‌های سلول میزبان وابسته است؛ ویروس‌ها mRNA و اغلب راهبردهایی را برای ترجیح آن فراهم می‌کنند، اما خود سنتز پروتئین توسط سلول انجام می‌شود.