VĪRUSU UN ĀRPUSHROMOSOMU ELEMENTU GRUPAS Retrovīrusi un Hepadnavīrusi VIRUSOLOĢIJA (VĪRUSI UN ĀRPUSHROMOSOMU ĢENĒTISKIE ELEMENTI) VĪRUSU UN ĀRPUSHROMOSOMU ELEMENTU GRUPAS Retrovīrusi un Hepadnavīrusi Ļaundabīgie audzēji

ds RNS vīrusi Retrovīrusi / Retroviridae Kopējais raksturojums Dzīvnieku vīrusi B tips C tips D tips; HTLV un BLV Lentivīrusi Spumavīrusi

ds RNS vīrusi Kopējais raksturojums Reovīrusi Totivīrusi

ds RNS vīrusu kopējais raksturojums dsRNS vīrusu saimnieku loks: Baktērijas (apvalku saturoši bakteriofāgi: Cystoviridae,); Dzīvnieki, augi un kukaiņi (Reoviridae); Mugurklaulnieki un bezmugurkaulnieki (Birnaviridae); Sēnes un vienšūņi, varbūt arī kukaiņi (Totiviridae); Sēnes (Partitiviridae) Augi ( Cryptovirus, Partitiviridae) infekcija tikai ar sēklu vai putekšņu palīdzību

RNS izmēri un forma: Partitiviridae - 4 - 9 kb; lineāra, divkomponentu; Birnaviridae - 6 kb; lineāra, divkomponentu; Totiviridae - 4 - 7 kb; lineāra, vienkomponenta; Cystoviridae -13 kb; lineāra, trīskomponentu; Reovirdae - 20 - 27 kb lineāra, daudzkomponentu (10 -12)

Replikācija Visu ds RNA vīrusu replikācijai notiek konservatīvi, vīrusu RNA transkriptāze (RNA-Tr) transkribē ds RNA par mRNA, kura kodē proteīnu sintēzi un kalpo par matricu otrā RNA pavediena sintēzei. Replikācija notiek citoplazmā

Raugu vīruss ScV L-A; killer-faktori Dz.: Totiviridae Raugu vīruss ScV L-A; killer-faktori The L-A dsRNA virus of the yeast Saccharomyces cerevisiae has a single 4.6 kb genomic segment that encodes its major coat protein, Gag (76 kDa) and a Gag-Pol fusion protein (180 kDa) formed by a -1 ribosomal frameshift. L-A can support the replication and encapsidation in separate viral particles of any of several satellite dsRNAs, called M dsRNAs, each of which encodes a secreted protein toxin (the killer toxin) and immunity to that toxin. L-A and M are transmitted from cell to cell by the cytoplasmic mixing that occurs in the process of mating. Neither is naturally released from the cell or enters cells by other mechanisms, but the high frequency of yeast mating in nature results in the wide distribution of these viruses in natural isolates. Moreover, the structural and functional similarities with dsRNA viruses of mammals has made it useful to consider these entities as viruses

Raugu vektori: in vivo fermentu selekcija Dz.: Totiviridae Raugu vektori: in vivo fermentu selekcija

Dz.: Reoviridae Respiratory entheric ophran. Ikosaedriska simetrija, diam. 60 - 80 nm, divslāņu kapsīds bez apvalka, poliedri (Cypovirus ) Ģ.Ģ.: Orthoreovirus (īstais) pilienu un gastrointestinālā pārnese, pamatā respiratorās infekcijas, retāk - enterīti jaundzimušajiem. 2 seroloģiskās grupas - zīdītāju un putnu.

