1. Clasificación, Estructura y
Replicación Viral
Dr. Jorge O. García Méndez
Instituto Nacional de
Cancerología
1

2. 2

3. • Los virus son:
– Agentes filtrables
– Parásitos intracelulares obligados
– Incapaces de hacer energía o proteínas
independientemente de una célula huésped
– Su genoma puede ser de ARN o ADN pero no ambos
– Pueden tener una cápside desnuda o morfología de
envoltura
– Los componentes virales son ensamblados y no se
replican por “división”
3

4. Consecuencias de las propiedades
virales
• Los virus no son seres vivos
• Deben ser infecciosos para durar en la
naturaleza
• Deben ser capaces de usar los procesos
celulares del huésped para producir sus
componentes (ARNm viral, proteínas y copias
idénticas de su genoma)
• Deben codificar para cualquier proceso requerido
no provisto por la célula
• Los componente virales deben ser capaces de
ejecutar “auto-ensamblaje”
4

5. Maneras de clasificación y nombrar
a los virus
a. Estructura: forma, morfología y ácido
nucleico (p. ej. picornavirus –pequeño
ARN-, togavirus)
b. Características bioquímicas: estructura y
modo de replicación
c. Enfermedad: encefalitis y virus de
hepatitis
5

6. • Modo de transmisión: arbovirus
-“arthropod borne virus”- virus diseminado
por insectos
• Huésped: animal (humano, ratón, ave),
planta, bacteria
• Tejido u órgano: (tropismo) adenovirus,
enterovirus
6

7. • Las unidades de medición son los nanómetros
(nm)
• Los virus + importantes van de 18nm (parvovirus-
eritema infeccioso) a los 300 nm de los poxvirus–
viruela (visibles al microscopio de luz)
• ¼ del tamaño de S. aureus
• Los virus mayores, tienen un genoma mayor y
pueden codificar para más proteínas y son más
complejos
7

8. Comparación tamaño entre virus y
bacterias
8

9. • El virión (la particula viral) consiste de un
genoma de ácido nucleico en una capa proteíca
(cápside) o en una membrana (envoltura).
• El virión puede también contener ciertas
enzimas esenciales o accesorias u otras
proteínas
• La cápside o las proteínas unidas a los ácidos
nucleicos pueden asociarse con el genoma para
formar la núcleocápside
9

10. Componente del virión básico
10

11. Los virus ADN y su morfología. Las familias
virales se deteminan por la estructura y la
morfología del virión
11

12. Miembros de la familia de virus
ADN
12

13. Propiedades virus ADN
13

14. 14

15. Forma
15

16. 16

17. 17

18. Los virus ARN, su estructura
genética y su morfología
18

19. Miembros de la familia de virus
ARN
19

20. Propiedades virus ARN
20

21. 21

22. 22

23. 23

24. 24

25. • El genoma puede ser ADN o ARN
• El ADN puede ser de una o doble hebra,
linear o circular.
• El ARN puede ser sentido positivo (+)
(como el ARN mensajero ARNm, o
negativo (-) –análogo a un negativo-,
doble hebra (+/-) o bisentido (ambisense)
conteniendo regiones de ARN + y –juntas
por la parte final
25

26. • El ARN puede también estar segmentado
para codificar genes únicos (poliproteína)
26

27. • La capa externa del virión es la cápside o
envoltura
• Tiene como función el empaquetamiento,
protección y entrada del virus de un
huésped a otro y a la célula del huésped
• La remoción inactiva al virus (Ac anti-
envoltura previenen la infección)
27

28. Estructuras de virus con cápside desnuda –arriba
e izquierda) y envueltos ( con una forma de la
nucleocápside icosahérdica y ribonucleocápside
helical –derecha- asociado con un genoma ARN
28

29. Ensamblaje de la cápside de picornavirus, las proteínas
individuales se asocian en subunidades, que se asocian
en protómeros, capsómeros y una procápside vacía. La
inclusión del genoma ARN (+) dispara su conversión a
la forma final de la cápside
29

30. Microscopía críoelectrónica
• 1. nucleocápside
herpesvirus equino;
• 2. rotavirus simiano;
• 3. virión reovirus tipo 1
(Lang);
• 4. partícula intermedia
subviral (reovirus);
• 5. partícula core (cápside
interior) (reovirus);
• 6. VPH tipo 19;
• 7. polyomavirus del ratón;
• 8. virus del mosaico de la
coliflor.
• Barra = 50 nm.
30

31. • La cápside es una estructura rígida capaz
de resistir condiciones ambientales
adversas
• Los virus con cápsides desnudas son
capaces de resistir la desecación, el ácido
y detergentes (ácido y bilis del TGI)
• Transmisión característica: fecal-oral
• Incrementa su transmisión aún en aguas
residuales
31

32. • La envoltura es una membrana
compuesta de lípidos, proteínas y
glicoproteínas
• La estructura membranosa puede
mantenerse sólo en soluciones acuosas
• Por ello, deben permanecer húmedos y
ser transmitidos en secreciones
corporales : gotillas respiratorias, sangre y
tejido.
32

33. Cápside desnuda
• Componente: proteína
• Propiedades: estable al ambiente
siguiente
– Temperatura
– Ácido
– Proteasas
– Detergentes
– Desecación
• Se libera de la célula por muerte
33

34. • Consecuencias
– Puede ser diseminado facilmente:
• en fomites, mano a mano, por polvo, por gotillas
pequeñas
• Pueden desecarse y permanecer infectivos
• Pueden sobrevivir las condiciones adversas del
intestino
• Pueden ser resistentes a detergentes y pobre
tratamiento de agua residuales
• Los anticuerpos pueden ser suficientes para la
inmunoprotección
34

