Replicazione dei virus ad RNA

Le modalità con cui il virus compie le sintesi macromolecolari, come già detto, sono variegate e dipendono in buona sostanza dal tipo di genoma che esso possiede. Possiamo suddividere i virus, per quanto riguarda le strategie replicative, in sette classi.

I virus a DNA sono distribuiti in 3 classi replicative:

  • La stragrande maggioranza si colloca nella prima classe, che contiene i virus a DNA double strand, che si replicano quasi tutti nel nucleo, tranne i Poxvirus, a replicazione citoplasmatica
  • Nella seconda classe troviamo l’unica famiglia d’interesse per la patologia umana, i virus a DNA a singolo filamento, i Parvovirus, anch’essi a replicazione nucleare
  • Gli Hepadnavirus, sempre a DNA, costituiscono la terza classe, si tratta dei responsabili delle epatiti. Sono dotati di un genoma particolare, solo parzialmente bicatenario, e compiono la retrotrascrizione, hanno cioè un intermedio replicativo ad RNA, che la trascrittasi inversa trasforma poi in DNA

I virus ad RNA sono organizzati in 4 classi replicative:

  • nella prima troviamo i Reovirus, che, oltre ad avere il doppio capside, hanno anche un genoma ad RNA a doppio filamento, peraltro segmentato in 11-12 porzioni. I Reovirus vanno incontro al fenomeno del riassortimento: possono scambiare dei segmenti di genoma tra un virus e l’altro, aumentando enormemente la variabilità. Ognuno dei segmenti è monocistronico, cioè codifica per una singola proteina. I Reovirus, come detto prima, mettono in atto quella strategia per cui i ribosomi, da un certo punto in poi, riconoscono e traducono soltanto gli mRNA virali, privi di “cap”
  • Nella seconda classe ci sono i virus ad RNA a singolo filamento, a replicazione citoplasmatica ed a polarità positiva, il cui genoma può cioè fungere da mRNA
  • Nella terza classe abbiamo i virus con il genoma ad RNA a singolo filamento a polarità negativa, che quindi non può funzionare da RNA messaggero
  • Nella quarta ed ultima classe di virus ad RNA ci sono i retrovirus, a RNA diploide, con i geni presenti in doppia copia e la trascrittasi inversa che trasforma il RNA in cDNA, che passa nel nucleo e si integra nel genoma della cellula

I virus ad RNA

Entriamo ora nel dettaglio dei meccanismi replicativi partendo dai virus ad RNA.

  • Nella seconda classe di virus dunque il genoma funziona esso stesso da mRNA, è facile allora intuire che il primo evento che si verifica dopo l’uncoating è la traduzione: il genoma virale subito si dirige verso i ribosomi cellulari per essere tradotto. Questi virus non hanno, tra le proprie proteine virioniche, la RNA polimerasi RNA dipendente, perché non ne hanno bisogno appena entrate nella cellula, ne avranno bisogno solo in seguito, faranno in tempo a sintetizzarla, perchè il primo evento è la traduzione, per cui bastano i ribosomi della cellula
  • I virus della terza classe hanno un RNA che non può funzionare da mRNA, essendo complementare al mRNA, cioè a polarità negativa, e non essendo riconosciuto dai ribosomi. Il primo evento dopo l’uncoating sarà allora la trascrizione del genoma in un filamento complementare, questo a polarità positiva. È richiesta la RNA polimerasi RNA dipendente, che questi virus possiedono associata al genoma
  • Per i Reovirus (la prima classe), il primo evento è la trascrizione del filamento a polarità negativa in un filamento a polarità positiva (per ogni singolo segmento), quindi hanno un comportamento molto simile a quelli della terza classe e possiedono anch’essi la RNA polimerasi RNA dipendente

Alla luce di queste descrizioni, possiamo capire come il genoma virale (ad RNA) privo di ogni componente proteica sia infettante solo per i virus della seconda classe, che non hanno bisogno della RNA polimerasi per generare la progenie virale. Gli altri virus invece senza le componenti proteiche non possono essere trascritti, mancando della RNA polimerasi RNA dipendente.

I Poliovirus

Prendiamo l’esempio del Poliovirus, che possiede un RNA a polarità positiva: il genoma presenta al 5’ una piccola proteina chiamata VPG, che serve come primer per la replicazione del genoma, seguono poi le varie sequenze codificanti, verso l’estremo 3’, in particolare sono concentrati i geni delle proteine capsidiche, che sono 4: VP1, VP2, VP3 e VP4. Il resto del genoma codifica per le proteine coinvolte nella replicazione virale, all’estremo 3’ c’è infine la coda poliA.

Come detto, il RNA si trasferisce subito sui ribosomi dopo l’uncoating.

Questi virus presentano un’unica tripletta di inizio al 5’ del loro genoma ed un unico codone di stop al 3′, perché tutto l’RNA virale viene tradotto inizialmente in una sola grande proteina.

Questa proteina subirà poi dei clivaggi operati dalle proteasi virali, si tratta infatti di un clivaggio autocatalitico, perché le porzioni con l’attività proteasica sono contenute nella molecola stessa, quindi è come se una porzione della proteina si auto-tagliasse generando varie proteine più piccole. Dapprima in realtà si formano P1, P2 e P3, con P1 che rappresenta tutte le proteine capsidiche messe assieme, e P2 e P3 quelle funzionali.

Successivamente queste tre vengono ulteriormente tagliate dando origine alle 4 proteine capsidiche, la proteasi, la VPG e soprattutto la RNA polimerasi RNA dipendente.

Una volta formata la polimerasi, essa sintetizzerà una catena di RNA complementare al proprio genoma, a polarità negativa, che funzionerà come stampo per sintetizzare le catene positive, sempre sintetizzate ad opera della stessa polimerasi.

Le catene positive così formate saranno in parte utilizzate come mRNA, andando sui ribosomi ad amplificare la sintesi delle proteine virali, ed in parte incapsidate a formare i nuovi virus, la progenie.

Analizziamo ora il comportamento di due famiglie di virus della terza classe, i Paramyxovirus (responsabili dell’influenza, della parotite e del morbillo) e gli Orthomyxovirus.

I Paramyxovirus

I Paramyxovirus sono i virus ad RNA più grossi, con un genoma di oltre 20 kilobasi ed un singolo filamento, a polarità negativa. Il RNA deve essere inizialmente trascritto a polarità positiva, quindi associato al RNA, nel capside, troveremo la solita RNA polimerasi RNA dipendente virionica, che trascrive dando origine ad un RNA a polarità positiva, che può essere di due tipi: piccolo quanto ciascun singolo gene, e in grado quindi di funzionare da mRNA, o grande quanto l’intera catena. Quest’ultimo tipo non è poi, alla prova dei fatti, in grado di funzionare da mRNA, è troppo grande e viene utilizzato come stampo per sintetizzare le catene a polarità negativa che saranno incapsidate e andranno a formare la progenie virale.

Gli Orthomyxovirus

Gli Orthomyxovirus sono a polarità negativa, con un RNA a singolo filamento, questa volta però segmentato in 8 parti. Poiché non è facile far entrare tutti gli 8 segmenti nelle nuove particelle, possono formarsi nella progenie delle particelle difettive, che non presentano tutti gli 8 segmenti, quindi non sono in grado di replicarsi.

Gli Orthomyxovirus non sono in grado di posizionare il cap all’estremo 5’ del mRNA, per cui devono replicarsi nel nucleo. Qui la RNA polimerasi RNA dipendente virale, oltre a trascrivere i vari segmenti di RNA negativo in RNA positivo (sono gli mRNA virali), compie, con una delle sue subunità, un’attività ribonucleasica, aggancia quindi gli mRNA cellulari neosintetizzati e provvisti di cap, staccando il cap e attaccandolo sul mRNA virale nascente.

Gli RNA messaggeri virali monocistronici, ora provvisti di cap, andranno nel citoplasma e verranno tradotti, mentre le proteine ad essi annesse torneranno nel nucleo, dove sono in assemblaggio le nuove particelle virali.

Occorre precisare che solo ad una parte degli mRNA virali viene attaccato il cap, gli altri funzionano come stampo per sintetizzare gli RNA a polarità negativa, per formare la progenie virale.

Tornando a parlare della possibilità della formazione, per questi virus, di particelle difettive, cioè incapaci di replicarsi autonomamente, sottolineiamo come con i virus influenzali si vada spesso incontro al fenomeno della coinfezione, con la cellula che è infettata contemporaneamente da due virus influenzali diversi e se ad uno dei due manca un segmento, questo gli può essere fornito dall’altro.

Normalmente, invece, per altre classi di virus, questo fenomeno, detto interferenza virale, impedisce che una cellula venga infettata allo stesso tempo da due diversi virus (si dice che la cellula è superinfettata).