Orbivirus, (orbis - gredzens, morfoloģija) pārnese ar kukaiņu starpniecību, inaparentas līdz letālas infekcijas, drudži, hemorāģiskie drudži Bluetongue virus – 10 fragmenti, divslāņu kapsīds, pārnēsā odi, inficē aitas Rotavirus, (ritenis) grūti kultivējami in vitro, gastrointestinālā pārnese, diarejas Coltivirus, (Colorado tick fever) ērču vektori, druži, var būt komplikācijas - nekrozes, leikopēnija Aquareovirus, zivīs, gliemjos; sincītiju veidošana, zema patogenitāte

Fijivirus, augos, floēmas hipertrofija (audzēji), kukaiņos nav izteiktas patoģenēzes Phytoreovirus, augos, kukaiņu pārnesēji (lapu sprīžmeši), daudzas divdīgļlapju dz., graudzāles Oryzavirus, Graudzālēs, floēmas hipertrofija, kukaiņu pārnesēji, morfoloģija atšķīrīga no fitoreovīrusiem - izteiktas virsmas projekcijas Cypovirus, (cytoplasmatic polyhedrosis) kukaiņi, plašs sugu sastāvs, 12 serotipi, var veidot poliedrus, hroniskas infekcijas, zema kūniņu mirstība

Reovīrusu daudzveidība

dsRNA bacteriophage φ6 (larifāns) Bacteriophage φ6 is a member of the Cystoviridae family. It infects Pseudomonas bacteria (typically plant-pathogenic P. syringae). It has a three-part, segmented, double-stranded RNA genome, totalling ~13.5 kb in length. f6 and its relatives have a lipid membrane around their nucleocapsid, a rare trait among bacteriphages. It is a lytic phage, though under certain circumstances has been observed to display a delay in lysis which may be described as a "carrier state". L. Mindich Microbiol. Mol. Biol. Rev 1999, 63(1):149. . 

Larifāns – fāga f6 RNS saturošs interferona stimulators Dr. Guna Feldmane http://www.ir.lv/upload/image_file/name/2012_10/43505/f64_larifan_181012_005-media_large.jpg?1351075688

Rigvir – enterovīrusa (Picornaviridae) ECHO-7 preparāts – onkolītiskas, imūnstimulējošas īpašības Dr. Aina Muceniece (1924.-2010.) http://www.virotherapy.eu/rigvir/

Retrovīrusu kopējais raksturojums Saimnieku loks: Hordata: Mammalia; Aves; dažāds, visumā šaurs saimnieku loks

Retrovīrusu kopējais raksturojums Retrovīrusu morfoloģija: Virionu diametrs ap 100 nm, ārējā membrānas apvalkā ietverts ikosaedrisks vai konusveida nukleokapsīds. Raksturīgs virionu peldošais blīvums = 1,16 Vīrusa virsmas projekciju lielumu un nukleokapsīda novietojumu virionā izmanto klasifikācijai. Vironu sastāvā ir fermenti: revertāze, integrāze, proteāze.

Retrovīrusu kopējais raksturojums Replikācija Replikācija notiek pēc tam, kad vīruss integrējis DNS kopiju šūnas genomā, tikai dalošās šūnās. Ārejās membrānas un matriksa proteīni savācas šūnas membrānā, pie tās migrē nenobriedis nukleokapsīds. Vīruss nelizē šūnas, bieži pat stimulē dalīšanos. Izkļūst no šūnas pumpurojoties. Vīrusu proteāzēm ir svarīga virionu nobriešanā.

Retrovīrusu morfoloģijas tipi

Retrovīrusu kopējais raksturojums RNS izmēri un uzbūve: Virioni satur divas kopijas vienpavediena (+) RNS kā arī replikācijā nepieciešamu, vīrusa grupas specifisku tRNS. Genomiskās RNS garums 7 - 12 kb. Kodē vismaz trīs gēnu grupas, kuras tiek ekspresētas, veidojot 10 - 15 proteīnus. RNS netiek izmantota par mRNS, bet ar revertāzes palīdzību pārveidota DNS kopijā, kas integrējas saimniekšūnas genomā. RNS raksturīgi īsi galu atkārtojumi (R), kuri veidojot DNS kopiju nokļūst garo galu atkārtojumu (LTR) sastāvā (U3-R-U5)

Retrovīrusu sistemātika http://www.microbiologybytes.com/virology/Retroviruses.html

