ウイルス複製と核酸合成

複製サイクルの中心では、ウイルスはゲノムを複製して、子孫ビリオンにパッケージ化される核酸を生成します。このステップの化学的性質と細胞内のどこでそれが起こるかは、ゲノムの種類によって決定され、多くのウイルスは、効率的に、かつ宿主防御の手の届かないところでそれを行うために、専用の膜結合複製コンパートメントを構築します。

Definition

ウイルスゲノム複製とは、ウイルスおよび/または宿主ポリメラーゼによってゲノムの種類に応じて行われる、ウイルス核酸の新しいコピーの合成であり、典型的には特殊な複製複合体内で実行されます。

Scope

このトピックは、新しいウイルスゲノムの合成、すなわちDNAおよびRNAゲノムを複製する酵素、主要なゲノムクラスの異なる戦略、逆転写、および多くのウイルスが集合させる膜結合複製複合体または工場について扱います。これは参照および教育的な内容であり、臨床的ガイダンスではありません。

Core questions

• 各ゲノムクラス（DNA、プラス鎖およびマイナス鎖RNA、二本鎖RNA、レトロウイルス）はどのようにゲノムを複製するのか？
• なぜ多くのRNAウイルスは膜結合複製工場を構築するのか？
• ゲノム複製は細胞内のどこで行われ、遺伝子発現やアセンブリとどのように協調しているのか？

Key concepts

• ゲノムクラスと複製戦略
• RNA依存性RNAポリメラーゼ
• 逆転写と組み込み（レトロウイルス）
• 鋳型と複製中間体
• 膜結合複製複合体（複製工場）
• 宿主センサーからの隔離
• RNA複製の低忠実度と高変異率

Mechanisms

ゲノム複製はゲノムの種類に依存します。DNAウイルスは、ウイルスまたは宿主のDNAポリメラーゼを用いてゲノムを複製し、しばしば核内で行われます。プラス鎖およびマイナス鎖RNAウイルスは、ウイルスコードのRNA依存性RNAポリメラーゼを使用し、逆極性の複製中間体を生成します。二本鎖RNAウイルスは、サブウイルス粒子内で複製します。レトロウイルスは、そのRNAをDNAに逆転写し、それが宿主染色体に組み込まれます。特にプラス鎖RNAウイルスによく見られるテーマは、宿主膜を複製複合体または工場と呼ばれるコンパートメントに再構築することです。これらは複製機構を集中させ、空間的にステップを組織化し、ウイルス核酸を自然免疫系の細胞質センサーから保護します。RNA複製は一般的にエラーを起こしやすく、RNAウイルスに高い変異率と急速な進化をもたらします。

Clinical relevance

RNA依存性RNAポリメラーゼや逆転写酵素などのゲノム複製酵素は、宿主酵素とは異なるため、抗ウイルス療法の主要な標的となります。この項目は、参照および教育のための概念レベルでの生物学を説明するものであり、処方、薬剤選択、または患者管理の根拠となるものではありません。

History

1970年代の逆転写酵素の発見は、遺伝情報がDNAからRNAへしか流れないという仮定を覆し、レトロウイルスの複製を説明しました。並行して、RNA依存性RNAポリメラーゼに関する研究は、RNAゲノムがどのように複製されるかを確立し、その後の細胞生物学的研究は、多様なウイルスが宿主膜をオルガネラ様の複製コンパートメントに再構築することを示し、感染細胞内でゲノム合成がどこでどのように組織されるかについての統一的な洞察をもたらしました。

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

なぜRNAウイルスはこんなに早く変異するのですか？

ほとんどのRNAゲノムを複製するRNA依存性RNAポリメラーゼは、一般的に効率的な校正機能を欠いているため、複製はエラーを起こしやすくなります。結果として生じる高い変異率は、RNAウイルスが急速に進化することを可能にし、例えば免疫からの回避や薬剤耐性の獲得につながります。

ウイルス複製工場とは何ですか？

多くのウイルス、特にプラス鎖RNAウイルスは、宿主細胞の膜を特殊なコンパートメントに再編成し、複製機構を集中させ、新しく作られたウイルス核酸を細胞の自然免疫センサーから隠すのに役立てています。