35. • Virus con cápisde
– Se ensamblan de proteínas individuales aosicadas en
unidades progresivamente mayores
– Las proteínas estructurales individuales se asocian
en subunidaes, las cuales se asocian en protómeros,
capsómeros (ME), y finalmente una procápside o
cápside
– En unos se forma alrededor del genoma, en otros se
forma como una “concha” vacía (procápside) a ser
llenada por genoma
35

36. • Las más simples estructuras virales que
pueden ser armadas paso a paso son
simétricas e incluyen estructuras: helicales y
icosahédricas
• Las primeras parecen como bacilos
• Mientras los segundos son como esferas
ensamblados en subunidades simétricas
• Las formas no simétricas son formas complejas
y se asocian con fagos (virus bacterianos)
36

37. • La forma clásica de un virus con simetria
helical:
– Virus de la planta del mosaico
– Sus capsómeros se autoensamblan en el
genoma ARN en “bacilos” que tienen la
longitud del genoma
– Los capsómeros cubren y protegen al ARN.
– Las núcleocápsides helicales se ven en la
mayoría de virus ARN de hebra (-)
37

38. Modelo de paramyxovirus
38

39. • Los icosahedrones son usados por pequeños
virus (p. ej. picornavirus y parvovirus)
• El icosahedrón está hecho de 12 capsómeros
con simetría de cinco lados (pentámero o
pentón)
• Para los picornavirus cada pentámero está
hecho de cinco protómeros, c/u compuesto de 3
subunidades de 4 proteínas separadas
39

40. • En cristalografía de RX y análisis de
imagen de microscopía por críoelectrones
tienen definida la estructura de la cápside
de los picornavirus al nivel molecular
• En éstos, se ha descrito una hendidura
“como cañón” que es el sitio de “anclaje”
para unirse al receptor de la superficie del
huésped
40

41. Estructura de picornavirus e
interacción con ICAM-1
41

42. • Los viriones de cápside mayores se construyen
por la inserción de capsómeros
estructuralmente distintos entre los pentones en
sus vértices.
• Estos capsómeros tienen seis vecinos próximos
(hexones)
• esto extiende el icosahedron y es llamado un
icosadeltahedron
• Su tamaño está determinado por el # de
hexones insertados a lo largo de sus orillas y
dentro de las superficies de los pentones
42

43. • P. ej. la nucleocápside de un herpesvirus
tiene 12 pentones y 150 hexones.
• La nucleocápside herpética también se
rodea por una envoltura
• La cápside del adenovirus está compueto
por 252 capsómeros, 12 pentones y 240
hexones, con una larga fibra que se ancla
a c/penton (proteína de anclaje viral –
VAP- antígeno específico)
43

44. • Los reovirus tienen un cápside doble
icosahédrica con proteínas como fibras
parcialmente extendidas de c/vértice
• La capa externa protege al virus y
promueve su captura por el TGI y en
células blanco, mientras que la cápside
interna contiene enzimas para la síntesis
del ARN
44

45. Envoltura
• Componentes:
– Membrana
– Lípidos
– Proteínas
– Glicoproteínas
• Propiedades: en el ambiente lábil, fácilmente sufre
disrupción:
– Por ácido
– Detergentes
– Desecación
– Calor
• Modifica la membrana celular durante la replicación
• Se libera por gemación y lisis celular
45

46. • Consecuencias
– Debe permanecer húmedo
– No puede sobrevivir el tracto GI
– La diseminación en grandes gotillas, secreciones,
transplantes de órganos y transfusión
– No necesita matar la célula para diseminarse
– Puede necesitar anticuerpos y respuesta inmune
mediada por células para protección y control
– Fomenta hipersensibilidad e inflamación para causar
inmunopatogénesis
46

47. Virus con envoltura
• La envoltura se compone de lípidos, proteínas y
glicoproteínas
• Tienen una estructura similar a las membranas
celulares.
• Raramente halladas en la envoltura viral, aún
cuando se obtienen de la membrana celular
• La mayoría son redondos o pleomórficos
• Dos excepciones (poxvirus con estructura
externa como ladrillo y los rhabdovirus con
forma de bala
47

48. Diagrama del trímero de la
glicoproteína de HA de InfA
48

49. • > de glicoproteínas virales tienen un CHO ligado
a asparagina (ligado a N) y se extiende en la
envoltura como una lanza
• > de glicoprotínas actúa como VAP
• VAP-eritrocitos = hemaglutininas
• Otras: neuraminidasas –orthomyxovirus-
• Y las glicoproteínas de VHS asociadas a los
receptores Fc y C3b o las glicoproteínas de
fusión de los paramyxovirus
49

50. • La envoltura de los togavirus rodea una
nucleocápside icosahédrica conteniendo una
hebra de ARN(+)
• Todos los virus ARN(-) tienen envoltura
• Componentes del asociado polimerasa ARN-
dependiente de ARN de los orthomyxovirus,
paramyxovirus y rhabdovirus
• Estas enzimas se requieren para la iniciación de
la replicación viral
50

51. • Las proteínas de matriz a lo largo del interior de
la envoltura facilitan el ensamblaje de la
ribonucleocápside en el virión
• Influenza A (orthomyxovirus) es un ej. de ARN(-)
con un genoma segmentado
• La envoltura (InfA) está alineada con proteínas
de matriz y tiene 2 glicoproteínas (H –VAP- y
NA)
• Los bunyavirus no tienen proteínas de matriz
51

52. • La envoltura de los VHS tiene una
estructura como de bolsa que rodea la
nucleocápside icosadeltahédrica
• Dependiendo del VHS específico, la
envoltura puede contener tanto como 11
glicoproteínas
• El espacio intersticial entre la
nuclecápside y la envoltura = tegumento
(contiene enzimas, proteínas y aún ARNm
52

