Biểu hiện gen virus và tổng hợp protein

Khi bộ gen virus đã vào bên trong tế bào, virus phải tạo ra RNA thông tin và dịch mã nó thành protein. Cách thức thực hiện phụ thuộc vào loại bộ gen: một số virus được ribosome của vật chủ đọc trực tiếp, một số khác phải được phiên mã trước, và nhiều virus mang theo enzyme riêng để tạo và biến đổi mRNA của chúng. Vì virus thiếu ribosome, tất cả chúng cuối cùng đều phụ thuộc vào bộ máy dịch mã của vật chủ.

Definition

Biểu hiện gen virus là quá trình sản xuất RNA thông tin và protein của virus được điều hòa, bao gồm phiên mã hoặc các con đường khác để tạo mRNA, biến đổi mRNA và dịch mã protein virus trên ribosome của vật chủ.

Scope

Chủ đề này bao gồm việc sản xuất mRNA của virus (phiên mã, nếu cần), các biến đổi như gắn mũ (capping) cho phép mRNA được tế bào nhận diện, chương trình thời gian của biểu hiện gen sớm và muộn, và dịch mã protein virus trên ribosome của vật chủ, bao gồm các chiến lược cho phép mRNA của virus cạnh tranh với các thông điệp của tế bào. Đây là tài liệu tham khảo và giáo dục, không phải hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Làm thế nào virus tạo ra RNA thông tin mà ribosome của vật chủ sẽ nhận diện và dịch mã?
• Biểu hiện gen virus được sắp xếp theo thời gian thành các pha sớm và muộn như thế nào?
• Làm thế nào virus chuyển hướng bộ máy dịch mã của vật chủ sang các thông điệp của chính chúng?

Key concepts

• Loại bộ gen là yếu tố quyết định con đường tạo mRNA
• RNA polymerase do virus mã hóa
• Gắn mũ mRNA và sự nhận diện bởi bộ máy dịch mã
• Chương trình thời gian: biểu hiện gen sớm (điều hòa) và muộn (cấu trúc)
• Dịch mã phụ thuộc mũ và vị trí nhập ribosome nội bộ (IRES)
• Tắt vật chủ và cạnh tranh ribosome
• Xử lý polyprotein bằng protease của virus

Mechanisms

Con đường tạo ra RNA thông tin được xác định bởi bộ gen. RNA sợi dương có thể được dịch mã trực tiếp; RNA sợi âm và virus RNA sợi đôi mang theo polymerase riêng để phiên mã mRNA; virus DNA thường được phiên mã bởi polymerase của vật chủ hoặc của virus; và retrovirus tích hợp một bản sao DNA sau đó được phiên mã. Để được dịch mã hiệu quả, mRNA của virus thường cần một mũ 5' và các đặc điểm khác được tế bào nhận diện, và nhiều virus mã hóa hoặc mượn các enzyme thêm mũ, đôi khi bằng hóa học không thông thường. Biểu hiện thường được sắp xếp theo thời gian, với các gen sớm mã hóa protein điều hòa và sao chép, và các gen muộn mã hóa các thành phần cấu trúc. Dịch mã xảy ra trên ribosome của vật chủ thông qua các bước kéo dài, kết thúc và tái chế tương tự như đối với các thông điệp của tế bào, và virus triển khai các chiến lược – vị trí nhập ribosome nội bộ (internal ribosome entry sites), ức chế dịch mã của vật chủ, hoặc xử lý polyprotein – để đảm bảo protein của chúng được tạo ra.

Clinical relevance

Các enzyme đặc hiệu của virus trong biểu hiện gen, chẳng hạn như polymerase và enzyme gắn mũ, khác biệt với các enzyme tương đương của vật chủ và do đó là mục tiêu cho các loại thuốc kháng virus. Mục này mô tả sinh học phân tử cơ bản ở cấp độ khái niệm để tham khảo và giáo dục; nó không phải là cơ sở để kê đơn, lựa chọn thuốc hoặc chăm sóc bệnh nhân cá nhân.

History

Việc nhận ra vào những năm 1970 rằng các virus khác nhau đạt được yêu cầu chung là tạo mRNA bằng các con đường khác nhau đã làm nền tảng cho phân loại Baltimore và định hình nghiên cứu về biểu hiện gen virus. Các công trình phân tử tiếp theo đã đặc trưng hóa các polymerase và enzyme gắn mũ do virus mã hóa, xác định chương trình thời gian sớm-muộn của nhiều virus, và khám phá dịch mã độc lập với mũ thông qua vị trí nhập ribosome nội bộ (internal ribosome entry), tiết lộ cách virus chiếm đoạt bộ máy tổng hợp protein của vật chủ.

Key figures

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

Seminal works

• decroly-2012
• dever-green-2012

Frequently asked questions

Tại sao một số virus mang polymerase riêng vào tế bào?

Tế bào vật chủ không thể phiên mã một số bộ gen virus nhất định – ví dụ RNA sợi âm hoặc sợi đôi – vì vậy những virus đó đóng gói một polymerase trong virion để tạo ra các RNA thông tin đầu tiên khi chúng xâm nhập vào tế bào.

Nếu virus thiếu ribosome, protein của chúng được tạo ra như thế nào?

Mọi virus đều phụ thuộc vào ribosome của tế bào vật chủ để dịch mã RNA thông tin của chúng; virus cung cấp mRNA và thường là các chiến lược để ưu tiên nó, nhưng bản thân quá trình tổng hợp protein được thực hiện bởi tế bào.