Retrovīrusu morfoloģijas tipi B C D C C D

Retrovīrusu morfoloģija

Retrovīrusu genoma struktūra (+) RNS struktūra CAP – mRNS 5’-gala modifikācija; R – sekvences atkārtojumi; U – nekodējošās secības; PBS – praimera piesaistes rajons; Leader – mRNS struktūras nekodējošā daļa; gag – grupas specifiskais antigēns, viriona kapsīda; pol – polimerāze; env – apvalka proteīni; PPT – polipurīnu rajons; A(n) – mRNS 3’-gala modifikācija http://www.microbiologybytes.com/virology/Retroviruses.html

Retrovīrusu revertāze

Retrovīrusu genoma struktūra

Retrovīrusu atgriezeniskā transkripcija, LTR sintēze

Retrovīrusu atgriezeniskā transkripcija, LTR sintēze

Retrovīrusu atgriezeniskā transkripcija, LTR sintēze

Retrovīrusu atgriezeniskā transkripcija, LTR sintēze

Retrovīrusu atgriezeniskā transkripcija, LTR sintēze Provīruss

Retrovīrusu atgriezeniskā transkripcija, LTR sintēze tRNS RNS DNS RNS DNS RNS tRNS DNS RNS Provīrusa formas šūnā DNS RNS DNS RNS DNS DNS DNS DNS DNS DNS http://www.microbiologybytes.com/virology/Retroviruses.html DNS DNS

Retrovīrusu replikācijas cikls

Retrovīrusu provīrusa integrācija Integrācijas procesā provīruss zaudē dažus (1-2) galu nukleotīdus, TG un CA dinukleotīds atrodams visos integrēto vīrusu genomu galos Integrācijas vietai šūnā nav specifiskas nukleotīdu secības. Integrācijas vietā 4 – 6 šūnas nukleotīdi veido invertētu atkārtojumu pēc: http://cmbi.bjmu.edu.cn/www-learn/micro-ac-uk/335/Retroviruses.html

Retrovīrusu genoma transkriptu splaisings un proteīnu sintēze ribosomas pārvietošana nolasīšanas secībā AUG bicistroniska mRNS, nesplaisēts variants AUG monocistroniska mRNS, vienkāršs splaisings AUG monocistroniska mRNS, vienkāršs splaisings pirmā iniciācijas kodona caurlasīšana AUG AUG AUG bicistroniska mRNS, vienkāršs splaisings AUG monocistroniska mRNS, divkāršs splaisings pirmā iniciācijas kodona caurlasīšana AUG AUG bicistroniska mRNS, divkāršs splaisings

Ribosomas pārvietošana (buksēšana) nolasīšanas secībā Aizķeroties mRNS otrējās struktūras veidotā cilpā, ribosoma tiek pārvietota uz (-1) nolasīšanas secību Terminācijas supresija (kā Qb)

Dz.: Retroviridae Ģ.: Alpharetrovirus ALV - endogēnie provīrusi Morfoloģija: intracisternālās daļiņas, nav virsmas peplomeru dzelkšņu; blīvs ikosaedrisks kors viriona centrā. ALV, RSV, īss genoms - 7.2 kb (gag/pro/ pol)- (env)

Intracisternālās daļiņas jeb A tips

Endogēno retrovīrusu aktivācija un pārnese, sugu specifiskums Ekotropi – inficē tikai savu sugu Ksenotropi – inficē tikai citu sugu Amfotropi – gan to pašu, gan svešu sugu R.A.Weiss, Retrovirology, 2006, 3: 67

Dz.: Retroviridae Ģ.: Betaretrovirus MMTV + endogēnie provīrusi Morfoloģija: izteikti virsmas peplomeru dzelkšņi; blīvs, nobīdīts ikosaedrisks kors. RNA ~ 10 kb, LTR ~ 1300 b (U3 ~1200; R 15; U5 ~ 120); tRNA - Lys Genoms: (gag/pro)-(pol)-(env)