53. • Los poxvirus son virus envueltos con formas de
ladrillo, la envoltura tiene una forma de
mancuerna
• La estructura de la nucleocápside conteniendo
ADN
• Cuerpos laterales
• Fibrillas
• Un # grande enzimas y proteínas, incluyendo la
requeridas para la síntesis del ARNm
53

54. Replicación viral
• La célula actúa como fábrica, provee el
sustrato, energía y maquinaria
• Los procesos no provistos por la célula
son codificados por el genoma viral
• La manera en la que c/virus lleva a cabo
estos pasos y sobrepasa las limitaciones
bioquímicas de la célula está determinado
por la estructura del genoma y del virión
54

55. Esquema general de replicación viral. Virus con
envoltura tienen vías alternativas de entrada (3),
ensamblaje y salida de la célula (8’ y 9’)
55

56. • Puede dividirse en varias fases:
– Fase temprana, el virus debe reconocer el
blanco apropiado, anclarse a la célula,
penetrar la membrana plasmática y se
tomado por la célula, liberar (desenrollar) el
genoma en el citoplasma y si es necesario
liberar el genoma al núcleo
56

57. Curva de crecimiento de un ciclo de un virus
que es liberado con lisis celular
57

58. – Fase tardía: que inicia con el arranque de la
replicación viral y la síntesis viral
macromolecular, procede a lo largo del
ensamblaje viral y liberación
– La liberación –uncoating- del genoma abole
su infectividad iniciando el período de eclipse
– Este finaliza con la aparición de nuevos
viriones luego del ensamblaje viral
– El período latente es durante el cual los virus
infecciosos extracelulares son indetectables
58

59. – c/célula puede producir tanto como 100k
partículas (sin embargo sólo 1-10% son
infectivas, el resto son no infectivas =
defectuosas)
– Esto último por la mutaciones y errores en la
manufactura
– El alcance de los virus infecciosos por célula
y el tiempo requerido para un ciclo único de la
reproducción viral está determinado por las
propiedades virales y la célula blanco
59

60. Ejemplos de VAP
60

61. • La unión de VAP a los receptores de la célula
determina inicialmente cuáles celulas serán
infectadas
• Pueden ser proteínas o CHO en glicoproteínas o
glicolípidos
• Los virus que se unen a receptores expresados
en tipos celulares específicos pueden estar
restringidos a ciertas especies (rango de
huésped –p. ej. ratón-) o tipos celulares
específicos
61

62. • Las células blanco susceptibles determinan el
tropismo específico (EBV-receptor C3d (CR2)
de células B humanas
• El parvovirus B19 se une a globósido (antigéno
P del grupo sanguíneo) expresado en
precursores eritrocitarios
• La estructura de anclaje viral para una cápside
viral puede ser parte de la cápside o una
proteína que se extiende a partir de la misma
62

63. • Un cañón en la superficie de los picornavirus
(rhinovirus 14) sirve como el agujero de una
chapa para la inserción de una porción de la
molécula ICAM-1 de la superficie celular
• Las fibras de los adenovirus y las proteínas σ-1
de los reovirus y flavivirus en los vértices de las
nucleocápsides interactúan con receptores
expresados en las células blanco específicas
63

64. • Las VAP son glicoproteínas específicas
de virus envueltos (HA InfA se une a ácido
siálico expresado en muchs células
distintas y tiene un amplio rango además
de tropismo celular)
• Los α-togavirus y los flavivirus se unen a
receptores de muchas especies animales
permitiendo la diseminación por éstos
64

65. Ejemplos de receptores virales
65

66. Penetración
• VAP-receptores celulares inicia con la
internalización de los virus en la célula
• Depende de cada estructura viral y tipo celular
• > virus no envueltos entran a la célula por
endocitosis mediado por receptor o por viropexis
• Picornavirus y papovavirus entran por viropexis:
las estructuras hidrofóbicas pueden estar
expuestas luego de la unión viral a las células y
estas estructuras ayudar al virus o genoma viral
a deslizarse a través de la célula (penetración
directa)
66

67. • Los virus envueltos fusionan sus membranas a
la membrana celular para liberar la
nucleocápside o genoma directamente al
citoplasma
• El pH óptimo para la fusión determina si la
penetración ocurre en la superficie celula en pH
neutral o si el virus debe ser internalizado por
endocitosis y fusionarse en un endosoma a pH
ácido
• La actividad de fusión puede ser provista por
VAP u otra proteína
67

68. • La HA InfA se une a los receptores de ácido siálico en la
célula blanco
• Bajo las conciones acídicas del endosoma, la HA sufre
un cambio conformacional para exponer porciones
hidrofóbicas capaces de de promever la fusión de
membrana
• Los paramyxovirus tienen una membrana de fusión que
es activa a pH neutral para promover la fusión célula-
célula y forma células gigantes multinucleadas (sincicio),
algunos VHS y retrovirus se fusionan con células a un
pH neutral e inducen sincicios luego de la replicación
68

69. • Desenrollamiento:
– Una vez internalizado la nucleocápside debe ser
liberado al sitio de replicación dentro de la célula y la
cápside o envoltura removida
– El genoma de los virus ADN excepto poxvirus debe
ser liberado al núcleomientras que la > de ARN
permanecen en el citoplasma
– El proceso inicia por anclaje a los receptores o bien
promovido por el ambiente ácido o proteasas
localizadas en el endosoma o lisosoma
69

70. • Las cápsides de picornavirus son
debilitadas por la liberación de proteína de
capside VP4
• Los virus envueltos son denudados a la
fusión de la membrana celular (la fusión
de VHS con la membrana plasmática
libera su nucleocápside que se ancla a la
membrana nuclear para liberar su
genoma ADN directamente al sitio de
replicación
70

