Sao chép virus và tổng hợp axit nucleic

Trọng tâm của chu trình sao chép là virus sao chép bộ gen của nó để tạo ra axit nucleic sẽ được đóng gói vào các virion con. Hóa học của bước này – và vị trí xảy ra trong tế bào – được xác định bởi loại bộ gen, và nhiều virus xây dựng các khoang sao chép chuyên biệt, liên kết màng để thực hiện quá trình này một cách hiệu quả và tránh khỏi sự tấn công của hệ thống phòng thủ vật chủ.

Definition

Sao chép bộ gen virus là quá trình tổng hợp các bản sao mới của axit nucleic virus, được thực hiện bởi các polymerase của virus và/hoặc vật chủ tùy theo loại bộ gen, thường là trong các phức hợp sao chép chuyên biệt.

Scope

Chủ đề này bao gồm quá trình tổng hợp bộ gen virus mới: các enzyme sao chép bộ gen DNA và RNA, các chiến lược riêng biệt của các lớp bộ gen chính, phiên mã ngược và các phức hợp hoặc nhà máy sao chép liên kết màng mà nhiều virus lắp ráp. Đây là một tài liệu tham khảo và giáo dục, không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Mỗi lớp bộ gen – DNA, RNA sợi dương và sợi âm, RNA sợi đôi, retrovirus – sao chép bộ gen của nó như thế nào?
• Tại sao nhiều virus RNA xây dựng các nhà máy sao chép liên kết màng?
• Quá trình sao chép bộ gen diễn ra ở đâu trong tế bào, và nó được phối hợp với biểu hiện gen và lắp ráp như thế nào?

Key concepts

• Lớp bộ gen và chiến lược sao chép
• RNA polymerase phụ thuộc RNA
• Phiên mã ngược và tích hợp (retrovirus)
• Khuôn mẫu và các chất trung gian sao chép
• Các phức hợp sao chép liên kết màng (nhà máy sao chép)
• Phân vùng tránh xa các cảm biến của vật chủ
• Độ trung thực thấp và tỷ lệ đột biến cao của quá trình sao chép RNA

Mechanisms

Sao chép bộ gen tuân theo loại bộ gen. Virus DNA sao chép bộ gen của chúng bằng các DNA polymerase của virus hoặc vật chủ, thường là trong nhân; virus RNA sợi dương và sợi âm sử dụng RNA polymerase phụ thuộc RNA do virus mã hóa, tạo ra các chất trung gian sao chép có cực tính đối lập; virus RNA sợi đôi sao chép trong các hạt dưới virus; và retrovirus phiên mã ngược RNA của chúng thành DNA tích hợp vào nhiễm sắc thể vật chủ. Một chủ đề lặp lại, đặc biệt là ở các virus RNA sợi dương, là sự tái cấu trúc màng vật chủ thành các khoang – được gọi là phức hợp sao chép hoặc nhà máy – tập trung bộ máy sao chép, tổ chức các bước trong không gian và che chắn axit nucleic của virus khỏi các cảm biến tế bào chất của hệ miễn dịch bẩm sinh. Sao chép RNA thường dễ mắc lỗi, khiến virus RNA có tỷ lệ đột biến cao và tiến hóa nhanh chóng.

Clinical relevance

Các enzyme sao chép bộ gen như RNA polymerase phụ thuộc RNA và reverse transcriptase là những mục tiêu chính của liệu pháp kháng virus vì chúng khác với các enzyme của vật chủ. Mục này mô tả sinh học ở cấp độ khái niệm để tham khảo và giáo dục; nó không phải là cơ sở để kê đơn, lựa chọn thuốc hoặc quản lý bệnh nhân.

History

Việc phát hiện ra reverse transcriptase vào những năm 1970 đã lật đổ giả định rằng thông tin di truyền chỉ chảy từ DNA sang RNA và giải thích quá trình sao chép của retrovirus. Song song đó, công trình nghiên cứu về RNA polymerase phụ thuộc RNA đã thiết lập cách các bộ gen RNA được sao chép, và sau đó các nghiên cứu sinh học tế bào đã tiết lộ rằng nhiều loại virus tái cấu trúc màng vật chủ thành các khoang sao chép giống như bào quan, một cái nhìn sâu sắc thống nhất về vị trí và cách thức tổng hợp bộ gen được tổ chức trong tế bào bị nhiễm.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Tại sao virus RNA đột biến nhanh như vậy?

Các RNA polymerase phụ thuộc RNA sao chép hầu hết các bộ gen RNA thường thiếu khả năng sửa lỗi hiệu quả, do đó quá trình sao chép dễ mắc lỗi; tỷ lệ đột biến cao dẫn đến việc virus RNA tiến hóa nhanh chóng, ví dụ để thoát khỏi miễn dịch hoặc kháng thuốc.

Nhà máy sao chép virus là gì?

Nhiều virus, đặc biệt là virus RNA sợi dương, sắp xếp lại màng tế bào vật chủ thành các khoang chuyên biệt tập trung bộ máy sao chép và giúp che giấu axit nucleic virus mới được tạo ra khỏi các cảm biến miễn dịch bẩm sinh của tế bào.