Экспрессия вирусных генов и синтез белка

После того как вирусный геном попадает в клетку, вирус должен продуцировать матричную РНК (мРНК) и транслировать ее в белок. Способ, которым он это делает, зависит от типа генома: некоторые вирусы считываются непосредственно рибосомами хозяина, другие должны сначала быть транскрибированы, а многие приносят свои собственные ферменты для создания и модификации своей мРНК. Поскольку вирусы не имеют рибосом, все они в конечном итоге зависят от трансляционного аппарата хозяина.

Definition

Экспрессия вирусных генов — это регулируемое производство вирусной матричной РНК и белков, включающее транскрипцию или другие пути к мРНК, модификацию мРНК и трансляцию вирусных белков на рибосомах хозяина.

Scope

Эта тема охватывает производство вирусной мРНК (транскрипцию, где это требуется), модификации, такие как кэпирование, которые позволяют мРНК распознаваться клеткой, временную программу экспрессии ранних и поздних генов, а также трансляцию вирусных белков на рибосомах хозяина, включая стратегии, которые позволяют вирусной мРНК конкурировать с клеточными сообщениями. Это справочный и образовательный материал, а не клиническое руководство.

Core questions

• Как вирус производит матричную РНК, которую рибосомы хозяина будут распознавать и транслировать?
• Как экспрессия вирусных генов упорядочена во времени на ранние и поздние фазы?
• Как вирусы перенаправляют трансляционный аппарат хозяина на свои собственные сообщения?

Key concepts

• Тип генома как определяющий фактор пути к мРНК
• Кодируемые вирусами РНК-полимеразы
• Кэпирование мРНК и распознавание трансляционным аппаратом
• Временная программа: экспрессия ранних (регуляторных) и поздних (структурных) генов
• Кэп-зависимая трансляция и внутренние сайты входа рибосом (IRES)
• Выключение хозяина и конкуренция за рибосомы
• Процессинг полипротеинов вирусными протеазами

Mechanisms

Путь к матричной РНК определяется геномом. Позитивно-цепочечная РНК может транслироваться напрямую; вирусы с негативно-цепочечной РНК и двухцепочечной РНК несут свою собственную полимеразу для транскрипции мРНК; ДНК-вирусы обычно транскрибируются полимеразами хозяина или вирусными полимеразами; а ретровирусы интегрируют ДНК-копию, которая затем транскрибируется. Для эффективной трансляции вирусные мРНК обычно нуждаются в 5'-кэпе и других элементах, распознаваемых клеткой, и многие вирусы кодируют или заимствуют ферменты, которые добавляют кэп, иногда с использованием нетрадиционной химии. Экспрессия обычно упорядочена во времени: ранние гены кодируют регуляторные и репликационные белки, а поздние гены кодируют структурные компоненты. Трансляция происходит на рибосомах хозяина через те же этапы элонгации, терминации и рециклинга, которые используются для клеточных сообщений, и вирусы используют стратегии — внутренние сайты входа рибосом (IRES), подавление трансляции хозяина или процессинг полипротеинов — для обеспечения синтеза своих белков.

Clinical relevance

Вирус-специфические ферменты экспрессии генов, такие как полимеразы и кэпирующие ферменты, отличаются от эквивалентов хозяина и, следовательно, являются мишенями для противовирусных препаратов. Эта статья описывает базовую молекулярную биологию на концептуальном уровне для справки и образования; она не является основой для назначения лекарств, выбора препаратов или индивидуального ухода за пациентами.

History

Признание в 1970-х годах того, что различные вирусы достигают общего требования по созданию мРНК разными путями, легло в основу классификации Балтимора и сформировало изучение экспрессии вирусных генов. Последующая молекулярная работа характеризовала кодируемые вирусами полимеразы и кэпирующие ферменты, определила ранне-позднюю временную программу многих вирусов и обнаружила кэп-независимую трансляцию через внутренний сайт входа рибосом, показав, как вирусы захватывают аппарат синтеза белка хозяина.

Key figures

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

Seminal works

• decroly-2012
• dever-green-2012

Frequently asked questions

Почему некоторые вирусы несут свою собственную полимеразу в клетку?

Клетки хозяина не могут транскрибировать определенные вирусные геномы — например, негативно-цепочечную или двухцепочечную РНК — поэтому эти вирусы упаковывают полимеразу в вирион, чтобы производить первые матричные РНК после проникновения в клетку.

Если у вирусов нет рибосом, как синтезируются их белки?

Каждый вирус зависит от рибосом клетки-хозяина для трансляции своей матричной РНК; вирусы предоставляют мРНК и часто стратегии для ее предпочтительной трансляции, но сам синтез белка осуществляется клеткой.