71. • La libración de la nucleocápside de Inf de su
matriz y envoltura es facilitado por el paso de
protones de adentro del endosoma a través del
poro de iones formado por la proteína de matriz
M2 para acidificar el medio ambiente
• Los reovirus y los poxvirus están sólo
parcialmente cubiertos a la entrada
• La membrana externa de los primeros se
remueve pero el genoma permanece en la
cápsula interna, la cual contiene las polimerasas
necesarias para la síntesis del ARN
71

72. • El desenrollamiento inicial de los poxvirus
expone una subpartícula viral al
citoplasma permitiendo la síntesis de
ARNm por enzimas contenidas en el virión
• Una enzima desenvuelta puede luego ser
sintetizada para liberar el core
conteniendo el ADN en el citoplasma
72

73. Síntesis macromolecular
• Una vez adentro de la célula, el genoma debe
dirigir la síntesis de ARNm, proteínas y generar
copias idénticas
• La transcripción, traducción y replicación del
genoma son por ello los pasos más importante
en la multiplicación viral
• El genoma es inútil si no puede ser transcrito en
ARNm funcional capaz de unirse a ribosomas y
ser traducido a proteínas
73

74. Etapas de síntesis macromolecular
viral
74

75. • La maquinaria celular para la transcripción y
procesos del ARNm se encuentra en el núcleo.
• La mayoría de virus ADN usan la ARN
polimerasa II dependiente de ADN de la célula y
otras enzimas para hacer ARNm
• P. ej. los ARNm eucariotas adquieren una cola
3’poliadelinada (poliA) y un extremo 5’metilado
(para unirse al ribosoma), para liberar intrones
antes de ser exportados al citoplasma
75

76. • Los virus que se replican en el citoplasma
deben proveer estas funciones o una
alternativa
• Aunque los poxvirus son ADN se replican
en el citoplasma y codifican enzimas para
estas funciones.
• Los virus ARN se replican y producen
ARNm en el citoplasma, excepto por los
orthomyxovirus y los retrovirus.
76

77. • Los virus ARN deben codificar las
enzimas necesarias para la transcripción
y replicación porque la célula no tiene
medios para replicar ARNm
• Los ARNm pueden o no adquirir un
extremo 5’ o una cola poliA
77

78. • El genoma desnudo de virus ADN
(excepto poxvirus) y virus en sentido +
(excepto retrovirus) son algunas veces
llamados ácidos nucleicos infecciosos
porque son suficientes para iniciar
replicación al ser inyectados en la célula
• Pueden interactuar directamente con la
maquinaria del huésped para promover
ARNm o síntesis proteica o ambas
78

79. • Por lo general el ARNm para estructuras
no proteicas se transcribe primero
• Los genes de productos tempranos
(proteínas no estructurales) son a menudo
proteínas que se unen al ADN y enzimas,
incluyendo polimerasas codificadas por el
virus
• Estas proteínas son catalíticas y sólo unas
cuantas son requeridas
79

80. • La replicación del genoma usualmente
inicia la transición a la transcripción de
genes de productos tardíos
• Estos codifican para proteínas
estructurales, muchas copias de estos
productos son requeridas para empacar el
virus pero generalmente no son
requeridos antes que el genoma se
replique
80

81. • Diferentes virus ADN y ARN controlan el
tiempo y cantidad de genes virales y
síntesis proteicas en diferentes vías
81

82. • Replicación virus ADN
– Requiere una polimerasa de ADN
dependiente de ADN, otras enzimas y
trifosfatos desoxiribonucleótidos,
especialmente timidina
– La transcripción del genoma del virus ADN
(excepto poxvirus) ocurre en el núcleo,
usando las polimerasas del huésped y otras
enzimas para la síntesis del ARNm viral
82

83. – La transcripción de los genes virales es regulada por
la interacción de proteínas unidas a ADN específicas
y promotores y aumentadores que son similares en
secuencia a aquellos de la célula que permiten la
unión de la de la activación de la transcripción celular
y ARN polimerasa dependiente de DNA
• P. ej. las neuronas sólo transcriben un gen para el VHS, a
menos que la célula se vea activada por estrés y como
resultado el virus permanece en estado latente.
– La transcripción por ello es un factor en determinar el
tropismo celular y el rango de huésped del virus
83

84. • Los diferentes virus ADN controlan la
duración, tiempo, y cantidad de genes
virales y síntesis proteica en diferentes
vías:
– A + complejo el virus > codificación de sus
propios activadores transcripcionales
• VHS codifica para proteínas que regulan las
cinéticas de la expresión del gen viral.
• Los genes pueden ser transcritos ya sea de hebra
de ADN del genoma y en direcciones opuestas
84

85. – Los genes tardíos de los papovavirus y
adenovirus son inicialmente transcritos como
un gran ARN de un simple promotor y luego
procesado para producir varios ARNm luego
de la remoción de varias secuencias entre
exones (intrones)
85

86. • La replicación de ADN viral siguen las misma
reglas bioquímicas que el ADN celular
• La replicación se inicia en una secuencia de
ADN única en el genoma, llamado el origin (ori)
este sitio reconocido por factores nucleares
virales o del huésped y por la polimerasa de
ADN dependiente de ADN.
• La síntesis del ADN viral es semiconservativa y
las polimerasas de ADN celular y viral requieren
un primer para iniciar la síntesis de la cadena de
ADN
86

