การจำลองแบบของไวรัสและการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก

หัวใจสำคัญของวงจรการจำลองแบบคือการที่ไวรัสคัดลอกจีโนมของมันเพื่อผลิตกรดนิวคลีอิกที่จะถูกบรรจุลงในอนุภาคไวรัสลูกหลาน เคมีของขั้นตอนนี้ – และตำแหน่งที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ – ถูกกำหนดโดยชนิดของจีโนม และไวรัสหลายชนิดสร้างช่องจำลองแบบเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์เพื่อดำเนินการนี้อย่างมีประสิทธิภาพและพ้นจากการป้องกันของโฮสต์

Definition

การจำลองแบบจีโนมของไวรัสคือการสังเคราะห์สำเนาใหม่ของกรดนิวคลีอิกของไวรัส ซึ่งดำเนินการโดยเอนไซม์พอลิเมอเรสของไวรัสและ/หรือของโฮสต์ตามชนิดของจีโนม โดยทั่วไปจะเกิดขึ้นภายในคอมเพล็กซ์การจำลองแบบที่เชี่ยวชาญ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการสังเคราะห์จีโนมไวรัสใหม่: เอนไซม์ที่คัดลอกจีโนม DNA และ RNA กลยุทธ์ที่แตกต่างกันของกลุ่มจีโนมหลัก การถอดรหัสย้อนกลับ และคอมเพล็กซ์หรือโรงงานจำลองแบบที่ยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ที่ไวรัสหลายชนิดประกอบขึ้น นี่คือการอ้างอิงและการให้ความรู้ ไม่ใช่แนวทางทางคลินิก

Core questions

• จีโนมแต่ละประเภท – DNA, RNA สายบวกและสายลบ, RNA สายคู่, เรโทรไวรัส – คัดลอกจีโนมของมันอย่างไร?
• เหตุใดไวรัส RNA หลายชนิดจึงสร้างโรงงานจำลองแบบที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์?
• การจำลองแบบจีโนมเกิดขึ้นที่ใดในเซลล์ และมีการประสานงานกับการแสดงออกของยีนและการประกอบตัวอย่างไร?

Key concepts

• ชนิดของจีโนมและกลยุทธ์การจำลองแบบ
• RNA-dependent RNA polymerase
• การถอดรหัสย้อนกลับและการรวมตัว (เรโทรไวรัส)
• แม่แบบและสารตัวกลางในการจำลองแบบ
• คอมเพล็กซ์การจำลองแบบที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์ (โรงงานจำลองแบบ)
• การแบ่งส่วนออกจากเซ็นเซอร์ของโฮสต์
• ความแม่นยำต่ำและอัตราการกลายพันธุ์สูงของการจำลองแบบ RNA

Mechanisms

การจำลองแบบจีโนมเป็นไปตามชนิดของจีโนม ไวรัส DNA คัดลอกจีโนมของพวกมันด้วยเอนไซม์ DNA พอลิเมอเรสของไวรัสหรือของโฮสต์ ซึ่งมักจะอยู่ในนิวเคลียส; ไวรัส RNA สายบวกและสายลบใช้เอนไซม์ RNA-dependent RNA polymerase ที่เข้ารหัสโดยไวรัส ซึ่งสร้างสารตัวกลางในการจำลองแบบที่มีขั้วตรงข้าม; ไวรัส RNA สายคู่จำลองแบบภายในอนุภาคย่อยของไวรัส; และเรโทรไวรัสถอดรหัสย้อนกลับ RNA ของพวกมันเป็น DNA ที่รวมเข้ากับโครโมโซมของโฮสต์ สิ่งที่เกิดขึ้นซ้ำๆ โดยเฉพาะในหมู่ไวรัส RNA สายบวก คือการปรับเปลี่ยนเยื่อหุ้มเซลล์ของโฮสต์ให้เป็นช่อง – ซึ่งเรียกว่าคอมเพล็กซ์การจำลองแบบหรือโรงงาน – ที่รวมเครื่องจักรการจำลองแบบ จัดระเบียบขั้นตอนในพื้นที่ และป้องกันกรดนิวคลีอิกของไวรัสจากเซ็นเซอร์ในไซโตพลาสซึมของระบบภูมิคุ้มกันโดยกำเนิด การจำลองแบบ RNA มักจะเกิดข้อผิดพลาดได้ง่าย ทำให้ไวรัส RNA มีอัตราการกลายพันธุ์สูงและวิวัฒนาการอย่างรวดเร็ว

Clinical relevance

เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบจีโนม เช่น RNA-dependent RNA polymerases และ reverse transcriptases เป็นเป้าหมายหลักของการบำบัดด้วยยาต้านไวรัส เนื่องจากมีความแตกต่างจากเอนไซม์ของโฮสต์ ข้อมูลนี้อธิบายชีววิทยาในระดับแนวคิดสำหรับการอ้างอิงและการศึกษา ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการสั่งยา การเลือกยา หรือการจัดการผู้ป่วย

History

การค้นพบเอนไซม์ reverse transcriptase ในทศวรรษ 1970 ได้ล้มล้างสมมติฐานที่ว่าข้อมูลทางพันธุกรรมไหลจาก DNA ไปยัง RNA เท่านั้น และอธิบายการจำลองแบบของเรโทรไวรัส ในขณะเดียวกัน งานวิจัยเกี่ยวกับ RNA-dependent RNA polymerases ได้สร้างความเข้าใจว่าจีโนม RNA ถูกคัดลอกอย่างไร และต่อมาการศึกษาทางชีววิทยาของเซลล์ได้เปิดเผยว่าไวรัสหลากหลายชนิดปรับเปลี่ยนเยื่อหุ้มเซลล์ของโฮสต์ให้เป็นช่องจำลองแบบคล้ายออร์แกเนลล์ ซึ่งเป็นข้อมูลเชิงลึกที่รวมเป็นหนึ่งเดียวเกี่ยวกับตำแหน่งและวิธีการจัดระเบียบการสังเคราะห์จีโนมภายในเซลล์ที่ติดเชื้อ

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

เหตุใดไวรัส RNA จึงกลายพันธุ์อย่างรวดเร็ว?

เอนไซม์ RNA-dependent RNA polymerases ที่คัดลอกจีโนม RNA ส่วนใหญ่โดยทั่วไปขาดการพิสูจน์อักษรที่มีประสิทธิภาพ ดังนั้นการจำลองแบบจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดข้อผิดพลาดได้ง่าย อัตราการกลายพันธุ์ที่สูงส่งผลให้ไวรัส RNA สามารถวิวัฒนาการได้อย่างรวดเร็ว เช่น เพื่อหลีกเลี่ยงภูมิคุ้มกันหรือต้านทานยา

โรงงานจำลองแบบของไวรัสคืออะไร?

ไวรัสหลายชนิด โดยเฉพาะไวรัส RNA สายบวก จะจัดเรียงเยื่อหุ้มเซลล์ของโฮสต์ใหม่ให้เป็นช่องเฉพาะที่รวมเครื่องจักรการจำลองแบบและช่วยซ่อนกรดนิวคลีอิกของไวรัสที่สร้างขึ้นใหม่จากเซ็นเซอร์ภูมิคุ้มกันโดยกำเนิดของเซลล์