Azione dei virus

I meccanismi dell’azione patogena dei virus

Nel caso delle infezioni di virus che causano un ciclo litico nella cellula colpita dall’agente patogeno, essa stessa viene indotta a produrre le componenti virali necessarie al virus per la sua riproduzione.

Quindi tutti i processi di sintesi macromolecolari della cellula sono deviati a favore del virus, causando così un possibile danno cellulare. Si parla quindi tecnicamente di “shut off” delle sintesi cellulari, a partire da quella proteica fino anche alla sintesi ed alla replicazione del DNA.

La velocità e l’intensità con le quali si instaura lo shut off, dipendono dalla velocità di replicazione del virus nella cellula e dal suo grado di dipendenza dalle funzioni cellulari. Un virus che si replica lentamente non ha il vantaggio nel bloccare subito e completamente la sintesi cellulare proteica, poiché la cellula andrebbe incontro alla morte, ed il virus non riuscirebbe a completare il ciclo replicativo. Analogamente, se il virus dipende molto dalle funzioni della cellula, ha bisogno degli enzimi di sintesi e non può bloccare completamente la cellula.

Quindi la velocità con cui si instaura questo “blocco” è comunque a vantaggio del virus, per alcuni virus è estremamente rapido (ci vogliono poche ore), oppure può essere lento, ed in questo caso le funzioni cellulari rimangono attive per dei periodi di tempo molto lunghi.

Vediamo ora alcuni esempi di meccanismi con i quali vari tipi di virus riescono a bloccare o comunque a mettere a loro vantaggio le funzioni di sintesi cellulari.

Consideriamo i Poliovirus (rappresenta la quarta classe replicativa della famiglia dei Picornaviridae).

Sono dei virus ad RNA a singolo filamento a polarità positiva. Per prima cosa questi fanno la traduzione, il RNA genomico funge da mRNA legandosi ai ribosomi, e codifica per una poliproteina. La particolarità di questo mRNA sta nel fatto che all’estremità 5’ non è presente la sequenza codificante per le proteine del capside. Al contrario, a monte della regione codificante del mRNA virale, vi è una sequenza di nucleotidi denominata IRES (o Internal Ribosomial Entry Site). Questa sequenza, avendo un’alta affinità di legame per i ribosomi, fa sì che questi si attacchino al mRNA virale anziché a quello cellulare, inoltre rompe i legami da prima presenti fra i ribosomi e il mRNA cellulare. Perciò in un breve lasso di tempo tutti i ribosomi cellulari si legano agli mRNA virali, iniziando la sintesi delle proteine virali.

Abbiamo parlato anche degli Orthomyxovirus (sono i virus influenzali).

Pur essendo dei virus ad RNA a singolo filamento, si replicano nel nucleo. Questo poiché non possono riprodurre il mRNA virale con la “sequenza cap”, quindi lo devono andare a “staccare” dal mRNA cellulare. Così facendo gli mRNA cellulari che usciranno dal nucleo, non avendo il “cap”, non saranno tradotti e di conseguenza verranno prodotte solo le proteine virali.

Un altro meccanismo è quello dei Reovirus (sono dei virus ad RNA a doppio filamento, della terza classe replicativa).

Questi hanno due ondate trascrizionali:

  1. gli mRNA normali (con le sequenze cap e poliA) vengono tradotti normalmente dalla cellula, vengono però prodotte delle particolari proteine che modificano biochimicamente i ribosomi
  2. grazie alla modificazione dei ribosomi, nella seconda ondata trascrizionale si formano degli mRNA senza cap, che vengono tradotti e portano alla produzione delle proteine virali

Altri virus, come per esempio il Herpes Simplex I (è un virus a DNA della prima classe replicativa), sono in grado di produrre delle particolari proteine che agiscono direttamente sui processi di sintesi cellulari. In particolare la HSVI produce una proteina in grado di staccare dai ribosomi il mRNA cellulare e di degradarlo.

Inoltre ci sono dei virus che agiscono sui meccanismi di traslocazione del mRNA virale dal nucleo al citoplasma. Per esempio nel caso del virus del HIV vi è uno dei tanti geni che codificano per le proteine accessorie denominato REV. La proteina codificata da questo gene favorisce la traslocazione del mRNA virale dal nucleo al citoplasma, aiutando così il virus a replicarsi.

La medesima funzione negli Adenovirus (sono dei virus a DNA della prima classe replicativa), la possiedono due piccoli mRNA VA1 e VA2, che vengono trascritti ma non tradotti e appunto favoriscono la traslocazione del mRNA virale nel citoplasma dal nucleo.

I virus più complessi, come per esempio il Poxvirus (è un virus a DNA della prima classe replicativa), con molto materiale genetico (quindi ci sono più proteine prodotte), hanno anche la capacità di interferire con la trascrizione e la traduzione del DNA cellulare, ed in alcuni casi ne promuovono la degradazione.

Le modificazioni strutturali della cellula infettata dal virus

Oltre a questi meccanismi virali che agiscono sulle funzioni di biosintesi cellulare, ci sono degli agenti virali in grado di modificare le strutture cellulari. Per esempio le cellule coltivate ed infettate in vitro possono cambiare la loro forma, possono diventare più sferiche ed infine possono morire.

Questi cambiamenti morfologici della cellula sono provocate dai virus che agiscono sul citoscheletro cellulare. Questa struttura è molto importante per la cellula, non solo per mantenere la forma, ma anche per veicolare i componenti cellulari da una parte all’altra della cellula stessa.

Esistono quindi dei virus a DNA che per passare dalla membrana plasmatica al nucleo utilizzano proprio le fibre del citoscheletro.

Importanti sono anche le modificazioni a carico delle membrane cellulari. Vi sono dei virus con l’envelope che utilizzano la membrana della cellula sia in ingresso (con il meccanismo di fusione) che nella formazione dell’envelope stesso, che richiede dei “pezzi” di membrane. Questo provoca dei danni alla cellula, in quanto sulla membrana citoplasmatica vanno a finire le proteine di fusione dell’envelope, che fanno sì che queste cellule infettate e modificate si uniscano tra di loro, formando dei sincizi cellulari che non sono funzionali. Per esempio nelle fasi terminali dell’infezione del virus HIV, un singolo linfocita T con queste modificazioni può far aggregare altri centinaia o migliaia di linfociti T.

Questo inoltre rappresenta per il virus un enorme vantaggio, in quando può sfuggire alle difese immunitarie anticorpali dell’organismo spostandosi dall’interno di una cellula all’altra.

Questi danni possono comunque interessare tutti i tipi di membrane cellulari, non solo quella plasmatica, ma per esempio anche quelle del reticolo endoplasmatico: questo ne modifica anche la loro permeabilità a vari tipi di molecole e ioni, andando così ad alterare gli equilibri di concentrazione intracellulari di tali sostanze. In alcuni casi questi cambiamenti di concentrazioni ioniche aiutano gli enzimi virali ad espletare la loro funzione, in altri casi sono invece degli “effetti collaterali”.

Importanti sono anche le alterazioni a carico della membrana dei lisosomi, che portano al rilascio nella cellula di enzimi litici che la danneggiano. Questo avviene nella fase terminale del ciclo litico virale, quando la cellula viene distrutta ed il virus liberato all’esterno di essa.

Un’altra modificazione strutturale della cellule infettate, fa sì che queste appaiano al microscopio ottico con un aspetto “schiumoso”, o meglio ancora granulare, poiché al loro interno vengono a formarsi delle vescicole con varie funzioni. In alcuni casi servono per concentrare al loro interno i componenti virali, proteggendoli dall’attacco degli enzimi proteolitici cellulari e facilitandone i processi di assemblaggio spontanei (essendo appunto più concentrati).

In alcuni casi queste vescicole invece si formano per processi cellulari di autofagia, che è un meccanismo di difesa che la cellula può attuare per contenere l’infezione da parte del virus.

Un’ulteriore tipo di danno che il virus può causare alla cellula è dato dalle proteine virali, che sono citotossiche. Ciò è stato provato dall’immissione di queste molecole in cellule sane, che in seguito sono morte. Alcuni esempi di queste proteine tossiche si possono riscontrare nel virus del HIV, come la proteina gp120, estremamente tossica, che è ritenuta una delle maggiori responsabili della morte dei neuroni a livello del sistema nervoso centrale nei soggetti affetti da tale virus.

Nel caso dell’Adenovirus, sono presenti sul suo rivestimento delle fibre proteiche che partono dai vertici dell’icosaedro che servono per liberarsi della vescicola endocitica, dato che questo virus entra nella cellula appunto col meccanismo dell’endocitosi.

Il rapporto tra il virus e l’apoptosi cellulare

L’apoptosi rappresenta anche un meccanismo di difesa che la cellula può utilizzare nel caso di infezioni virali. Essa va incontro ad una morte cellulare programmata per difendere il tessuto dell’organo del quale è parte, impedendo così al virus di replicarsi.

In molti casi non solo le cellule infettate vanno incontro ad apoptosi, bensì anche le cellule limitrofe, in quanto le prime possono liberare dei fattori apoptotici che inducono la morte programmata nelle cellule circostanti.

D’altra parte molti virus possiedono dei meccanismi che riescono a bloccare l’apoptosi cellulare che, vanificherebbe la loro possibilità di replicarsi. Tali processi sono ovviamente fondamentali per i virus oncogeni. Abbiamo visto per esempio il virus di Epstein-Barr (è un virus a DNA della prima classe replicativa) che possiede un gene che codifica per una proteina analoga a BCL2, che è un fattore anti-apoptotico.

Altri virus traggono invece un vantaggio dall’induzione dell’apoptosi, purchè questa avvenga nel momento più opportuno. Per esempio accade negli Herpes virus che via sia una doppia fase. In un primo momento questi bloccano la replicazione cellulare per permettere alla progenie virale di stabilirsi, secondariamente inducono la cellula all’apoptosi in modo tale che i neovirus si propaghino all’esterno.

Considerando poi i virus a DNA, questi devono affrontare un meccanismo di difesa e di controllo molto importante della cellula, ovvero quello della P53. Tale proteina è il prodotto di un gene oncosoppressore, che non è espresso sempre, ma solo nel caso in cui vi sia un danno al DNA cellulare oppure sia presente del DNA esogeno (per esempio del DNA virale). La P53 agisce bloccando la replicazione del DNA e successivamente inducendo l’apoptosi. Perciò i virus a DNA devono superare questo ostacolo per potersi replicare, e lo possono fare producendo delle proteine che legano la P53 e in alcuni casi la inattivano. Per esempio il virus SV40 ha l’antigene T che tra le sue varie funzioni, ha anche quella di bloccare la P53. Negli Adenovirus ci sono i geni E1A ed E1B, i cui prodotti servono a bloccare la P53. Sostanzialmente quindi tutti i virus a Dna possiedono dei meccanismi in grado di superare questo espediente che la cellula possiede per difendere l’organismo.