87. • Los parvovirus tienen secuencias de ADN que
son invertidas y repetidas para permitir al ADN a
doblarse e hibridarse consigo mismo para
proveer un primer (secuencia de OligoNT)
• La replicación del genoma de adenovirus es
(primed) por el monofosfato de desoxicitidina
pegado a una porción terminal.
• Una enzima celular (primasa) sintetiza el primer
ARN que inicia la replicación del genoma de
papovavirus mientras el VHS codifica una
primasa
87

88. • La replicación del genoma de virus ADN simples
(parvovirus, papovavirus) usa las polimerasas
ADN dependientes de ADN del huésped,
mientras que los virus > complejos (adenovirus,
VHS, poxvirus) codifican sus propias
polimerasas
• Las polimerasas virales usualmente son +
rápidas pero menos precisas que las del
huésped, causando una mayor tasa de
mutaciones en virus y por ello provee un blanco
para los análogos de nucleótidos como
antivirales
88

89. • La replicación de los hepadnavirus es única en
que un intermediario ARN circular de sentido (+)
es primeramente sintetizado por la polimerasa
ARN dependiente de ADN celular.
• Las proteínas virales rodean al ARN, una
polimerasa ADN dependiente de ARN
(transcriptasa reversa) en este virión hace una
hebra ADN (-) y luego el ARN es degradado.
• La síntesis de ADN hebra (+) se inicia pero para
cuando el genoma y el core están envueltos,
dejando un genoma ADN circular doble hebra
89

90. • Las mayores limitaciones para la
replicación del virus ADN incluyen la
disponibilidad de la polimerasa de ADN y
sustratos de desoxiribonucleótidos
• La mayoría de células en la fase de
reposo y no desarrollan síntesis de ADN
porque las enzimas necesarias no están
presentes y el pool de desoxitimidina está
limitado
90

91. • A + pequeño el virus ADN, + la dependencia del virus en
la célula
• Los parvovirus son los > pequeños y se replican
únicamente en células que crecen (precursores
eritroides o tejido fetal)
• El acelerar el crecimiento de la célula puede aumentar el
ADN viral y la síntesis de ARNm
• El Ag T de SV40 y E6/E7 del papilomavirus y la proteína
E1a de adenovirus se une y previenen la función de
proteínas inhibidoras del crecimiento (p53 y producto del
gen de retinoblastoma) resultando en crecimiento celular
y promoción de la replicación viral
91

92. • Los virus ADN > pueden codificar una
polimerasa ADN y otras proteínas para
facilitar la síntesis de ADN y son +
independientes
• VHS codifica una polimerasa ADN y enzimas
oxidantes (desoxirribonucleasa,
ribonucleótido reductasa y timidín cinasa),
p/generar los sustratos
desoxirribonucleótidos necesarios para
replicar su genoma
92

93. 93

94. 94

95. Virus ARN
• La replicación y transcripción de los virus
ARN son procesos similares
• Los genomas virales son usualmente un
ARNm (ARN hebra +) o una copia de
ARNm (ARN hebra -)
• Durante la replicación y transcripción, una
réplica ARN doble hebra intermediario es
formado (una estructura normalmente no
hallada en las células no infectadas)
95

96. Replicación de Picornavirus. Un virus ARN (+) simple
1. Interacción de picornavirus con receptor en la superficie celular define el blanco y
debilita la cápside
2. El genoma es inyectado a través del virión y cruza la membrana celular
3. El genoma es usado como ARNm para la síntesis proteica, una gran poliproteína se
produce
4. La poliproteína es rota proteolíticamente en proteínas individuales incluyendo una
polimerasa ARN dependiente de ARN
5. La polimerasa hace una copia de hebra (-) y replica el genoma. Una proteína VPg es
agregada de manera covalente al extremo 5’ del genoma viral
6. Las proteínas estructurales se asocian en la estructura de la cápside, el genoma se
inserta y los viriones son librados en lisis celular
96

97. Propiedades de los virus ARN
97

98. 98

99. • El genoma del virus ARN debe codificar
para polimerasas ARN dependiente de
ARN (replicasas y transcriptasas) ya que
la célula no tiene medios de replicar ARN
• Ya que el ARN es degrado rápidamente
las polimerasas deben ser sintetizadas
pronto para generar + ARN viral o la
infección se aborta
99

100. • La mayoría de las polimerasas virales
trabaja rápido y por ello puede cometer
errores, causando mutaciones
• La replicación del genoma provee nuevas
copias para la producción de + ARNm lo
cual amplifica y acelera la replicación viral
100

101. • Los genomas virales ARN hebra (+) de los
picornavirus, norovirus, coronavirus, flavivirus y
togavirus actúan como ARNm, se unen a
ribosomas y dirigen la síntesis proteica
• El genoma ARN sentido (+) desnudo por sí solo
puede iniciar la infección
• Luego que la polimerasa ARN dependiente de
ARN es producida, una copia hebra (-) es
sintetizada
101

102. • La copia puede ser usada luego para
generar + ARNm replicar el genoma
• Para los togavirus y norovirus la copia (-)
también se usa para producir un ARN +
pequeño para las proteínas estructurales
(genes tardíos)
• El ARNm de éstos no está limitado en el
extremo 5’, pero el genoma codifica una
secuencia corta poliA
102

103. • La transcripción y replicación de los coronavirus
comparten muchas de estos aspectos pero son
más complejos
• Los genomas de los virus ARN (-), de los
rhabdovirus, orthomyxovirus, paramyxovirus,
filovirus y bunyavirus son las copias para la
producción de su ARNm
• La hebra (-) no es infecciosa en sí y una
polimerasa debe ser acarreada en la célula con
el genoma (asociado con el genoma como parte
de la nucleocápside) para hacer ARNm
individual de las diferentes proteínas virales
103

104. • Como resultado, una hebra de ARN (+) debe ser
producida por la polimerasa viral para actuar
como copia para generar más copias del
genoma
• El genoma es un negativo: cada marco codifica
para una foto/ARNm pero una copia de longitud
completa se requiera para replicar el “rollo”
• Excepto para virus INF, la transcripción y
replicación de los virus hebra (-) ocurre en el
citoplasma
104

105. • La transcriptasa de los INF requiere de un
primer para producir ARNm
• Usa los extremos 5’ del ARNm celular en
el núcleo como “primers” para su
polimerasa y en el proceso “roba” el
extremo 5’ del ARNm celular
• El genoma de INF se replica en el núcleo
105

106. • Los reovirus tienen un genoma doble
hebra segmentado y se someten a formas
+ complejas de replicación y transcripción
• La polimerasa ARN es parte del core
interior de la cápside
• Las unidades de ARNm son transcritos de
cada uno de los 10 o + segmentos del
genoma mientras todavía están en el core
106

107. • Las hebras negativas de segmentos del genoma se
usan como copias para el ARNm de manera similar a las
de los virus ARN hebra (-)
• Las enzimas codificadas por los reovirus contenidas en
el core interior de la cápside agregan el límite 5’ al
ARNm viral.
• El ARNm no tiene poliA
• Los ARNm son liberados al citoplasma donde dirigen la
síntesis proteica o son secuestrados en nuevos core
• El ARN (+) en los nuevos core actúa como una copia
para el ARN (-) y la polimerasa del core produce la
progenie con ARN doble hebra
107

108. • Los arenavirus tienen un genoma
ambisense con secuencias (+)
adyacentes a secuencias (-)
• Los genes tempranos del virus son
transcritos de la porción sentido (-) y los
tardíos de la réplica intermedia de longitud
completa
108

109. • Aunque los retrovirus tienen un genoma sentido
(+), el virus no tiene medios de replicar el ARN
en el citoplasma. En lugar de ello llevan 2
copias de su genoma, 2 moléculas de ARNt y
una polimerasa ADN ARN dependiente
(transcriptasa reversa) en el virión
• El ARNt es usado como un “primer” para la
síntesis de la copia de ADN circular
complementario (ADNc) del genoma
109

110. • Este se sintetiza en el citoplasma, viaja al
núcleo y luego se integra a la cromatina del
huésped
• El genoma viral se convierte en un gen celular
• Promotores al final del genoma viral integrado
aumentan la transcripción de las secuencias del
ADN viral por la célula
• Los transcritos completos son usados como
nuevos genomas y ARNm individual son
generados por ruputra difrencial de este ARN
110

111. • El modo inusual de replicación es el de los
deltavirus (semejante a un viroide)
• El genoma es circular, baciliforme, ARN de una
hebra el cual es hibridizado extensamente a sí
mismo
• Como excepción, el genoma ARN del deltavirus
se replica por la ARN polimerasa II ADN-
dependiente de la célula huésped en el núcleo
• Una porción del genoma forma una estructura
ARN llamada un ribozima el cual rompe el
círculo ARN para producir un ARNm
111

112. Síntesis de proteínas virales
• Todos los virus dependen de los ribosomas,
ARNt y mecanismos para la modificación
postraduccional de la célula huésped para
producir sus proteínas
• La unión al ribosoma está mediado por una
estructura 5’ limítrofe (cap) de guanosina
metilada a una estructura especial en rizo de
ARN (secuencia interna de entrada al ribosoma
–IRES-) el cual se une dentro del ribosoma para
iniciar la síntesis proteica
112

113. • Esta estructura fue descrita inicialmente en el
genoma de los picornavirus y luego en ARNm
celulares selectos
• La mayoría pero no todos los ARNm virales
tienen una cola poliA, como los ARNm
eucariotas
• A diferencia de ribosomas bacterianos que
pueden unirse a ARNm policistrónico y traducir
varias secuencias de genes en proteínas
separadas, el ribosoma eucariota sólo hace una
proteína continua
113

114. • Los virus tienen que lidiar con ello
• P. ej. el genoma entero de un virus ARN (+) es
leído por el ribosoma y traducido en una
poliproteína gigante que luego es rota por
proteasas virales y celulares en proteínas
funcionales
• Virus ADN, retrovirus y la mayoría de ARN(-)
transcriben ARNm separados para poliproteínas
más pequeñas o bien proteínas individuales
• Los genomas de los orthomyxovirus y los
reovirus son segmentados y la mayoría de los
segmentos codifican una proteína única
114

115. • Los virus se valen de tácticas distintas para
promover traducción preferencial de su ARNm
en lugar de ARNm celular
• En muchos casos los hacen porque ocupan la
mayoría de los ribosomas previniendo la
traducción celular
• Adenovirus bloquea la salida de ARNm celular
del núcleo
• VHS inhiben la síntesis macromolecular e
inducen degradación del ADN celular y ARNm
115

116. • Los poliovirus usan una proteasa codificada por
el virus para inactivar la proteína de 200,000Da
de unión al cap del ribosoma previniendo la
unión y traducción del ARNm celular 5’ capped
• Los togavirus y otros virus incrementan la
permeabilidad de la membrana celular, así se
disminuye la afinidad ribosoma para su
respectivo ARNm
• Todo ello conlleva a la citopatogénesis viral
116

117. • Algunas proteínas virales requieren
modificaciones post-traduccionales
(fosforilacion, glicosilación, acilación o sulfación)
• La fosforilación proteica se lleva a cabo por
proteín cinasas virales o celulares y es un medio
de modular, activar o inactivar proteínas.
• Varios VHS codifican su propia proteín cinasa
• Las glicoproteínas virales son sintetizadas en
los ribosomas unidos a la membrana y tienen
secuencias de AA que les permiten inserción al
REG y la glicosilación ligada a N
117

