Retroviruscyclus: 9 feiten die u moet weten

by

Inhoud

Retrovirussen

De retrovirussen zijn de klasse van virussen met RNA als hun genoom en kunnen het genoom ervan in het gastheer-DNA invoegen, deze stap is cruciaal voor de levenscyclus van een retrovirus of de retrovirus cyclus vandaar het veranderen van het genoom van de gastheercel. Nadat het het cytoplasma van de gastheer is binnengegaan, synthetiseert retrovirus cDNA uit genomisch RNA met behulp van zijn enzym omgekeerde transcriptase​ Dit proces is ongebruikelijk en dus omgekeerd ten opzichte van het normale transcriptieproces omgekeerde transcriptie. Het virus staat bekend als retrovirus (retro betekent "achteruit"). Het cDNA dat tijdens het reverse transcriptieproces wordt gevormd, wordt in het gastheercelgenoom geïntegreerd met een enzym dat bekend staat als integrase.

Na deze stap staat het retrovirale DNA bekend als het provirus. Het provirus maakt nu deel uit van het gastheercelgenoom. Het ondergaat replicatie, transcriptie en translatie en het gastheercel-DNA. Het provirus is in staat om nieuwe kopieën van het virus te produceren en samen te stellen door de retroviruscyclus te volgen.

Retrovirussen worden ingedeeld in drie subfamilies:

  • Oncoretrovirussen: dit zijn de oncogene virussen die verschillende soorten kanker veroorzaken.
  • Lentivirussen zijn algemeen bekend als langzame retrovirussen die immunodeficiënties veroorzaken bij verschillende organismen.
  • Spumavirussen staan ​​ook bekend als schuimende virussen en veroorzaken geen ziekte.

Enkele ernstige ziekten veroorzaakt door retrovirussen bij mensen en andere dieren zijn onder meer:

  • Kanker bij muizen wordt veroorzaakt door muizenleukemievirus (MLV)
  • Verschillende ziekten bij mensen worden veroorzaakt door menselijke T-lymfotrope virussen (HTLV's)
  • Acquired immuundeficiëntiesyndroom (AIDS) wordt veroorzaakt door het humaan immunodeficiëntievirus (HIV)

Provirus

Het is een viraal genoom dat is geïntegreerd in het DNA van de gastheercel. Net als bij bacteriofagen, worden provirussen vaak profagen genoemd. Maar het kleine verschil tussen het provirus en de profaag is dat zelfs als de gastheercel in een toestand van stress verkeert, een provirus zich niet losmaakt (uitsnijdt) van het gastheergenoom, in tegenstelling tot een profaag. 

Een provirus kan bestaan ​​in de toestand van een inactief endogeen viraal element, of het kan replicatie ondergaan. De inactieve endogene virale elementen repliceren zichzelf pas als het genoomreplicatieproces van de gastheercel begint. Alle dochtercellen van de geïnfecteerde gastheer bevatten dan het provirus. De inactieve toestand kan vele generaties van de gastheercel duren. Het endogene retrovirus blijft altijd in de provirustoestand. Dit proces van virusvermenigvuldiging staat bekend als lysogene reproductie.

De integratie van het virale genoom in het gastheercel-DNA resulteert meestal in een productieve of latente infectie.

Productieve infectie: provirus begint mRNA te transcriberen om nieuwe kopieën van het virus te produceren door de cellulaire machinerie van de gastheer te kapen. Een toename van het aantal kopieën van het virus in de host cel resulteert in de lysis van zijn celmembraan. De virusdeeltjes komen vrij na de lysis van de gastheercel. Ze kunnen de andere naburige cellen van het gastheerlichaam infecteren.

Latente infectie: provirus blijft meestal transcriptioneel stil. Maar provirus wordt transcriptioneel actief met de verandering in de gezondheids- en omgevingsomstandigheden van de gastheer. De verandering resulteert in het overschakelen van latente naar productieve infectie.

Bijna 8% van het menselijk genoom omvat provirussen en erfelijke endogene retrovirussen. Verschillende prokaryotische virussen integreren ook het genoom in hun prokaryotische gastheer cel zoals eukaryote virussen. Prokaryotische provirussen repliceren over het algemeen wanneer de hele circulaire chromosoom repliceert.

Retrovirus versus provirus

De belangrijkste verschillen tussen provirussen en retrovirussen zijn als volgt:

Provirussen

  • Het is een viraal genoom geïntegreerd met het gastheergenoom
  • Het is een stadium van replicatie van het virus
  • Ze bevatten geen reverse transcriptase-enzym

Retrovirussen

  • Het is een RNA-virus dat het vermogen heeft om cDNA uit RNA te synthetiseren door het proces van omgekeerde transcriptie
  • Het zijn enkelstrengs RNA-virussen
  • Ze bevatten een enzym dat bekend staat als reverse transcriptase
retrovirus cyclus
Figuur (Retroviruscyclus): Levenscyclus van retrovirus
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hiv_gross.png

Retrovirus-cyclus

De levenscyclus of replicatie van retrovirussen is uniek in vergelijking met de andere organismen. De replicatiecyclus van het retrovirus wordt in de volgende fasen voltooid:

Infectie: de retrovirussen komen in contact met de gastheer en infecteren de normale cellen van het gastlichaam. Internalisatie: het RNA-genoom van het retrovirus dringt het cytoplasma van de gastheercel binnen.

Omgekeerde transcriptie: bij de gastheer cel cytoplasma, vindt het proces van omgekeerde transcriptie plaats. Het cDNA wordt geproduceerd uit het virale RNA-genoom met behulp van een enzym dat bekend staat als reverse transcriptase, en het proces staat bekend als reverse transcriptie.

Het cDNA wordt vervolgens via het nucleaire poriëncomplex in de kern van de gastheercel gebracht.

integratie: het cDNA (viraal DNA) integreert zichzelf nu met het gastheercelgenoom met behulp van een enzym dat bekend staat als integrase

Virale genexpressie: virale genen worden vervolgens getranscribeerd om mRNA te vormen, dat later translatie ondergaat om virale eiwitten te produceren.

Afgifte van virusdeeltjes: virusdeeltjes worden vervolgens uit de gastheercel vrijgegeven door het celmembraan van de gastheercel te breken (lytische fase). 

Infectie verspreidt zich: de virusdeeltjes die vrijkomen uit de gastheercellen infecteren vervolgens de naburige gastheercellen. 

Viraal RNA

Het RNA bevat ook genetische informatie die lijkt op het DNA. Verschillende virussen (met name retrovirussen) bevatten een RNA-genoom en worden vaak beschouwd als RNA-virussen. Hun RNA-genomen vertalen zich om te coderen voor een verscheidenheid aan eiwitten. Sommige van deze eiwitten zijn vaak betrokken bij de replicatie, transcriptie en reverse transcriptie van het virale RNA-genoom. Sommige eiwitten beschermen het virale RNA / genoom wanneer het virale deeltje in contact komt met de gastheer. Viroïden zijn pathogenen die alleen uit RNA-moleculen bestaan; ze worden gerepliceerd in het lichaam van de gastheerplant met behulp van het RNA-polymerase van plantencellen. Viroïden coderen voor geen enkel eiwit.

RNA's zijn het cruciale bio-macromolecuul dat aanwezig is in retrovirussen. Ze zijn over het algemeen betrokken bij de eiwitsynthese en dragen de genetische informatie van DNA buiten de kern essentieel voor onderhoud.  

Het genetisch materiaal van hiv bestaat uit

Het hiv (humaan immunodeficiëntievirus) is een retrovirus dat aids (verworven immunodeficiëntiesyndroom) veroorzaakt, dat in het immuunsysteem van het lichaam faalt. De toestand van aids maakt ons lichaam vatbaarder voor pathogene infecties en zelfs verantwoordelijk voor de prognose van verschillende soorten kanker. HIV is een retrovirus en behoort tot de familie Retroviridae. Het wordt een retrovirus genoemd omdat ze, in tegenstelling tot alle andere virussen, hun genetische informatie opslaan in RNA in plaats van in DNA, en met behulp van een enzym dat bekend staat als reverse transcriptase, maken ze een kopie van cDNA (complementair DNA) van hun RNA-genoom als zodra ze de gastcel binnenkomen.

Ze verwerven een cellulaire machine van de gastheer om virale deeltjes te synthetiseren of te reproduceren. Het HIV heeft twee kopieën van het positieve-sense enkelstrengs RNA (+ ssRNA) als hun genoom omgeven door een conische capside van eiwitten. Bovendien bevat HIV enzymen zoals integrase, ribonuclease, protease en reverse transcriptase, die nodig zijn om retrovirus te ontwikkelen. 

HIV-str
Figuur (retroviruscyclus): HIV-genoom en structuur
"HIV Virion-structuur"(CC BY 2.0) door NIAID

RNA-virussen hebben namelijk hun eigen voorraad van bepaalde enzymen nodig

Retrovirussen (RNA-virussen) bevatten RNA als hun genetisch materiaal of genoom. Daarentegen bevatten de gastheerlichaamscellen DNA als hun genoom. Om het genoom in het DNA van de gastheercel te integreren, synthetiseert retrovirus cDNA uit zijn RNA-genoom door middel van reverse transcriptie. Het enzym reverse transcriptase is bij dit proces betrokken en heeft een RNA nodig sjabloon om cDNA te synthetiseren. Om cDNA uit RNA te synthetiseren, dragen retrovirussen hun eigen enzymen voor replicatie en recombinatie van het virale genoom met het gastheercel-DNA, aangezien het gastheercel-DNA geen genen voor dergelijke enzymen heeft.

Teminisme

Het is een theorie die is gebaseerd op reverse transcriptie (komt voornamelijk voor in de retroviruscyclus). Teminisme wordt gebruikt om uit te leggen dat het RNA ook kan dienen als een sjabloon voor cDNA-vorming. Het proces begint zodra het retrovirus het lichaam van de gastheer binnendringt. Het proces van reverse transcriptie werkt in het cytoplasma van gastheercellen. Het RNA van het retrovirus komt binnen in het nucleo-eiwitcomplex. Het omgekeerde transcriptieproces produceert een lineaire DNA-duplex met lange terminale herhalingen (LTR's), algemeen bekend als terminale duplicaties. De terminale duplicaties zijn niet aanwezig in het retrovirale RNA-genoom.

Volgens het centrale dogma:

DNA -> mRNA -> Eiwit

Het DNA codeert voor mRNA door het transcriptieproces, en dit mRNA codeert verder voor eiwit door het translatieproces.

Teminisme is de enige bekende uitzondering op het centrale dogma dat wordt vertoond door retrovirussen. De virussen die het RNA-genoom bevatten, doorlopen een fase in hun levenscyclus. Hun RNA wordt gebruikt als sjabloon om te synthetiseren DNA door het enzym reverse transcriptase-actie. Hun vermogen om reverse transcriptie uit te voeren wordt heel vaak gebruikt op het gebied van moleculaire biologie.

teminisme 1
Figuur (retroviruscyclus): Teminisme is de enige uitzondering op het centrale dogma https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Extended_Central_Dogma_with_Enzymes.jpg

RNA-enzymen

RNA-enzymen (Ribozymen) zijn de RNA-moleculen die het vermogen vertonen om de reacties van verschillende biochemische routes te katalyseren. RNA-enzym vergemakkelijkt reacties zoals splitsing van RNA (een posttranslationele modificatie in eukaryoten). In het jaar 1982 werd voor het eerst onthuld dat RNA werkt als een biokatalysatorachtige enzymen, en het ook als genetisch materiaal. Dit werd verder ondersteund met de RNA-wereldhypothese, die het belang van RNA in de evolutie van de pre-biotische autonoom replicerende (zelfreplicerende) systemen suggereert.

De ribozymen zijn ook betrokken bij de vorming van peptidebindingen, het afbinden en splitsen van het DNA- en RNA-complex. RNA-enzymen zijn betrokken bij het koppelen van ribosomaal RNA (rRNA) van de grote subeenheid van het ribosoom met de aminozuren tijdens translatie en eiwitsynthese. RNA-enzymen zijn ook betrokken bij de tRNA (transfer RNA) biosynthese en replicatie van virussen. Haarspeldribozym, leadzyme, VSribozyme en hamerkopribozymen komen vaak voor voorbeelden van RNA-enzymen.

Ribozym 1
Figuur (retroviruscyclus): katalytische werking van ribozym
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribozyme.jpg

Conclusies

Dit artikel behandelt de retrovirale levenscyclusaspecten en het verschil tussen provirussen en retrovirussen. Om meer te weten over retrovirussen en reverse transcriptase, klik hier

Veelgestelde vragen

V1. Wat maakt het reverse transcriptase-proces minder nauwkeurig en foutgevoelig. Is er een manier om het nauwkeuriger te maken?

Antwoord: Omdat reverse transcriptase niet in staat is om het gepolymeriseerde product te proeflezen, is het proces van reverse transcriptie erg foutgevoelig. Engineered reverse transcriptase kan het probleem van fouten oplossen.

Q2. Wordt reverse transcriptase niet gebruikt door de normale cel bij de mens

Antwoord: Ons lichaam heeft een specifiek type reverse transcriptase, bekend als telomerase, dat verantwoordelijk is voor de synthese van telomeer DNA. 

V3. Weet iemand hoe een retrovirus zoals HIV dsDNA kan maken van 2 + ssRNA-moleculen en een reverse transcriptase

Antwoord: retrovirussen worden gekenmerkt door de aanwezigheid van enzym reverse transcriptase en RNA-genoom. Ze produceren dsDNA uit ssRNA met behulp van enzym reverse transcriptase en integreren vervolgens hun genoom in het gastheergenoom. Vervolgens transcribeert en vertaalt het geïntegreerde retrovirale genoom (provirus) met de virale deeltjes (retroviruscyclus). 

V4. Wanneer reverse transcriptase het RNA leest, leest het dan van 3 ′ tot 5 ′

Antwoord: reverse transcriptase bindt aan het 5'-uiteinde van de RNA-template. Het synthetiseert DNA in de richting 5 '-> 3'.

Maar leest het RNA-sjabloon in de richting 3 '-> 5'.

V5. Kan een reverse transcriptase een mRNA in DNA transcripteren

Antwoord: Ja, het kan DNA uit mRNA synthetiseren. In het bijzonder wordt reverse transcriptase vaak gebruikt om cDNA-bibliotheken van mRNA-sjablonen te construeren.

V6. Welke virussen zijn retrovirus

Antwoord: De virussen die RNA als hun genoom bevatten, staan ​​bekend als retrovirussen. 

V7. Is ribozyme een eiwit

Antwoord: Ribozymen zijn RNA-moleculen en in sommige gevallen kunnen ze variëren per RNA-eiwitcomplex. Ribosomen zijn katalytisch actief.

V8. Zijn retrovirusinfecties altijd ongeneeslijk en dodelijk 

Antwoord: spumavirussen (een klasse van retrovirussen) veroorzaken geen ziekten. Niet alle retrovirale infecties zijn dodelijk. 

Lees ook: