Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

И транскрипция, и трансляция относятся к матричным биосинтезам. Матричным биосинтезом называется синтез биополимеров (нуклеиновых кислот, белков) на матрице — нуклеиновой кислоте ДНК или РНК. Процессы матричного биосинтеза относятся к пластическому обмену: клетка расходует энергию АТФ.

Матричный синтез можно представить как создание копии исходной информации на несколько другом или новом «генетическом языке». Скоро вы все поймете — мы научимся достраивать по одной цепи ДНК другую, переводить РНК в ДНК и наоборот, синтезировать белок с иРНК на рибосоме. В данной статье вас ждут подробные примеры решения задач, генетический словарик пригодится — перерисуйте его себе 🙂

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Возьмем 3 абстрактных нуклеотида ДНК (триплет) — АТЦ. На иРНК этим нуклеотидам будут соответствовать — УАГ (кодон иРНК). тРНК, комплементарная иРНК, будет иметь запись — АУЦ (антикодон тРНК). Три нуклеотида в зависимости от своего расположения будут называться по-разному: триплет, кодон и антикодон. Обратите на это особое внимание.

Репликация ДНК — удвоение, дупликация (лат. replicatio — возобновление, лат. duplicatio — удвоение)

Процесс синтеза дочерней молекулы ДНК по матрице родительской ДНК. Нуклеотиды достраивает фермент ДНК-полимераза по принципу комплементарности. Переводя действия данного фермента на наш язык, он следует следующему правилу: А (аденин) переводит в Т (тимин), Г (гуанин) — в Ц (цитозин).

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Удвоение ДНК происходит в синтетическом периоде интерфазы. При этом общее число хромосом не меняется, однако каждая из них содержит к началу деления две молекулы ДНК: это необходимо для равномерного распределения генетического материала между дочерними клетками.

Транскрипция (лат. transcriptio — переписывание)

Транскрипция представляет собой синтез информационной РНК (иРНК) по матрице ДНК. Несомненно, транскрипция происходит в соответствии с принципом комплементарности азотистых оснований: А — У, Т — А, Г — Ц, Ц — Г (загляните в «генетический словарик» выше).

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

До начала непосредственно транскрипции происходит подготовительный этап: фермент РНК-полимераза узнает особый участок молекулы ДНК — промотор и связывается с ним. После связывания с промотором происходит раскручивание молекулы ДНК, состоящей из двух цепей: транскрибируемой и смысловой. В процессе транскрипции принимает участие только транскрибируемая цепь ДНК.

Транскрипция осуществляется в несколько этапов:

  • Инициация (лат. injicere — вызывать)
  • Образуется несколько начальных кодонов иРНК.

  • Элонгация (лат. elongare — удлинять)
  • Нити ДНК последовательно расплетаются, освобождая место для передвигающейся РНК-полимеразы. Молекула иРНК быстро растет.

  • Терминация (лат. terminalis — заключительный)
  • Достигая особого участка цепи ДНК — терминатора, РНК-полимераза получает сигнал к прекращению синтеза иРНК. Транскрипция завершается. Синтезированная иРНК направляется из ядра в цитоплазму.

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение)

Куда же отправляется новосинтезированная иРНК в процессе транскрипции? На следующую ступень — в процесс трансляции. Он заключается в синтезе белка на рибосоме по матрице иРНК. Последовательность кодонов иРНК переводится в последовательность аминокислот.

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Перед процессом трансляции происходит подготовительный этап, на котором аминокислоты присоединяются к соответствующим молекулам тРНК. Трансляцию можно разделить на несколько стадий:

  • Инициация
  • Информационная РНК (иРНК, синоним — мРНК (матричная РНК)) присоединяется к рибосоме, состоящей из двух субъединиц. Замечу, что вне процесса трансляции субъединицы рибосом находятся в разобранном состоянии. Первый кодон иРНК, старт-кодон, АУГ оказывается в центре рибосомы, после чего тРНК приносит аминокислоту, соответствующую кодону АУГ — метионин.

  • Элонгация
  • Рибосома делает шаг, и иРНК продвигается на один кодон: такое в фазу элонгации происходит десятки тысяч раз. Молекулы тРНК приносят новые аминокислоты, соответствующие кодонам иРНК. Аминокислоты соединяются друг с другом: между ними образуются пептидные связи, молекула белка растет. Доставка нужных аминокислот осуществляется благодаря точному соответствию 3 нуклеотидов (кодона) иРНК 3 нуклеотидам (антикодону) тРНК. Язык перевода между иРНК и тРНК выглядит как: А (аденин) — У (урацил), Г (гуанин) — Ц (цитозин). В основе этого также лежит принцип комплементарности. Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов. Движение рибосомы вдоль молекулы иРНК называется транслокация. Нередко в клетке множество рибосом садятся на одну молекулу иРНК одновременно — образующаяся при этом структура называется полирибосома (полисома). В результате происходит одновременный синтез множества одинаковых белков. Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

  • Терминация
  • Синтез белка — полипептидной цепи из аминокислот — в определенный момент завершатся. Сигналом к этому служит попадание в центр рибосомы одного из так называемых стоп-кодонов: УАГ, УГА, УАА. Они относятся к нонсенс-кодонам (бессмысленным), которые не кодируют ни одну аминокислоту. Их функция — завершить синтез белка.

Существует специальная таблица для перевода кодонов иРНК в аминокислоты. Пользоваться ей очень просто, если вы запомните, что кодон состоит из 3 нуклеотидов. Первый нуклеотид берется из левого вертикального столбика, второй — из верхнего горизонтального, третий — из правого вертикального столбика. На пересечении всех линий, идущих от них, и находится нужная вам аминокислота 🙂

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Давайте потренируемся: кодону ЦАЦ соответствует аминокислота Гис, кодону ЦАА — Глн. Попробуйте самостоятельно найти аминокислоты, которые кодируют кодоны ГЦУ, ААА, УАА.

Кодону ГЦУ соответствует аминокислота — Ала, ААА — Лиз. Напротив кодона УАА в таблице вы должны были обнаружить прочерк: это один из трех нонсенс-кодонов, завершающих синтез белка.

Примеры решения задачи №1

Без практики теория мертва, так что скорее решим задачи! В первых двух задачах будем пользоваться таблицей генетического кода (по иРНК), приведенной вверху.

«Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ЦГА-ТГГ-ТЦЦ-ГАЦ. Определите последовательность нуклеотидов во второй цепочке ДНК, последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода»

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Объяснение:

По принципу комплементарности мы нашли вторую цепочку ДНК: ГЦТ-АЦЦ-АГГ-ЦТГ. Мы использовали следующие правила при нахождении второй нити ДНК: А-Т, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Вернемся к первой цепочке, и именно от нее пойдем к иРНК: ГЦУ-АЦЦ-АГГ-ЦУГ. Мы использовали следующие правила при переводе ДНК в иРНК: А-У, Т-А, Г-Ц, Ц-Г.

Зная последовательность нуклеотидов иРНК, легко найдем тРНК: ЦГА, УГГ, УЦЦ, ГАЦ. Мы использовали следующие правила перевода иРНК в тРНК: А-У, У-А, Г-Ц, Ц-Г. Обратите внимание, что антикодоны тРНК мы разделяем запятыми, в отличие кодонов иРНК. Это связано с тем, что тРНК представляют собой отдельные молекулы (в виде клеверного листа), а не линейную структуру (как ДНК, иРНК).

Пример решения задачи №2

«Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАГ-ЦАА-АЦГ-ГЦТ-АЦЦ.

Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК»

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Обратите свое пристальное внимание на слова «Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент цепи ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК «. Эта фраза кардинально меняет ход решения задачи: мы получаем право напрямую и сразу синтезировать с ДНК фрагмент тРНК — другой подход здесь будет считаться ошибкой.

Итак, синтезируем напрямую с ДНК фрагмент молекулы тРНК: АУЦ-ГУУ-УГЦ-ЦГА-УГГ. Это не отдельные молекулы тРНК (как было в предыдущей задаче), поэтому не следует разделять их запятой — мы записываем их линейно через тире.

Третий триплет ДНК — АЦГ соответствует антикодону тРНК — УГЦ. Однако мы пользуемся таблицей генетического кода по иРНК, так что переведем антикодон тРНК — УГЦ в кодон иРНК — АЦГ. Теперь очевидно, что аминокислота кодируемая АЦГ — Тре.

Пример решения задачи №3

Длина фрагмента молекулы ДНК составляет 150 нуклеотидов. Найдите число триплетов ДНК, кодонов иРНК, антикодонов тРНК и аминокислот, соответствующих данному фрагменту. Известно, что аденин составляет 20% в данном фрагменте (двухцепочечной молекуле ДНК), найдите содержание в процентах остальных нуклеотидов.

Один триплет ДНК состоит из 3 нуклеотидов, следовательно, 150 нуклеотидов составляют 50 триплетов ДНК (150 / 3). Каждый триплет ДНК соответствует одному кодону иРНК, который в свою очередь соответствует одному антикодону тРНК — так что их тоже по 50.

По правилу Чаргаффа: количество аденина = количеству тимина, цитозина = гуанина. Аденина 20%, значит и тимина также 20%. 100% — (20%+20%) = 60% — столько приходится на оставшиеся цитозин и гуанин. Поскольку их процент содержания равен, то на каждый приходится по 30%.

Теперь мы украсили теорию практикой. Что может быть лучше при изучении новой темы? 🙂

Обратная транскрипция – Часть III

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Проникнув за мембрану клетки, оболочки вируса разрушаются*, а содержимое вирусной частицы смешивается с содержимым цитоплазмы клетки.
Дальнейшая стратегическая задача – «перепрошить» генетический материал клетки, интегрировав вирусный геном в геном клетки-хозяина. Однако генетический материал вируса «не в той кодировке» – он в виде РНК, тогда как в ядре клетки-хозяина содержится ДНК. Процесс синтеза и подготовки двухцепочечной спирали ДНК с нити РНК называется обратной транскрипцией. Обратной, так как обычно клетка работает по следующему алгоритму: ДНК → транскрипция в РНК → трансляция РНК в белок, согласно данным с цепочки РНК. А в нашей истории с ВИЧ происходит обратный процесс – вирусная обратная транскриптаза «переписывает» информацию в обратном порядке – с РНК в ДНК.

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Отметим, что обратная транскриптаза ВИЧ не очень точно работает – считается, что она допускает 5-10 ошибок на 9000 нуклеотидов генома вируса при транскрипции данных, однако, более современные исследования демонстрируют существенную разницу при измерении точности обратной транскриптазы в лабораторных условиях и в живом организме.

Установлено, что точность работы обратной транскриптазы очень чувствительна к концентрации ионов магния в клетке и соотношению нуклеозидтрифосфатов и ионов магния в клетке. Вероятно, частота возникновения ошибок в естественных условиях может быть на порядок ниже, чем это считалось ранее.

Возникающие мутации в подавляющем числе случаев ухудшают параметры ВИЧ, вплоть до невозможности инфицировать клетки или просто осуществить сборку. Механизмов коррекции ошибок при обратной транскрипции ВИЧ не имеет. Обратная транскрипция – не единственный этап, где могут генерироваться ошибки, но большая часть возникает именно при обратной транскрипции.

Не все мутации связаны именно с ошибками копирования – от 20% до 50% являются результатом процесса рекомбинации вирусных РНК.

Многоступенчатый процесс обратной транскрипции умеют «ломать» два широко представленных класса антиретровирусных агентов – НИОТ и ННИОТ.

НИОТ (нуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы), в этот класс объединены нуклеозидные аналоги и нуклеотидные аналоги.

С молекулами-аналогами все довольно просто: информация в ДНК записывается всего четырьмя молекулами- «буквами»: тимидин, цитидин, гуанозин и аденозин.

«Подменим» их на схожие молекулы лекарств, но без гидроксильной группы, необходимой для образования связей между нуклеотидами, и синтез цепочки ДНК обрывается.

  • Аналоги тимидина: зидовудин, ставудин, censavudine (Ed4T);
  • Аналоги цитидина: зальцитабин, ламивудин, эмтрицитабин, elvucitabin;
  • Аналоги гуанозина: абакавир;
  • Аналоги аденозина: диданозин, тенофовир (в т.ч. алафенамид – TAF).

НИОТы, исследования которых были прекращены: amdoxovir, apricitabine, dexelvucitabine, PSI-5004.

Препараты из класса ННИОТ (ненуклеозидные ингибиторы обратной транскриптазы) действуют непосредственно на обратную транскриптазу, связываясь с ней вблизи ее активного центра. Класс представлен следующими препаратами: доравирин, эфавиренз, элсуфавирин, этравирин, fosdevirine, lersivirine, невирапин и рилпивирин.

Viral Decay Accelerators (дословно: ускорители распада вируса) – класс представлен пока только экспериментальной молекулой KP-1461.

В организме он метаболизируется до KP-1212, которая в свою очередь является возможным субстратом для обратной транскриптазы вируса, также как аденин, гуанин, тимин и цитозин.

Но данная молекула не блокирует транскрипцию, а может осуществлять подмену нуклеотида цитидина или тимидина в синтезируемой цепочке вирусной ДНК, что в результате приводит к возникновению фатальных ошибок в геноме вируса.

Итого: если обратную транскрипцию РНК вируса в ДНК предотвратить не удалось, то в конце этого этапа генетический материал вируса становится готовым для интеграции в ДНК клетки-хозяина.

Процессы рекомбинации мы оставляем «за кадром» – для этих процессов пока нет агентов, что могли бы их нарушить, но следует помнить, что генетическое многообразие ВИЧ в том числе обусловлено рекомбинацией двух вирусных РНК, которая тесно связана с обратной транскрипцией.

Так выделены в тексте вышедшие на рынок тех или иных стран препараты, синим выделены препараты, которые находятся в различных стадиях клинических испытаний, и таким цветом обозначены препараты, разработка и исследование которых прекращены.

  1. Shet A, Nagaraja P, Dixit NM. Viral Decay Dynamics and Mathematical Modeling of Treatment Response: Evidence of Lower in vivo Fitness of HIV-1 Subtype C. J Acquir Immune Defic Syndr. 2016 Nov 1;73(3):245-251. PMID: 27273158.
  2. Achuthan V, Keith BJ, Connolly BA, DeStefano JJ. Human immunodeficiency virus reverse transcriptase displays dramatically higher fidelity under physiological magnesium conditions in vitro. J Virol. 2014 Aug;88(15):8514-27. PMID: 24850729.
  3. Preston BD, Poiesz BJ, Loeb LA. Fidelity of HIV-1 reverse transcriptase. Science. 1988 Nov 25;242(4882):1168-71. PMID: 2460924.
  4. Schlub TE, Grimm AJ, Smyth RP. Fifteen to twenty percent of HIV substitution mutations are associated with recombination. J Virol. 2014 Apr;88(7):3837-49. PMID: 24453357.
  5. U.S. Department of Health and Human Services (HHS), AIDSinfo.

Фаза экспрессии вирусного генома

Лекция 5

ТРАНСКРИПЦИЯ

Транскрипция — это переписывание ДНК на РНК по законам генетического кода. Это означает, что РНК сос­тоит из нуклеотидных последовательностей, комплемен­тарных ДНК.

Нити ДНК в участке транскрипции разде­ляются и функционируют как матрицы, к которым при­соединяются комплементарные нуклеотиды благодаря спариванию комплементарных оснований (аденин связы­вается с тимином, урацил — с аденином, гуанин — с цитозином и цитозин — с гуанином).

Транскрипция осуществляется с помощью специального фермента — РНК-полимеразы, который связывает нуклеотиды путем образования 3'-5'-фосфодиэфирных мостиков. Такое связывание происходит лишь в присутствии ДНК-матри­цы.

Продуктами транскрипции в клетке являются иРНК. Сама клеточная ДНК, являющаяся носителем генети­ческой информации, не может непосредственно програм­мировать синтез белка. Передачу генетической информа­ции от ДНК к рибосомам осуществляет РНК-посредник. На этом основана центральная догма молекулярной биологии, которая выражается следующей схемой:

ДНК — (транскрипция) –и РНК – (трансляция) — белок

где стрелки показывают направление переноса генети­ческой информации.

Реализация генетической информации у вирусов. Стра­тегия вирусного генома в отношении синтеза иРНК у разных вирусов различна. У ДНК-содержащих вирусов иРНК синтезируется на матрице одной из нитей ДНК. Формула переноса генетической информации у них такая же, как и в клетке.

ДНК-содержащие вирусы, репродукция которых происхо­дит в ядре, используют для транскрипции клеточную полимеразу. К этим вирусам относятся паповавирусы, аденовирусы, вирусы герпеса.

ДНК-содержащие вирусы, репродукция которых происходит в цитоплазме, не могут использовать клеточный фермент, находящийся в ядре.

Транскрипция их генома осуществляется вирусспецифическим ферментом — ДНК-полимеразой, которая прони­кает в клетку в составе вируса. К этим вирусам относятся вирусы оспы и иридовирусы.

РНК-содержащие вирусы, у которых хранителем генетической информации является не ДНК, а РНК, решают эту проблему особым образом. У РНК-содержащих «плюс-нитевых» вирусов, у которых функции иРНК выполняет сам геном, передача генетической информации осуществляется по наиболее простой схеме:

РНК — белок

К этой группе вирусов относятся пикорнавирусы, тогавирусы, коронавирусы. У них нет необходимости в акте транскрипции для синтеза вируспецифических белков. Поэтому транскрипцию как самостоятельный процесс у этих вирусов не выделяют.

Иначе обстоит дело у вирусов, геном которых не может выполнять функцию иРНК. В клетке синтезируется комплементарная геному РНК, которая и является информационной.

Передача генети­ческой информации у этих вирусов осуществляется по схеме:

РНК– иPHK — белок

У этих вирусов транскрипция выделена как самостоя­тельный процесс в инфекционном цикле. К ним относятся две группы вирусов животных.

1.Вирусы, геном которых представлен однонитчатой РНК: ортомиксовирусы, парамиксовирусы, рабдовирусы, буньявирусы. Поскольку геномная РНК этих вирусов является «минус-нитью», указанную группу вирусов назы­вают «минус-нитевыми» вирусами.

2. Вирусы, геном которых представлен двунитчатой РНК (диплорнавирусы). Среди вирусов животных к ним относятся реовирусы.

В клетке нет фермента, который может полимеризовать нуклеотиды на матрице РНК. Эту функцию выпол­няет вирусспецифический фермент — РНК-полимераза, или транскриптаза, которая находится в составе вирусов и вместе с ними проникает в клетку.

Среди РНК-содержащих вирусов животных есть семейство ретровирусов, которые имеют уникальный путь передачи генетической информации. РНК этих вирусов переписывается на ДНК, ДНК интегрирует с клеточным геномом и в его составе переписывается на РНК, которая обладает информационными функциями. Путь передачи генетической информации в-этом случае осуществляется по более сложной схеме:

РНК — ДНК — иРНК — белок

В составе этих вирусов есть уникальный вирусспецифи­ческий фермент, который переписывает РНК на ДНК. Этот процесс называется обратной транскрипцией, а фер­мент — обратная транскриптаза, или ревертаза. Тот же фермент синтезирует нить ДНК на матрице ДНК.

Двунитчатая ДНК после замыкания в кольцо интегрирует с клеточным геномом, и транскрипцию интегрированной ДНК в составе клеточных геномов осуществляет кле­точная РНК-полимераза.

Поскольку иРНК ретровирусов гомологична геномной РНК (а не комплементарна ей), ретровирусы являются «плюс-нитевыми» вирусами.

Транскрипция вирусов. Характеристика транскрипции вирусов.

Ферменты, транскрибирующие вирусный геном.

Тран­скрипция ряда ДНК-содержащих вирусов — паповавирусов, аденовирусов, вирусов герпеса, парвовирусов, гепадна-вирусов осуществляется в ядре клетки, и в этом процессе широко используются механизмы клеточной транскрип­ции — ферменты транскрипции и дальнейшей модифи­кации транскриптов.

Транскрипция этих вирусов осуще­ствляется клеточной РНК-полимеразой II — ферментом, который осуществляет транскрипцию клеточного генома. Однако особая группа транскриптов аденовируса синте­зируется с помощью другого клеточного фермента — РНК-полимеразы III.

У двух других семейств ДНК-содер­жащих вирусов животных — вирусов оспы и иридовирусов — транскрипция происходит в цитоплазме. По­скольку в цитоплазме нет клеточных полимераз, тран­скрипция этих вирусов нуждается в специальном вирус­ном ферменте — вирусной РНК-полимеразе. Этот фермент является структурным вирусным белком.

У РНК-содержащих вирусов транскрипция осуще­ствляется вирусспецифическими транскриптазами, т. е. ферментами, закодированными в вирусном геноме. Вирусспецифические транскриптазы могут быть как структурными белками, входящими в состав вириона (эндогенная транскриптаза), так и неструктурными белками, которые синтезируются в зараженной клетке, но не включаются в вирион.

Транскрипция в зараженной клетке.

Синтез компле­ментарных РНК на родительских матрицах с помощью родительской транскриптазы носит название первичной транскрипции в отличие от вторичной транскрипции, происходящей на более поздних стадиях инфекционного цикла на вновь синтезированных, дочерних матрицах, с помощью вновь синтезированной транскриптазы. Боль­шая часть иРНК в зараженной клетке является продуктом вторичной транскрипции.

Транскриптивные комплексы. У сложно устроенных РНК-содержащих вирусов животных транскрипция происходит не на матрице голой РНК, а в составе вирусных нуклеокапсидов или сердцевин (транскриптив­ные комплексы).

Связанные с геномом капсидные белки не только не препятствуют транскрипции, но и необходи­мы для нее, обеспечивая правильную конформацию тяжа РНК, защиту его от клеточных протеаз, связь отдельных фрагментов генома друг с другом, а также регуляцию транскрипции.

Регуляция транскрипции. Транскрипция вирусного генома строго регулируется на протяжении инфекцион­ного цикла. Регуляция осуществляется как клеточными, так и вирусспецифическими механизмами. У некоторых вирусов, в основном ДНК-содержащих, существует три периода транскрипций — сверхранняя, ранняя и поздняя.

К этим вирусам относятся вирусы оспы, герпеса, паповавирусы, аденовирусы. В результате сверхранней и ран­ней транскрипции избирательно считываются сверхранние и ранние гены с образованием сверхранних или ранних иРНК. При поздней транскрипции считывается другая часть вирусного генома — поздние гены, с образованием поздних иРНК.

Количество поздних генов обычно пре­вышает количество ранних генов. Многие сверхранние гены являются генами для неструктурных белков — фер­ментов и регуляторов транскрипции и репликации вирус­ного генома. Напротив, поздние гены обычно являются генами для структурных белков.

Обычно при поздней транскрипции считывается весь геном, но с преоблада­нием транскрипции поздних генов.

Фактором регуляции транскрипции у ядерных вирусов является транспорт транскриптов из ядра в цитоплазму, к месту функционирования иРНК — полисомам.

Продуктом сверхранней транскрипции вирусов герпеса являются ά-белки. Функция одного или нескольких из них необходима для транскрипции следующей группы генов, кодирующих γ-белки. В свою очередь ά-белки включают транскрипцию последней группы поздних генов, кодирующих γ-белки. Такой тип регуляции получил название «каскадной».

У РНК-содержащих вирусов синтез транскриптов также строго контролируется в отношении как количества каждого класса транскриптов, так и периода инфекции, когда определенные транскрипты синтезируются с макси­мальной скоростью.

На ранней стадии инфекции преиму­щественно синтезируются транскрипты двух генов вируса гриппа — NP и NS, на поздней стадии инфекции — транскрипты генов М, НА и NA. Остальные три гена для Р-белков синтезируются примерно с одинаковой скоростью на протяжении всего периода инфекции.

У реовирусов на ранней стадии инфекции преимуществен­но транскрибируется 4 из 10 фрагментов генома и лишь на поздней стадии транскрибируется весь геном. Однако если поместить геном вируса в бесклеточную РНК-синтезирующую систему, будет происходить равномерная транскрипция всех 10 фрагментов генома.

Эти факты говорят о жестком контроле транскрипции со стороны клетки-хозяина и возможном наличии специфических клеточных регуляторов.

У парамиксовирусов и рабдовирусов весь геном представляет собой одну транскрипционную единицу с един­ственным промотором (участок связывания транскриптазы и начала транскрипции) у З'-конца. Вдоль генома суще­ствует как бы градиент эффективности транскрипции.

Ближайший к З'-концу ген (ген наиболее обильного белка NP) считывается наиболее часто.

Напротив, ген для самого высокомолекулярного белка — транскрипта­зы,— содержащегося лишь в количестве нескольких моле­кул на вирион, находится на противоположном конце генома и транскрибируется значительно реже.

Такая регуляция экспрессии генов путем порядка их располо­жения в геноме носит название «полярность». При этом способе регуляции количество молекул полипептидов определяется полярностью гена, т. е. расстоянием его от промотора.

ТРАНСЛЯЦИЯ

Синтез белка в клетке происходит в результате трансляции иРНК. Трансляцией называется процесс пере­вода генетической информации, содержащейся в иРНК, на специфическую последовательность аминокислот. Иными словами, в процессе трансляции осуществляется перевод 4-буквенного языка азотистых оснований на 20-буквенный язык аминокислот.

Транспортные РНК.Свою аминокислоту тРНК узнают по конфигурации ее боковой цепи, а специфический фермент аминоацил-синтетаза катализирует ассоциацию тРНК с аминокислотой. В клетке существует большое количество разнообразных видов тРНК.

Поскольку для каждой аминокислоты должна быть своя тРНК, количе­ство видов тРНК должно быть не меньше 20, однако в клетке их значительно больше. Это связано с тем, что для каждой аминокислоты существует не один, а несколь­ко видов тРНК.

Молекула тРНК представляет собой однонитчатую РНК со сложной структурой в виде клено­вого листа (рис. 18). Один ее конец связывается с амино­кислотой (конец а), а противоположный — с нуклеоти-дами иРНК, которым они комплементарны (конец б).

Три нуклеотида на иРНК кодируют одну аминокислоту и называются «триплет» или «кодон», комплементарные кодону три нуклеотида на конце тРНК называются «антикодон».

Рибосомы. Синтез белка в клетке осуществляется на рибосоме. Рибосома состоит из двух субъединиц, большой и малой, малая субъединица примерно в два раза меньше большой. Обе субъединицы содержат по одной молекуле рибосомальной РНК и ряд белков.