118. • La forma del precursor rico en manosa de las
glicoproteínas progresa del RE a través de
transporte vesicular en la célula y es procesado
en el aparato de Golgi (AG)
• La presencia de las glicoproteínas determina si
el virión se ensambla
118

119. Ensamblaje
• Es análogo a un rompecabeza
tridimensional
• C/parte del virión tiene estructuras de
reconocimiento necesarias para
ensamblar la estructura final
• Este proceso inicia con la síntesis de
piezas necesarias y la [proteínas
estructurales] es suficiente para llevar al
proceso termodinámicamente
119

120. • El proceso puede facilitarse por proteínas de
andamiaje que son activadas o liberan energía
en proteolisis
• P. ej. la ruptura (cleavage) de la proteínas VP0
del poliovirus libera el péptido VP4 que solidifica
la cápside
• El ensamblaje de los virus ADN (aparte de los
poxvirus) ocurre en el núcleo y requiere del
transporte de proteínas del virión al núcleo.
• Los virus ARN y poxvirus en el citoplasma
120

121. • Los virus de cápside pueden ensamblarse como
estructuras vacías (procápsides) y ser llenada
por el genoma (picornavirus) o ser ensambladas
alrededor del genoma
• Nucleocápsides de retrovirus, togavirus y virus
ARN (-) se ensamblan alrededor y
subsecuentemente en una envoltura
• La nucleocápside helical de los virus ARN (-)
incluye la ARN polimerasa ARN dependiente
necesaria para la síntesis de ARNm en la célula
blanco
121

122. • En los virus con envoltura, las glicoproteínas virales son
liberadas a la membrana celular por transporte vesicular
• La adquisición de la envoltura ocurre luego de la
asociación de la nucleocápside con las regiones
conteniendo glicoproteínas virales de la membrana
celular huésped (gemación)
• Las proteínas de matriz para virus ARN(-) se alinean y
promueven la adhesión de nucleocápsides con la
membrana modificada de glicoproteínas, la membrana
rodea la nucleocápsdide, llevando a la gemación del
virus
122

123. • El tipo de genoma y secuencia proteica de las
glicoproteínas determina el sitio de gemación
• La mayoría de los virus ARN gema de la
membrana plasmática el virus es liberado de la
célula al mismo tiempo
• Flavivirus, coronavirus, bunyavirus adquieren su
envoltura al gemar en membranas del RE y AG
y pueden permanecer asociados a la célula en
estos órganos
123

124. • La nucleocápside de VHS se ensambla en el
núcleo y gema en y del RE
• La nucleocápside es descargada en el
citoplasma, proteínas virales se asocian con la
cápside y luego la envoltura se adquiere por
gemación en una membrana de Golgi decorada
con las 10 glicoproteínas virales
• El virión se transporta a la superficie celular y es
liberado por exocitosis o lisis celular o
transmitida por puentes célula-célula
124

125. • Los virus usan diferentes trucos para
asegurarse que tosas las partes se
ensamblen en viriones ocmpletos
• La ARN polimerasa rquerida para
infección de los virus ARN (-) es llevada
en el genoma como una nucleocápside
helica
125

126. • El VIH (y otros retrovirus) son empacados en
una procápside consistente en una poliproteína
conteniendo la proteasa, polimerasa, integrasa y
proteínas estructurales
• Esta procápside se une memranas modificas
con glicoproteínas virales y el virión emerge de
la membrana
• La proteasa codificada por el virus es activada
dentro del virión y rompe una la poliproteína
para producir al final la nucleocápside infecciosa
y las proteínas requeridas dentro de la envoltura
126

127. • El ensamblaje de un virus Influenza o reovirus
requiere la acumulación de al menos una copia
de cada segmento de gen
• Aunque Inf requiere 8 segmentos únicos de
genoma, lo viriones pueden empacar al azar 10
a 11 segmentos
• Estadísticamente esto equivale a un set
completo de genomas (y virus funcionales) por
cada 20 virus defectuosos
127

128. • Se hacen errores durante el ensamblaje.
(viriones vacíos y viriones conteniendo genomas
defectuosos)
• El radio partícula:virus infecioso es alto,
usualmente > 10 y durante la replicación rápida
viral puede ser 104
• Los virus derectuosos pueden ocupar la
maquinaria requierida para la replicación normal
viral para interferir con la producción viral
(partículas interferentes defectuosas)
128

129. Liberación
• Los virus pueden liberarse luego de lisis,
por exocitosis, gemación de la membrana
plasmática
• Los virus de cápside desnuda
generalmente por lisis
• La liberación de muchos virus con
envoltura ocurre luego la gemación de la
membrana plasmática sin matar la célula
• Lisis y gemación son métodos eficientes
129

130. • Virus que geman o adquieren sus membranas
en el citoplasma (flavivirus, poxvirus)
permanecen asociados a la célula y son
liberados por exocitosis o lisis celular
• Los virus que se unen a los receptores del ácido
siálico (orthomyxovirus, algunos paramyxovirus)
pueden tener una NA
• Ésta remueve los receptores potenciales de
ácido siálico en las glicoproteínas del virión y la
célula para prevenir el agrupamiento y permitir
la liberación
130

131. Reinicio del ciclo de replicación
• Los virus liberados al medio EC,
usualmente son responsables de iniciar
nuevas infeccines
• Sin embargo puentes célula-célula, fusión
célula-célula inducida por virus o
transmisión vertical del genoma a células
hijas puede diseminar la infección
• Esto evita la detección por Ac
131

132. • Algunos VHS, retrovirus, paramyxovirus
inducen la fusión célula-célula para unir
las células en células gigantes
multinucleadas (sincicios) los cuales se
convierten en gigantescas fábricas de
virus
• Los retrovirus y algunos ADN pueden
transmitir su copia integrada del genoma
a la células hijas en división celular
132

133. Genética viral
• Las mutaciones espontáneamente y fácilmente
ocurren en genomas virales creando nuevas
cepas distintas a la “cepa salvaje”
• Estas variantes se identifican por las secuencias
de nucleótidos, diferencias antigénicas o
propiedades estructurales o funcionales
• La > de mutaciones no tienen efectos o inciden
en el virus
• La mutaciones en genes esenciales lo inactivan
133

134. • Pero mutaciones en otros genes, les
hacen tener resistencia antiviral o alterar
su antigenicidad o patogenicidad
• Los errores son producto de la pobre
fidelidad de la polimerasa viral y la rápida
tasa de replicación del genoma
• Además los virus ARN no tienen un
mecanismo genético que examine errores
• Mutaciones + comunes ARN > ADN
134

135. • Mutaciones en genes esenciales: letales
• Una mutante de deleción: pérdida o
remoción selectiva de una porción del
genoma y la función que codifica
• Otras mutaciones producen mutantes de
placa, difieren del WT en tamaño o
apariencia de las células infectadas
• Mutantes de rango de huésped: difieren
en el tejido o especies afectadas
135

136. • Mutantes atenuadas: variantes que causan
menos enferemedad
• Mutantes condicionales (sensibles a
temperatura, mutantes sensibles al frío) tienen
una mutación en un gen para una proteína
esencial que permite al virus producirse sólo a
ciertas temperaturas. Cepas mutantes crecen
mejor a 30º a 35ºC mientras que la proteína
codificada es inactiva a 38º -40º previniendo la
infección viral
136

137. • Las nuevas cepas de virus pueden
generarse por interacciones genéticas
entre virus o entre virus y las células
137

138. • El intercambio genético intermolecular entre los
virus o el virus y el huésped es llamado
recombinación
• La recombinación puede ocurrir entre dos virus
ADN relacionados (VHS 1 y 2)
• La integración del retrovirisu con la cromatina
del huésped es una forma de recombinación
• La recombinación de 2 virus ARN relacionados:
Sindbis + EEEV= WEEV (otro togavirus)
138

139. • Los virus con genoma segmentado
(Inf/reovirus) forman cepas híbridas en
infección de una célula con más de una
cepa viral
139

140. • En algunos casos una cepa defectuosa puede
ser rescatada por la replicación de otra mutante
(WT o por una línea celular que lleve un gen
viral de reemplazo)
• La replicación del otro virus o la expresión del
gen en la célula provee la función faltante
requerida por un mutante: complementación
• El rescate de una mutante o una condicón letal
con una secuencia definida (p. ej. un fragmento
de endonucleasa de restricción de ADN ) se
llama marcador de rescate
140

141. • El marcador de rescate se usa para mapear los
genomas de los virus (VHS p. ej.)
• Los virus producidos de células infectadas con
diferentes cepas viralespueden ser fenotípicamente
mezclados y tener las proteínas de una cepa pero el
genoma de otra (transcapsidación)
• Los Pseudotipos son generados cuando la
transcapsidación ocurren entre diferentes tipos de
virus
• Las cepas virales individuales son seleccionada por su
habilidad de usar la maquinaria del huésped y resistir
condiciones adversas
141

142. • Presiones de selección: velocidad de crecimiento
celular, la expresión tejido específica requerida por el
virus
• Las condiciones del cuerpo, su temperatura elevada,
defensas innatas e inmunes y estructura de tejido son
presiones de selección
• Una pequeña ventaja selectiva en virus mutantes puede
llevar a que se vuelva la cepa predominante. La alta
tasa de mutación del VIH promueve un cambio en el
tropismo de la célula blanco de macrófagos a células T,
el desarrollo de resistencia a ARV y la generación de
variantes antigénicas en el curso de tratamiento
• La ausencia de éstos en condiciones de laboratorio logra
cepas atenuadas para su uso en vacunas
142

143. Vectores virales para terapia
• Los virus genéticamente manipulados son
excelentes sistemas para genes ajenos
• Pueden proveer
– Terapia de reemplazo
– Usados en vacunas para promover inmunidad a
cáncer u otros agentes
– Pueden actuar como asesinos con blanco definido de
tumores
• La ventaja es que pueden ser amplificados por
replicación en células apropiadas y pueden
llegar a tejidos específicos y liberar ADN o ARN
en la célula
143

144. • Virus que se desarrollan como vectores:
– Adenovirus
– Retrovirus
– VHS
– Virus adeno-asociado (parvovirus)
– Poxvirus (vaccinia y canarypox)
– Algunos togavirus
• Los vectores virales usualmente son
defectuosos o atenuados en el que el ADN
ajeno reemplaza un gen virulento o no esencial
144

145. • El gen puede estar bajo el control de un
promotor viral o bien un promotor tejido
específico
• Los vectores virales defectuosos son crecidos
en líneas celulares que expresan las funciones
virales faltantes complementando el virus
• La progenie libera el ácido nucleico pero no
virus infecciosos
• Retrovirus y virus adeno-asociados pueden
integrarse a células y liberar permanentemente
genes al cromosoma celular
145

146. • Los adenovirus y VHS promueven la liberación
dirigida del gen ajeno a las células que
contienen los receptores
• VHS genéticamente atenuado es capaz de
desarrollar específicamente la muerte de células
en crecimiento de glioblastomas respetando
tejidos circundantes
• El virus vaccinia lleva un gen para la
glicoproteína de la rabia (ya utilizada en
mapaches, zorros y zorrillos salvajes)
146