ウイルス遺伝子発現とタンパク質合成

ウイルスゲノムが細胞内に入ると、ウイルスはメッセンジャーRNAを産生し、それをタンパク質に翻訳しなければならない。その方法はゲノムの種類によって異なり、一部のウイルスは宿主のリボソームによって直接読み取られ、他のウイルスはまず転写される必要があり、多くは自身の酵素を持ち込んでmRNAを生成および修飾する。ウイルスはリボソームを持たないため、最終的にはすべて宿主の翻訳機構に依存している。

Definition

ウイルス遺伝子発現とは、ウイルスmRNAおよびタンパク質の調節された産生であり、転写またはmRNAへの他の経路、mRNA修飾、および宿主リボソーム上でのウイルス蛋白質の翻訳を含む。

Scope

このトピックでは、ウイルスmRNAの産生（必要に応じた転写）、細胞に認識されるためのキャッピングなどの修飾、初期および後期遺伝子発現の時間的プログラム、ならびに宿主リボソーム上でのウイルス蛋白質の翻訳について扱う。これには、ウイルスmRNAが細胞メッセージと競合するための戦略も含まれる。これは参照および教育資料であり、臨床的ガイダンスではない。

Core questions

• ウイルスは、宿主リボソームが認識し翻訳するメッセンジャーRNAをどのように生成するのか？
• ウイルス遺伝子発現は、初期相と後期相にどのように時間的に順序付けられているのか？
• ウイルスは、宿主の翻訳機構を自身のメッセージに向けてどのように転用するのか？

Key concepts

• mRNAへの経路を決定するゲノムの種類
• ウイルスがコードするRNAポリメラーゼ
• mRNAのキャッピングと翻訳機構による認識
• 時間的プログラム：初期（調節）および後期（構造）遺伝子発現
• キャップ依存性翻訳と内部リボソーム進入部位（IRES）
• 宿主シャットオフとリボソームの競合
• ウイルスプロテアーゼによるポリタンパク質プロセシング

Mechanisms

メッセンジャーRNAへの経路はゲノムによって決定される。プラス鎖RNAは直接翻訳され得る。マイナス鎖RNAおよび二本鎖RNAウイルスは、mRNAを転写するために自身のポリメラーゼを運ぶ。DNAウイルスは一般的に宿主またはウイルスのポリメラーゼによって転写され、レトロウイルスは転写されるDNAコピーを組み込む。効率的に翻訳されるためには、ウイルスmRNAは通常、5'キャップおよび細胞によって認識される他の特徴を必要とし、多くのウイルスはキャップを付加する酵素をコードするか、または借用しており、時には非慣習的な化学反応を用いる。発現は通常、時間的に順序付けられており、初期遺伝子は調節タンパク質および複製タンパク質をコードし、後期遺伝子は構造成分をコードする。翻訳は、細胞メッセージに使用されるのと同じ伸長、終結、およびリサイクルのステップを経て宿主リボソーム上で起こり、ウイルスは、内部リボソーム進入部位、宿主翻訳の抑制、またはポリタンパク質プロセシングといった戦略を展開して、自身のタンパク質が確実に合成されるようにする。

Clinical relevance

ポリメラーゼやキャッピング酵素などのウイルス特異的な遺伝子発現酵素は、宿主の同等物とは異なり、したがって抗ウイルス薬の標的となる。この項目は、参照および教育のために、根底にある分子生物学を概念レベルで記述するものであり、処方、薬剤選択、または個々の患者ケアの基礎となるものではない。

History

1970年代に、異なるウイルスがmRNAを生成するという共通の要件に異なる経路で到達するという認識が、ボルティモア分類の基礎となり、ウイルス遺伝子発現の研究の枠組みを形成した。その後の分子生物学的研究により、ウイルスがコードするポリメラーゼとキャッピング酵素が特徴づけられ、多くのウイルスの初期-後期時間プログラムが定義され、内部リボソーム進入によるキャップ非依存性翻訳が解明され、ウイルスが宿主のタンパク質合成機構をいかに乗っ取るかが明らかになった。

Key figures

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

Seminal works

• decroly-2012
• dever-green-2012

Frequently asked questions

なぜ一部のウイルスは自身のポリメラーゼを細胞内に持ち込むのか？

宿主細胞は特定のウイルスゲノム（例えば、マイナス鎖RNAや二本鎖RNA）を転写できないため、これらのウイルスは、細胞に入ると最初のメッセンジャーRNAを生成するために、ビリオン内にポリメラーゼをパッケージしている。

ウイルスがリボソームを持たない場合、そのタンパク質はどのように作られるのか？

すべてのウイルスは、メッセンジャーRNAを翻訳するために宿主細胞のリボソームに依存している。ウイルスはmRNAを提供し、それを有利にするための戦略をしばしば提供するが、タンパク質合成自体は細胞によって行われる。