Рибосомальные РНК синтезируются в ядре на матрице ДНК с помощью РНК-полимеразы. В малой рибосомальной субъединице есть канал, в котором находится информа­ционная РНК. В большой рибосомальной субъединице есть две полости, захватывающие также малую рибосомальную субъединицу.

Одна из них содержит аминоацильный центр (А-центр), другая — пептидильный центр (П-центр).

Фазы трансляции. Процесс трансляции состоит из трех фаз: 1) инициации, 2) элонгации и 3) терминации.

Инициация трансляции. Это наиболее ответ­ственный этап в процессе трансляции, основанный на узнавании рибосомой иРНК и связывании с ее особыми участками.

Рибосома узнает иРНК благодаря «шапочке» на 5'-конце и скользит к 3'-концу, пока не достигнет инициаторного кодона, с которого начинается трансляция.

В эукариотической клетке инициаторным кодоном являет­ся кодон АУГ или ГУГ, копирующие метионин. С метионина начинается синтез всех полипептидных цепей.

Вначале с иРНК связывается малая рибосомальная субъединица. К комплексу иРНК с малой рибосомальной субъединицей присоединяются другие компоненты, необ­ходимые для начала трансляции.

Их по крайней мере три в прокариотической клетке и более девяти в эукариотической клетке.

Инициаторные факторы определяют узнавание рибосомой специфических иРНК и, таким образом, являются определяющим фактором в дискриминации между различными иРНК, присутствующими в клетке, как правило, в избыточном количестве.

В результате формируется комплекс, необходимый для инициации трансляции, который называется инициа­торным комплексом. В инициаторный комплекс входят: 1) иРНК; 2) малая рибосомальная субъединица; 3) аминоацил-тРНК, несущая инициаторную аминокислоту; 4) инициаторные факторы; 5) несколько молекул ГТФ.

В рибосоме осуществляется слияние потока информа­ции с потоком аминокислот. Аминоацил-тРНК входит в А-центр большой рибосомальной субъединицы, и ее антикодон взаимодействует с кодоном иРНК, находящейся в малой рибосомальной субъединице.

При продвижении иРНК на один кодон тРНК перебрасывается в пептидиль­ный центр, и ее аминокислота присоединяется к ини­циаторной аминокислоте с образованием первой пептид­ной связи.

Свободная от аминокислоты тРНК выходит из рибосомы и может опять функционировать в транспор­те специфических аминокислот.

Элонгация трансляции. Это процесс удлине­ния, наращивания полипептидной цепи, основанный на присоединении новых аминокислот с помощью пептид­ной связи. Происходит постоянное протягивание нити иРНК через рибосому и. «декодирование» заложенной в ней генетической информации.

иРНК функ­ционирует на нескольких рибосомах, каждая из которых синтезирует одну и ту же полипептидную нить, коди­руемую данной иРНК. Группа рибосом, работающих на одной молекуле иРНК, называется полирибосомой, или полисомой. Размер полисом значительно варьирует в зависимости от длины молекулы иРНК, а также от расстояния между рибосомами.

Так, полисомы, которые синтезируют гемоглобин, состоят из 4—6 рибосом, высо­комолекулярные белки синтезируются на полирибосомах, содержащих 20 и более рибосом.

Терминация трансляции. Терминация транс­ляции происходит в тот момент, когда рибосома доходит до терминирующего кодона в составе иРНК. Трансляция прекращается, и полипептидная цепь освобождается из полирибосомы. После окончания трансляции полири­босомы распадаются на субьединицы, которые могут войти в состав новых полирибосом.

Биология для студентов — 66. Этапы транскрипции у РНК- и ДНК-вирусов

  • Транскрипция — переписывание информации с ДНК или РНК вируса на и-РНК по законам генетического кода.
  • Трансляция — процесс перевода генетической информации, содержащейся в и-РНК, на специфическую последовательность аминокислот.
  • У оц(+)РНК-вирусов репликация начинается с полной или частичной трансляции генома без промежуточных этапов.

У всех других классов вирусов процесс экспрессии вирусного генома начинается с транскрипции мРНК. В случае с ДНК-вирусами, реплицирующимися в ядре, эту функцию выполняет клеточная ДНК-зависимая РНК-полимераза II.

Все другие вирусы нуждаются в уникальной и специфичной транскриптазе, которую кодирует вирус, и она является структурным компонентом вириона.

Двуцепочечные ДНК-вирусы, которые размножаются в цитоплазме, имеют ДНК-зависимую РНК-полимеразу, тогда как двуцепочечные РНК-вирусы имеют РНК-зависимую РНК-полимеразу, специфичную для двуцепочечных РНК, а негативно полярные односпиральные РНК-вирусы носят РНК-зависимую РНК-полимеразу, специфичную для одноцепочечных РНК.

Транскрипция вирусных ДНК и РНК контролируется сложными регуляторными механизмами и, прежде всего, продуктами экспрессии регуляторных генов. Примером некоторых механизмов регуляции экспрессии вирусных геномов, имеющих принципиальное, но не исключительное значение, могут служить аденовирусы.

У аденовирусов имеются несколько транскрипционных единиц. На различных стадиях репликативного цикла имеются «предранние», «ранние», «промежуточные» и «поздние» транскрипционные единицы, которые транскрибируются в разные периоды.