Dz.: Retroviridae Ģ.: Gammaretrovirus MLV + daudzi peļu, pērtiķu, grauzēju vīrusi un endogēnie vīrusi 3 serotipi: (onko; retikuloendotelioze; rāpuļu) Morfoloģija: nav virsmas peplomeru dzelkšņu; blīvs ikosaedrisks kors viriona centrā. RNA ~ 8.3 kb, LTR ~ 600 b (U3 ~500; R 60; U5 75); tRNA - Pro (Glu) Genoms: (gag/pro/ pol)- (env) Onkogēnus nesošie vīrusi = defektīvi rekombinanti

Dz.: Retroviridae Ģ.: Deltaretrovirus BLV, Human T-Lymphotropic Virus 1,2; STLV, nesatur onkogēnus, nav endogēno vīrusu Morfoloģija: nav virsmas peplomeru dzelkšņu; blīvs, iegarens kors viriona centrâ. RNA ~ 8.3 kb, LTR ~ 550-750 b (U3 ~200-300; R 135-235; U5 ~ 100-200); tRNA - Lys Genoms: (gag/pro/ pol)- (env)- (rex/tax)

Dz.: Retroviridae Ģ.: Lentivirus 5 grupas - liellopu, zirgu, kaķu, aitu primātu Morfoloģija: izteikti virsmas peplomeru dzelkšņi; blīvs, konusveida vai iegarens kors. RNA ~ 9.2 kb, LTR ~ 600 b (U3 ~450; R 100; U5 ~ 70); tRNA - Lys Genoms: (gag) - (pro/ pol) - (env) Papildus regulatorie proteīni: vpr; tat; nef; vif

AIDS (Acquired ImmunoDeficite Sindrome) HIV1, pirmie AIDS gadījumi apzināti 1981. g. Pneumocystis carini LA, Kapoši sarkoma. LAV vīruss - 1983. g. Luc Montagnier; HIV/AIDS - 1984 Renato Gallo HIV-2, 1986 g. R-Āfrikā

Retrovīrusu morfoloģija

Miristālskābe

HIV adsorbcijas process

AIDS attīstības process cilvēka organismā ARC – AIDS-related complex

AIDS (Acquired ImmunoDeficite Sindrome) Kapoši sarkoma

HIV izplatība cilvēku populācijā (1999. g.) S =~ 28 miljoni

HIV izplatība cilvēku populācijā (2001. g.) S =~ 36 miljoni

HIV izplatība cilvēku populācijā (2010. g., prognoze) S =~ 52 - 73 miljoni ?

HIV infekcijas izplatība 2007. gadā Kopā 33.2 miljoni cilvēku [30.6–36.1] Pieaugušie 30.8 miljoni [28.2–33.6] Sievietes 15.4 miljoni [13.9–16.6] Bērni līdz 15 g.v. 2.5 miljoni [2.2–2.6] Jaunas HIV infekcijas 2007. gadā Kopā 2.5 miljoni [1.8–4.1] Pieaugušie 2.1 miljoni [1.4–3.6] Bērni līdz 15 g.v. 420 000 [350 000–540 000] Mirušo AIDS rezultātā 2007. gadā Kopā 2.1 miljoni [1.9–2.4] Pieaugušie 1.7 miljoni [1.6–2.1] Bērni līdz 15 g.v. 330 000 [310 000–380 000] United Nations Programme on HIV/AIDS (UNAIDS) and World Health Organization (WHO) 2007.

HIV infekcijas izplatība 2009. gadā Kopā 33.3 miljoni cilvēku [31.4–35.3] Pieaugušie 30.8 miljoni [29.2–32.6] Sievietes 15.9 miljoni [14.8–17.2] Bērni līdz 15 g.v. 2.5 miljoni [1.6–3.4] Jaunas HIV infekcijas 2011. gadā Kopā 2.6 miljoni [2.3–2.8] Pieaugušie 2.2 miljoni [2.0–2.4] Bērni līdz 15 g.v. 370 000 [230 000–510 000] Mirušo AIDS rezultātā 2011. gadā Kopā 1.8 miljoni [1.6–2.1] Pieaugušie 1.6 miljoni [1.4–1.8] Bērni līdz 15 g.v. 260 000 [150 000–380 000] http://www.unaids.org/documents/20101123_epislides_core_en.pdf

HIV infekcijas izplatība 2013. gadā Kopā 35.0 miljoni cilvēku [33.1–37.2] Pieaugušie 31.8 miljoni [30.1–33.7] Sievietes 16.0 miljoni [15.1–16.9] Bērni līdz 15 g.v. 3.2 miljoni [2.9–3.5] Jaunas HIV infekcijas 2013. gadā Kopā 2.1 miljoni [1.9–2.4] Pieaugušie 1.9 miljoni [1.7–2.1] Bērni līdz 15 g.v. 240 000 [210 000–280 000] Mirušo AIDS rezultātā 2013. gadā Kopā 1.5 miljoni [1.4–1.7] Pieaugušie 1.3 miljoni [1.2–1.6] Bērni līdz 15 g.v. 190 000 [170 000–220 000] http://www.who.int/hiv/data/epi_core_dec2014.png?ua=1

http://www.spkc.gov.lv/hiv-aids/

http://www.spkc.gov.lv/hiv-aids/

http://www.spkc.gov.lv/hiv-aids/

HIV nonākšana cilvēku populācijā

2008. gada Nobela prēmijas fizioloģijā un medicīnā Haraldam zur Hauzenam par atklājumu, ka papiliomas vīrusi izraisa dzemdes vēzi; Fransuāzai Barre-Sinusi un Lukam Montaņje par cilvēka imūndeficīta vīrusa atklāšanu.

HIV izplatīšanās cilvēka organismā

AIDS terapija Peter H. Duesberg (1936.) Berklijas universitātes profesors. Viens no retrovīrusu onkogēnu atklājējiem un integrācijas mehanisma noskaidrotājiem. Noliedz HIV saistību ar AIDS.

Dz.: Retroviridae Ģ.: Spumavirus Nav zināmu slimību, onkogēnu, izolēti no daudziem dzīvniekiem B -tipa morfoloģija, ~11 kb RNA, papildus ORF (bel 1-3) 3’- galā

Retrovīrusu filoģenētiskais koks, endogēno retrovīrusu sastopamība R.A.Weiss, Retrovirology, 2006

Endogēno retrovīrusu un to saimnieku koevolūcija un starpsugu pārnese R.A.Weiss, Retrovirology, 2006

Dz.: Hepadnaviridae Kopējais raksturojums Dzīvnieku vīrusi Cilvēka B tipa hepatīta vīruss Dzīvnieku hepatīta vīrusi Augu vīrusi

Hepadnavīrusu kopējais raksturojums Saimnieku loks: Hordata (Mammalia; ļoti šaurs, parasti tikai viena suga); Augi (divdģļlapji).

Hepadnavīrusu kopējais raksturojums DNS izmēri: Paši mazākie DNS vīrusi. 3100 - 3500 nt garš, daļēji dubultspiralizēts genoms, tarnskripcijas modifikāciju rezultātē veido 6 - 9 proteīnus. HBV CaMV

Hepadnavīrusu kopējais raksturojums Vīrusu morfoloģija: Virioni: 42 nm diametrs ikosaedrisks nukleokapsīds, jeb kors "core" 27 nm diametrā, apm. 4 nm bieza ārējais apvalks. Vīrusa apvalka proteīnu sauc par virsmas antigēnu vai HBsAg. Dažkārt līdzās virionam tas veido cauruļveida struktūras: “astes”. Virsmas antigēns tiek sintezēts vairāk nekā nepieciešamas jaunu virionu veidošanai. Tas uzkrājas inficēto indivīdu asinīs pavedenveida vai sfērisku daļiņu veidā. Pavedenveida daļiņas ir identiskas virionu “astēm”. Tās ir atķirīga garuma un to vidējais diametrs ir ap 22 nm. Dažreiz redzams, ka tās veido diskveidā, nespirāliski izvietotas proteīna subvienības.

Retroīdie vīrusi Hepadnavīrusu kopējais raksturojums Replikācija notiek reparējot daļēji dubultspiralizēto DNS; sintezējot vairākas subgenomiskas un vienu pilna genoma garuma RNS; Viriona DNS tiek sintezēta no pilna garuma RNS ar revertāzes palīdzību nenobriedušās vīrusa daļiņās. Retroīdie vīrusi

HBV P.Pumpen, A.Dishler, T.Kozlovskaya, V.Bichko, E.Gren, M.Rivkina, A.Grinberg, R.Kukaine. Cloning of hepatitis B virus DNA in Escherichia coli . - Proc. USSR Acad. Sci., 1981, vol. 220, N 4, pp. 1022-1024

HBsAg virionā atrodams trīs formās: S( 24 kD; S), pre-S1 (39-kD; L) un S2 (31-kD; M). Serotipi a; y/d; w/r (astoņi serotipi A – H) ~ molārā konc. virionos: 100:10:2 (S:M:L). Neinfekciozi virioni satur vairāk S, infekciozos virionos ir vairāk L HBsAg formas. HBcAg (22 kD) veido viriona koru. No tās pašas sekvences, izmantojot citu iniciācijas kodonu nolasa HBeAg (16 kD). To neizmanto viriona uzbūvē, bet sekretē serumā (tolerogēns?).

HBV transkripcijas karte

HBV replikācijas cikls

HBV morfoloģija

Dz.: Hepadnaviridae HBV morfoloģija

HBV izplatība un hepatocelulārā karcinoma

Imūnā atbilde uz HBV infekciju

CaMV: Cauliflower mosaic virus (puķkāpostu mozaīkas vīruss) CaMV: 50 nm diametra kapsīds, ~ 8030 b.p. ds DNS ar vienpavediena pārrāvumiem, NS ~16% viriona masas. Inficē Cruciferae, Resedaceae, Solanaceae augu dzimtas, pārnesēji - laputis

CaMV replikācija notiek līdzīgi cilvēka B tipa hepatīta vīrusam: uz DNS matricas tiek sintezēta par genomu garāka 35 S RNS, kuru vīrusa revertāze atkal pārvērš DNS formā.

Ļaundabīgie audzēji šūnas cikls audzēju attīstība onkogēni tumoru supresori vīrusu onkoģenēze

Šūnas cikla regulācija

Normāla šūna kultūrā (primārā šūnu kultūra) Morfoloģiskas un molekulāras diferenciācijas pazīmes Atkarība no audu tipa specifiskiem augšanas faktoriem Piesaistīšanās atkarīga (adheranta) augšana Augšanas kontaktinhibīcija (monoslānis) Neliels metabolisma ātrums Diploīds hromosomu skaits Ierobežots dalīšanās ciklu skaits

Audzēja attīstības etapi

Audzēja indukcija 8 – Oksoguanozīns / oksoguanozīna glikozilāze Hromosomu aberācijas (Filadelfijas hromosoma: 9 - 22 translokācija) Audzēja indukcija 8 – Oksoguanozīns / oksoguanozīna glikozilāze

Vīrusu ierosinātā onkoģenēze RNS vīrusi Permisīvas, dalošās un vīrusu producējošas šūnas Akūti transformējoši retrovīrusi (onkogēnu transdukcija) Protoonkogēni - vīrusu onkogēni (c-myc / v-myc) Defektīvi, replicēties nespējīgi vīrusi Atšķirības: nav intronu; var būt saīsināti (v-src); nest mutācijas (v-ras); veidot vienotu proteīnu ar vīrusa gag vai env gēnu produktiem, tiek aktīvi ekspresēti LTR kontrolē.

Vīrusu ierosinātā onkoģenēze Lēni transformējoši vīrusi (inserciju mutaģenēze) Replicēties spējīgi vīrusi. ALV, MMTV Lēni transformējoši vīrusi (transaktivācija) Replicēties spējīgi vīrusi. HTLV, BLV (tax) Transformācijas testi RSV, NIH 3T3

Vīrusu onkogēnu izcelsme

Vīrusu onkogēnu šūnu analogu funkcijas

Vīrusu onkogēnu šūnu analogu funkcijas

Ar cilvēka audzējiem saistītie vīrusi