Introdução à Virologia Estrutura, Morfologia e Replicação Viral Prof Flávio Borges

Ubiquidade dos vírus Todos e qualquer organimo é potencialmente parasitado por algum tipo de vírus Consequência evolutiva Natureza predatória: todo virus é um parasita obrigatório

Co-evolução Vírus Hospedeiro Resultante: prejuízo de funções celulares normais Doença = Alteração de função ou característica celular/tecidual, ou morte celular, gerada pela infecção Pressão seletiva sobre o hospedeiro Moldar características da célula para favorecer sua replicação Contra-adaptação do hospedeiro (em detrimento do virus) Pressão seletiva sobre o vírus Contra-contra-adaptação do virus Contra-contra-contra-adaptação do hospedeiro

Co-evolução Vírus Hospedeiro Tendência ao equilíbrio Diminuição das pressões seletivas Doenças graves representam desequilíbrio Vírus/Hospedeiro Doenças emergentes Manutenção das viroses (controle da letalidade) Virulência: medida empírica da quantidade de dano que um determinado virus causa ao hospedeiro

Co-evolução Vírus Hospedeiro Conceito errado: adaptação virus/hospedeiro e equilíbrio não implicam, necessariamente, em ausência de doença O vírus não se “importa” se ele vai causar ou não dano ao hospedeiro – adaptação significa apenas que ele deve adquirir nível de virulência suficiente que permita sua replicação e transmissão ANTES da falência do hospedeiro Vírus do trato respiratório superior – Gripe Transmissão aérea Tosse, escorrimento nasal, espirro Favorecimento da transmissão Vírus entérico – Rotavírus Transmissão por fezes contaminadas Diarréia Vírus causadoes de DST Poxvírus (varíola) Transmissão por contato Lesões externas Arbovírus - Dengue) Transmissão por vetor artrópode Prostração do hospedeiro

Importância dos Vírus Médica Econômica Agricultural Veterinária Picornavirus (+100 virus) -Polio -Gripes -Enteroviroses -Hepatite A Calicivirus (9 sorotipos) -Gastroenterites Astrovirus (8sorotipos) Togavirus (23 virus) -Rubéola -Encefalites -Poliartrites -Pustulação (rash) Flavivirus (+50 sorotipos) -Dengue -Febre Amarela -Hepatite C, E e G Coronavirus (2 virus) -Resfriados -gastrites Rabdovirus (8 sorotipos) -Raiva Paramyxovirus (+50 virus e sorotipos) -Caxumba -Sarampo -Doenças respiratórias Filovirus (2 virus) -Febre hemorrágica Orthomyxovirus (# indeterminado) -Gripes severas Bunyavirus (+50 virus) -Pustulação Arenavirus (+20 virus) -Febre Hemorrágica Reovirus (# indeterminado) -Gastroenterites infantis Rotavirus (+50 sorotipos) -Exantema subito Retrovirus (+ 50 virus) -Imunodeficiência -Leucemia -Hiperplasias -Cânceres Papilomavirus (+100 sorotipos) -Verrugas -Condilomas genitais Adenovirus (49 sorotipos) -Hiperplasia Herpesvirus (+50 virus) -Catapora -Herpes Zoster -Herpes labial/genital -Herpes Ocular -Canceres Poxvirus (5 virus) -Doença Sistêmica Hepadnavirus (1 virus) -Hepatite -Cancer Importância dos Vírus Médica Econômica Veterinária Agricultural

Tamanho dos vírus Tamanho da partícula: 15 a 300 nm 1nm = 1/10.000.000 cm Vírus Vaccínia / Varíola (maior vírus animal/humano) Vírus da Poliomielite (menor vírus humano)

Estrutura Viral Básica Envelope (Lipídeos + receptores) Capsídeo (proteína) Cerne (DNA ou RNA) Espículas ou receptores virais Proteínas e carboidratos VIRUS NÃO ENVELOPADO VIRUS ENVELOPADO

Genoma Viral Trasncriptase Reversa

Tipos de estruturas Capsídeo Helicoidal Subunidades protéicas são equivalentes entre si e estão ligadas de modo a formar um eixo de rotação ao redor do ácido nucléico) Ex:Vírus do Sarampo, Caxumba, Raiva

Tipos de estruturas Capsídeo Helicoidal Vírus Helicoidal não-envelopado Vírus Helicoidal envelopado

Tipos de estruturas Capsídeo Icosaédrico Capsídeo construído por CAPSÔMEROS que se ligam formando um sólido geométrico (icosaedro) As subunidades do capsideo estão localizadas ao redor dos vértices ou faces do icosaedro. Um icosaedro é formado por 20 triângulos eqüiláteros organizados sobre a face de uma esfera. Ex:Herpesvírus Poliovírus Adenovírus

Tipos de estruturas Estrutura Complexa Subunidades protéicas do capsídeo se ligam formando estrutura complexa, sem conformação geométrica definida Ex: Varíola, Vaccínia, Ebola

Tipos de estruturas Capsídeo Binária O capsídeo viral pode ser dividido em apenas dois planos idênticos Ex: Bacteriófago T4

Princípios da replicação Viral Vírus são Parasitas intracelulares obrigatórios Os ciclos replicativos dos vírus variam de acordo com a duração, local da multiplicação, destino da célula infectada (ciclo lítico ou não) e produtividade viral. Alguns vírus são capazes de entrar em estados latentes, onde não há produção de progênie viral

Replicação Viral 6 fases Membrana Citoplasmática 2 - Penetração 3 - Desnudamento Vírion 1 - Adsorção 4 - Biossíntese Receptor celular 6 - Liberação 5 - Morfogênese Meio Extracelular Citoplasma

Replicação Viral 1 - Adsorção Ligação específica entre os receptores virais e receptores celulares localizados na membrana citoplasmática Receptor Viral

Replicação Viral 1 - Adsorção Receptores virais estão diretamente relacionados com Tropismo celular/tecidual e a especificidade de hospedeiro CD4- CD4+ x CD4 Humano CD4 Felino CD4 Aviário Linfócito T x Neurônio HIV Fibroblasto

Replicação Viral 1 - Adsorção Em adição aos receptores primários, alguns vírus também interagem com receptores secundários (co-receptores). A ligação pode ocorrer ao vírus nativo ou a formas virais alteradas como resultado de sua ligação ao receptor primário. Receptor Celular Co-receptor Celular

Replicação Viral 1 - Adsorção A etapa de adsorção viral pode ser bloqueada pela presença de inibidores específicos x

Replicação Viral 2 - Penetração a) Fusão de Membranas Membrana Celular Envelope Viral Citoplasma Citoplasma Receptor Celular Receptor Viral Citoplasma

Replicação Viral 2 - Penetração b) Endocitose mediada por Receptor Citoplasma b.1 – Fusão do endossomo Citoplasma Citoplasma Citoplasma Citoplasma

Replicação Viral 2 - Penetração b) Endocitose mediada por Receptor b.2 – Lise do endossomo Citoplasma Citoplasma Citoplasma Citoplasma Citoplasma

Replicação Viral 2 - Penetração Como o vírus induz a formação do endossomo após sua ligação? Processo fisiológico comum da via endocítica Ligante Sinalização Endocitose dependente de Clatrina Endocitose dependente de Caveolina Endocitose dependente de “Lipid-rafts” Recrutamento de proteínas indutoras de endocitose Receptor Celular Membrana citoplasmática

Replicação Viral 2 - Penetração Endocitose independente de clatrina/caveolina Endocitose dependente de clatrina Fusão de membranas Endocitose dependente de caveolina

Replicação Viral 3 - Desnudamento A etapa de desnudamento ocorre, em muitos casos, simultaneamente à penetração, e consiste na degradação do capsídeo/nucleocapsídeo viral seguido da exposição do material genético do vírus no respectivo sítio replicativo Ácido nucléico exposto no sítio replicativo Penetração Desnudamento

Replicação Viral 3 - Desnudamento Exemplos: Sindbis Virus (Togaviridae) Influenza Virus (Orthomyxoviridae) Bacteriófago T4

Replicação Viral 4 - Biossíntese Para conseguir expressão, replicação e o “alastramento” de seus genes, os diferentes vírus evoluíram muitas estratégias genéticas e bioquímicas diferentes, dependendo de fatores tais como: Natureza do material genético viral Características fisiológico-bioquímicas da célula hospedeira Sítio de replicação intracelular

Replicação Viral 4 - Biossíntese Estratégia de Síntese protéica: genoma Monocistrônico (RNA) Poliovirus (Picronaviridae) 1 RNA genômico mRNA único Poliproteína Processamento proteolítico Proteínas individuais

Replicação Viral 4 - Biossíntese Estratégia de Síntese protéica: genoma Policistrônico (DNA / RNA) 2 Parainfluenza Virus (Paramyxoviridae) RNA genômico Vários mRNAs individuais Proteínas individuais

Replicação Viral 5 - Morfogênese Conceito: Montagem das subunidades protéicas (e dos componentes da membrana no caso dos vírus envelopados) e empacotamento do ácido nucléico viral, com formação de novas partículas virais completas em um determinado sítio da célula. Sítio Citoplasmático Sítio nuclear Tradução em Ribossomos livres Modificações pós-traducionais Vias secretórias celulares Sinais de localização nuclear Sinais de exportação nuclear

Replicação Viral 5 - Morfogênese Sítios replicativos = Fábricas virais

Replicação Viral 5 - Morfogênese Montagem das subunidades protéicas e empacotamento do ácido nucléico viral

Replicação Viral 5 - Morfogênese Vírus envelopados: Vírus não são capazes de sintetizar lipídeos. Assim envelopes devem ser adquiridos de compartimentos membranosos da célula (previamente modificados por proteínas virais)

Replicação Viral 6 - Liberação O processo de liberação está intimamente relacionado com as características biológicas do vírus Envelopado x Não-envelopado Lítico x Lisogênico Sítio de Replicação celular

Replicação Viral 6 - Liberação Modelo simples – Ciclo lítico x Ciclo lisogênico (bacteriófago T4)

Replicação Viral 6 – Liberação – Modelos complexos Brotamento Fusão de envelope externo Replicação Viral 6 – Liberação – Modelos complexos Liberação propulsionada