Транскрипты, которые образовались особенно в ранней стадии инфекции, считываются полностью на поздней стадии инфекции с образованием ряда длинных транскриптов с различными функциями.

Общими закономерностями транскрипции некоторых вирусов с дцДНК-геномом являются:

  • транскрипция ранних и поздних генов с разных цепей ДНК,
  • наличие перекрывающихся генов, разных рамок считывания и интронов.

У РНК-вирусов регуляция транскрипции в общем происходит менее сложно, чем у ДНК-вирусов. Временные различия транскрипции разных генов выражены не так отчетливо.

У большинства семейств вирусов с оц(+)РНК геномная РНК служит мРНК, и для транскрипции-репликации РНК требуется только образование негативной цепи. Однако для ретровирусов и вирусов с несегментированным негативным РНК-геномом существут другие механизмы регуляции транскрипции.

Различные виды мРНК имеют различный период полураспада, что может также служить одним из возможных уровней регуляции вирусной репликации.

Первичные РНК-транскрипты, образующиеся на ДНК-геномах в ядре перед выходом в цитоплазму, претерпевают серию посттрансляционных изменений (кэпирование, аденилирование, метилирование, делетирование и сплайсинг).

Ретровирусы. Принцип обратной транскрипции. Структура и выражение генома ретровирусов. Вирус иммунодефицита человека. СПИД – завершающая стадия хронической инфекции, вызываемой ВИЧ

Ретрови́русы (лат. Retroviridae) — семейство РНК-содержащих вирусов, заражающих преимущественно позвоночных. Наиболее известный и активно изучаемый представитель — вирус иммунодефицита человека.

После инфицирования клетки ретровирусом в цитоплазме начинается синтез вирусного ДНК-генома с использованием вирионной РНК в качестве матрицы.

Все ретровирусы используют для репликации своего генома механизм обратной транскрипции: вирусный фермент обратная транскриптаза (или ревертаза) синтезирует одну нить ДНК на матрице вирусной РНК, а затем уже на матрице синтезированной нити ДНК достраивает вторую, комплементарную ей нить.

Образуется двунитевая молекула ДНК, которая, проникнув через ядерную оболочку, интегрируется в хромосомную ДНК клетки и далее служит матрицей для синтеза молекул вирусных РНК. Эти РНК выходят из клеточного ядра и в цитоплазме клетки упаковываются в вирусные частицы, способные инфицировать новые клетки.

По одной из гипотез, ретровирусы могли произойти от ретротранспозонов — подвижных участков генома эукариот.

Обратная транскрипция — это процесс образования двуцепочечной ДНК на матрице одноцепочечной РНК. Данный процесс называется обратной транскрипцией, так как передача генетической информации при этом происходит в «обратном», относительно транскрипции, направлении.

Идея обратной транскрипции вначале была очень непопулярна, так как противоречила центральной догме молекулярной биологии, которая предполагала, что ДНК транскрибируется в РНК и далее транслируется в белки.

Однако в 1970 году Темин и Балтимор независимо друг от друга открыли фермент, названный обратной транскриптазой (ревертазой), и возможность обратной транскрипции была окончательно подтверждена. В 1975 году Темину и Балтимору была присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины.

ВИЧ — вирус иммунодефицита человека, вызывающий заболевание — ВИЧ-инфекцию, последняя стадия которой известна как синдром приобретённого иммунодефицита (СПИД) — в отличие от врождённого иммунодефицита.

Попадая в организм человека, ВИЧ заражает CD4+ лимфоциты, макрофаги и некоторые другие типы клеток. Проникнув в клетки указанных типов, вирус начинает активно в них размножаться. Это в конечном счёте приводит к разрушению и гибели зараженных клеток.

Присутствие ВИЧ со временем вызывает нарушение иммунной системы из-за избирательного уничтожения им иммунокомпетентных клеток и подавления их субпопуляции. Вышедшие из клетки вирусы внедряются в новые, и цикл повторяется.

Постепенно число CD4+ лимфоцитов снижается настолько, что организм уже не может противостоять возбудителям оппортунистических инфекций, которые не опасны или мало опасны для здоровых людей с нормально функционирующей иммунной системой.

Группы риска

  • лица, употребляющие инъекционные наркотики, использующие общую посуду для приготовления наркотика (распространение вируса через иглу шприца и общую посуду для растворов наркотиков); а также их половые партнёры.
  • лица (независимо от сексуальной ориентации), практикующие незащищённый анальный секс (в частности, примерно 25 % случаев незащищённого анального секса среди серопозитивных геев составляют так называемые «barebackers»  — лица, сознательно избегающие использования презервативов, несмотря на свою осведомлённость о возможности заражения ВИЧ; небольшую долю среди barebackers составляют «bug chasers» — лица, целенаправленно стремящиеся заразиться ВИЧ и выбирающие в качестве партнёров для секса ВИЧ-позитивных или потенциально позитивных индивидуумов, называемых «gift-givers» )
  • лица, практикующие незащищённый вагинальный секс (в частности, этот путь заражения является преобладающим в Африке; в 2007 году в Восточной Европе 42 % новых ВИЧ-инфекций было обусловлено гетеросексуальными контактами)
  • лица, которым сделали переливание непроверенной донорской крови;
  • врачи;
  • больные другими венерическими заболеваниями;
  • проститутки и их клиенты.

Течение ВИЧ-инфекции характеризуется длительным отсутствием существенных симптомов болезни. Диагноз ВИЧ-инфекции ставится на основании лабораторных данных: при выявлении в крови антител к ВИЧ. Антитела к ВИЧ в период острой фазы, как правило, не обнаруживают. В первые 3 мес. после заражения антитела к ВИЧ выявляются у 96-97 % пациентов, через 6 мес. — у остальных 2-3 %, а в более поздние сроки — только у 0,5-1 % (источник Centers for Disease Control and Prevention USA, 2009г). В стадии СПИД регистрируют существенное снижение содержания антител в крови. Первые недели после инфицирования представляют собой «период серонегативного окна», когда антитела к ВИЧ не выявляются. Поэтому отрицательный результат тестирования на ВИЧ в этот период не означает, что человек не инфицирован ВИЧ и не может заразить других.

Для диагностики поражения слизистой оболочки рта у ВИЧ-инфицированных больных принята рабочая классификация, утверждённая в Лондоне, в сентябре 1992 года. Все поражения разделены на 3 группы:

ü    1 группа — поражения, чётко связанные с ВИЧ-инфекцией. В эту группу включены следующие нозологические формы:

  • кандидозы (эритематозный, псевдомембранозный, гиперпластический, атрофический);
  • волосистая лейкоплакия;
  • маргинальный гингивит;
  • язвенно-некротический гингивит;
  • деструктивный пародонтит;
  • саркома Капоши;
  • неходжкинская лимфома.

ü    2 группа — поражения, менее чётко связанные с ВИЧ-инфекцией:

  • бактериальные инфекции;
  • болезни слюнных желёз;
  • вирусные инфекции;
  • тромбоцитопеническая пурпура.

ü    3 группа — поражения, которые могут быть при ВИЧ-инфекции, но не связанные с нею.

Наибольший интерес вызывают и наиболее часто встречаются поражения, относящиеся к 1 группе. В России при постановке диагноза ВИЧ-инфекция проводится дотестовое и послетестовое консультирование пациента, разъяснение основных фактов о заболевании.

Пациенту предлагается встать на учет в территориальный центр профилактики и борьбы со СПИД для бесплатного диспансерного наблюдения врачом-инфекционистом. Приблизительно раз в полгода рекомендуется сдавать анализы (на иммунный статус и на вирусную нагрузку) для контроля состояния здоровья.

В случае значительного ухудшения этих показателей рекомендуется прием антиретровирусных препаратов (терапия бесплатна, доступна практически во всех регионах).

Терапия

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы. Расчет стоимостиГарантииОтзывы

Цели терапии:

  • Вирусологическая — основная цель cостоит в том, чтобы остановить воспроизведение вируса в организме.Показателем этого служит снижение вирусной нагрузки: за 4 недели на более чем 1 log10 копий/мл (90 %), менее 20-50 копий/мл за 16-24 недель, удержание её на этом уровне как можно дольше.
  • Иммунологическая — восстановить состояние иммунной системы. Когда вирусная нагрузка резко снижается, организм получает возможность постепенно восстановить количество CD4 лимфоцитов и, соответственно, адекватный иммунный ответ.
  • Клиническая — увеличить продолжительность и качество жизни ВИЧ-положительного. Прием терапии в большинстве случаев избавляет человека от развития СПИДа, а значит, заболеваний, которые могли бы ухудшить его жизнь и даже привести к гибели. Поскольку количество вирусов в крови и тканях резко уменьшается, становится менее опасен незащищенный половой акт, а значит, и возможность зачать ребенка.

До настоящего времени не разработано лечения ВИЧ-инфекции, которое могло бы устранить ВИЧ из организма.

Современный способ лечения ВИЧ-инфекции (т. н. высокоактивная антиретровирусная терапия) замедляет и практически останавливает прогрессирование ВИЧ-инфекции и её переход в стадию СПИД, позволяя ВИЧ-инфицированному человеку жить полноценной жизнью.

При использовании лечения и при условии, что эффективность лекарств сохраняется, продолжительность жизни человека ограничивается не ВИЧ, а лишь естественными процессами старения.

Однако после длительного использования одной и той же схемы терапии, через несколько лет, вирус мутирует, приобретая резистентность к применяемым препаратам, и для дальнейшего контроля над прогрессированием ВИЧ-инфекции необходимо применять новые схемы лечения с другими препаратами.

Поэтому любая существующая на сегодняшний день схема лечения ВИЧ-инфекции рано или поздно становится неэффективной. Также, во многих случаях, пациент не может принимать отдельные препараты по причине индивидуальной непереносимости. Поэтому грамотное применение терапии отсрочивает развитие СПИД на неопределенное время.

На сегодняшний день появление новых классов препаратов в основном нацелено на уменьшение побочных эффектов от приема терапии, поскольку продолжительность жизни ВИЧ-положительных людей, принимающих терапию, практически сравнялась с продолжительностью жизни ВИЧ-отрицательного населения. В период более позднего развития ВААРТ (2000—2005 гг.) выживаемость ВИЧ-инфицированных больных при исключении больных с гепатитом С достигает 38,9 лет (37,8 — для мужчин и 40,1 — для женщин).

Важное значение придается поддержанию здоровья ВИЧ-положительного немедикаментозными средствами (правильное питание, здоровый сон, избегание сильных стрессов и длительного нахождения на солнце, здоровый образ жизни), а также регулярный (2-4 раза в год) мониторинг состояния здоровья у врачей-специалистов по ВИЧ.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector