Picornavirus

picornavirus son un grupo de virus de ARN sin envoltura relacionados que infectan a vertebrados, incluidos peces, mamíferos y aves. Son virus que representan una gran familia de pequeños virus de ARN monocatenario, de sentido positivo, con una cápside icosaédrica de 30 nm. Los virus de esta familia pueden causar una variedad de enfermedades que incluyen el resfriado común, la poliomielitis, la meningitis, la hepatitis y la parálisis.

Los picornavirus constituyen la familia Picornaviridae, el orden Picornavirales y el reino Riboviria. Hay 158 especies en esta familia, asignadas a 68 géneros. Ejemplos notables son los géneros Enterovirus (incluidos Rhinovirus y Poliovirus), Aftovirus, Cardiovirus. y Hepatovirus.

Etimología

El nombre "picornavirus" Tiene una doble etimología. En primer lugar, el nombre deriva de picorna, que es un acrónimo de "poliovirus, iinsensibilidad al éter, coxsackievirus, virus huérfano., rrinovirus y ácido ribonucleico". En segundo lugar, el nombre deriva de pico-, que designa una unidad de medida muy pequeña (equivalente a 10⁻¹²), combinada con arn para describir este grupo de virus de ARN muy pequeños.

Historia

El primer virus animal descubierto (1897) fue el virus de la fiebre aftosa (FMDV). Es el miembro prototípico del género Aphthovirus de la familia Picornaviridae. El ensayo de placa se desarrolló utilizando poliovirus; El descubrimiento de la replicación viral en cultivo también se produjo con el poliovirus en 1949. Esta fue la primera vez que se produjo un virus infeccioso en células cultivadas. La síntesis de poliproteínas, los sitios de entrada internos de los ribosomas y el ARNm descubierto se descubrieron mediante el estudio de células infectadas con poliovirus, y un clon de poliovirus fue el primer clon de ADN infeccioso elaborado a partir de un virus de ARN en animales. Junto con el rinovirus, el poliovirus fue el primer virus animal cuya estructura se determinó mediante cristalografía de rayos X. La ARN polimerasa dependiente de ARN se descubrió en Mengovirus, un género de picornavirus.

Virología

Estructura

Los picornavirus no tienen envoltura y tienen una cápside icosaédrica. La cápside es una disposición de 60 protómeros en una estructura icosaédrica muy compacta. Cada protómero consta de cuatro polipéptidos conocidos como VP (proteína viral) 1, 2, 3 y 4. Los polipéptidos VP2 y VP4 se originan a partir de un protómero conocido como VP0 que se escinde para dar los diferentes componentes de la cápsida. Se dice que la cápside icosaédrica tiene un número de triangulación de 3, esto significa que en la estructura icosaédrica cada uno de los 60 triángulos que componen la cápside se dividen en tres pequeños triángulos con una subunidad en la esquina.

Muchos picornavirus tienen una hendidura profunda formada alrededor de cada uno de los 12 vértices de los icosaedros. La superficie exterior de la cápside está compuesta por regiones de VP1, VP2 y VP3. Alrededor de cada uno de los vértices hay un cañón bordeado por los extremos C de VP1 y VP3. La superficie interior de la cápside está compuesta por VP4 y los extremos N de VP1. J. Esposito y Freederick A. Murphy demuestran la estructura de hendiduras denominada cañones, utilizando cristalografía de rayos X y microscopía crioelectrónica.

Dependiendo del tipo y grado de deshidratación, la partícula viral tiene entre 30 y 32 nm de diámetro. El genoma viral tiene alrededor de 2500 nm de longitud, por lo que está estrechamente empaquetado dentro de la cápside junto con sustancias como iones de sodio para equilibrar las cargas negativas del ARN causadas por los grupos fosfato.

Genoma

Los picornavirus se clasifican según el sistema de clasificación viral de Baltimore como virus del grupo IV, ya que contienen un genoma de ARN monocatenario de sentido positivo. Su genoma oscila entre 6,7 y 10,1 (kilobases) de longitud. Como la mayoría de los genomas de ARN de sentido positivo, el material genético por sí solo es infeccioso; aunque sustancialmente menos virulento que si estuviera contenido dentro de la partícula viral, el ARN puede tener una mayor infectividad cuando se transfecta en células. El genoma de ARN es inusual porque tiene una proteína en el extremo 5' extremo que se utiliza como cebador para la transcripción por la ARN polimerasa. Este cebador se llama genoma VPg y oscila entre 2 y 3 kb. VPg contiene residuos de tirosina en el extremo 3' fin. Tirosina como fuente de –OH para enlaces covalentes a 5' final del ARN.

El genoma no está segmentado y tiene sentido positivo (el mismo sentido que el ARNm de los mamíferos, que se lee de 5' a 3'). A diferencia del ARNm de los mamíferos, los picornavirus no tienen una estructura de 5' cap, sino una proteína codificada viralmente conocida como VPg. Sin embargo, al igual que el ARNm de los mamíferos, el genoma tiene una cola poli(A) en el extremo 3' fin. Se encuentra una región no traducida (UTR) en ambos extremos del genoma del picornavirus. El 5' La UTR suele ser más larga, con una longitud de entre 500 y 1200 nucleótidos (nt), en comparación con la de 3' UTR, que ronda entre 30 y 650 nt. El 5' Se cree que UTR es importante en la traducción, y el 3' en síntesis de cadena negativa; sin embargo, el 5' El final también puede tener un papel que desempeñar en la virulencia del virus. El resto del genoma codifica proteínas estructurales en el extremo 5' proteínas finales y no estructurales en el extremo 3' terminan en una sola poliproteína.

The polyprotein is organised as: L-1ABC-2ABC-3ABC with each letter representing a protein, but variations to this layout exist.

Las proteínas 1A, 1B, 1C y 1D son las proteínas de la cápsida VP4, VP2, VP3 y VP1, respectivamente. Las proteasas codificadas por virus realizan las escisiones, algunas de las cuales son intramoleculares. Primero se corta la poliproteína para producir P1, P2 y P3. P1 se miristila en el extremo N antes de escindirse en VP0, VP3 y VP1, las proteínas que formarán las procápsidas; Posteriormente, VP0 se escindirá para producir VP2 y VP4. Otros productos de escisión incluyen 3B (VPg), 2C (una ATPasa) y 3D (la ARN polimerasa).

Replicación

Elementos de ARN

Los ARN genómicos de los picornavirus poseen múltiples elementos de ARN y son necesarios para la síntesis de ARN de cadena positiva y negativa. El elemento de replicación que actúa en cis (CRE) es necesario para la replicación. La estructura de tallo-bucle que contiene el CRE es independiente de la posición, pero cambia con la ubicación entre los tipos de virus cuando se ha identificado. Además, el 3' Los elementos finales del ARN viral son importantes y eficientes para la replicación del ARN de los picornavirus. El 3' El extremo del picornavirus contiene tracto poli(A), que es necesario para la infectividad. Sin embargo, se supone que la síntesis de ARN ocurre en esta región. El 3' La NCR final del poliovirus no es necesaria para la síntesis de cadenas negativas, pero es un elemento importante para la síntesis de cadenas positivas. Además, el 5' Se requiere NCR final que contiene elementos estructurales secundarios para la replicación del ARN y el inicio de la traducción del poliovirus. Los sitios de entrada internos de los ribosomas son estructuras de ARN que permiten el inicio de la traducción independiente de la tapa y pueden iniciar la traducción en medio de un ARN mensajero.

Ciclo de vida

La partícula viral se une a los receptores de la superficie celular. Los receptores de la superficie celular se caracterizan para cada serotipo de picornavirus. Por ejemplo, el receptor del poliovirus es la glicoproteína CD155, que es un receptor especial para los humanos y algunas otras especies de primates. Por esta razón, el poliovirus no pudo producirse en muchos laboratorios hasta que en la década de 1990 se desarrollaron ratones transgénicos que tenían un receptor CD155 en sus superficies celulares. Estos animales pueden infectarse y utilizarse para estudios de replicación y patogénesis. La unión provoca un cambio conformacional en las proteínas de la cápside viral y se libera ácido mirístico. El ácido forma un poro en la membrana celular a través del cual se inyecta el ARN.

Una vez dentro de la célula, el ARN se desprende y el genoma del ARN de la cadena (+) se replica a través de un intermediario de ARN bicatenario que se forma utilizando la ARN polimerasa viral dependiente de ARN. La traducción por parte de los ribosomas de la célula huésped no se inicia mediante un enlace de 5' G cap como de costumbre, sino que se inicia mediante un sitio de entrada interno al ribosoma. El ciclo de vida viral es muy rápido y todo el proceso de replicación se completa en un promedio de 8 horas. Sin embargo, tan solo 30 minutos después de la infección inicial, la síntesis de proteínas celulares disminuye a casi cero: esencialmente se interrumpe la síntesis macromolecular de proteínas celulares. Durante las siguientes 1 a 2 horas, se produce una pérdida de marginación de la cromatina y de homogeneidad en el núcleo, antes de que las proteínas virales comiencen a sintetizarse y aparezca una vacuola en el citoplasma cerca del núcleo que comienza a extenderse gradualmente a medida que pasa el tiempo después de la infección. alcanza alrededor de 3 horas. Pasado este tiempo, la membrana plasmática celular se vuelve permeable; a las 4 a 6 horas, las partículas del virus se ensamblan y, en ocasiones, pueden observarse en el citoplasma. Alrededor de 8 horas, la célula está efectivamente muerta y se lisa para liberar las partículas virales.

Los datos experimentales de experimentos similares a curvas de crecimiento de un solo paso han permitido observar la replicación de los picornavirus con gran detalle. Toda la replicación ocurre dentro del citoplasma de la célula huésped y la infección puede ocurrir incluso en células que no contienen núcleo (enucleadas) y en aquellas tratadas con actinomicina D (este antibiótico inhibiría la replicación viral si esto ocurriera en el núcleo).

La traducción se lleva a cabo mediante cambio de marco ribosómico -1, iniciación viral y omisión ribosómica. El virus sale de la célula huésped por lisis y viroporinas. Los vertebrados sirven como huéspedes naturales. Las vías de transmisión son fecal-oral, contacto, ingestión y partículas en el aire.

Proteína viral (VPg)

Los picornavirus tienen una proteína viral (VPg) unida covalentemente a 5' extremo de sus genomas en lugar de la tapa de 7-metilguanosina como los ARNm celulares. Las ARN polimerasas de virus utilizan VPg como cebador. VPg como cebador utiliza síntesis de ARN de cadena positiva y negativa. La replicación del picornavirus se inicia mediante la uridilación de VPg. Está uridilado en el grupo hidroxilo de un residuo de tirosina. El mecanismo de cebador VPg es utilizado por el picornavirus (entero-aphtho- y otros), grupos de virus adicionales (poty-, como-, calici- y otros) y supergrupo de ARN similar a picornavirus (coronavirus, notavirus, etc.). virus. El mecanismo se ha estudiado mejor en el caso de los enterovirus (que incluyen muchos patógenos humanos, como el poliovirus y el virus coxsackie), así como en el caso del aftovirus, un patógeno animal que causa la fiebre aftosa.

En este grupo, la síntesis de ARN dependiente de cebador utiliza una pequeña proteína viral de 22 a 25 aminoácidos de largo unida a la VPg para iniciar la actividad de la polimerasa, donde el cebador se une covalentemente a la cadena 5' final de la plantilla de ARN. La uridililación se produce en un residuo de tirosina en la tercera posición de la VPg. Una CRE, que es una estructura de bucle madre de ARN, sirve como plantilla para la uridilación de VPg, lo que da como resultado la síntesis de VPgpUpUOH. Las mutaciones dentro de la estructura CRE-RNA previenen la uridilación de VPg, y las mutaciones dentro de la secuencia de VPg pueden disminuir gravemente la actividad catalítica de RdRp. Mientras que el hidroxilo de tirosina de VPg puede cebar la síntesis de ARN de cadena negativa de manera independiente de CRE y VPgpUpUOH, la síntesis de VPgpUpUOH dependiente de CRE es absolutamente necesaria para la síntesis de ARN de cadena positiva. La uridililación de VPg dependiente de CRE reduce la K_m¬ de UTP requerida para la replicación del ARN viral y la síntesis de VPgpUpUOH dependiente de CRE, y es necesaria para la síntesis eficiente de ARN de cadena negativa, especialmente cuando las concentraciones de UTP son limitantes. El cebador VPgpUpUOH se transfiere al extremo 3' de la plantilla de ARN para su elongación, que puede continuar mediante la adición de bases de nucleótidos mediante RdRp. Las estructuras cristalinas parciales de los VPg del virus de la fiebre aftosa y del virus Coxsackie B3 sugieren que puede haber dos sitios en la polimerasa viral para los pequeños VPg de los picornavirus. Las estructuras en solución de RMN de VPg y VPgpU de poliovirus muestran que la uridilación estabiliza la estructura de VPg, que por lo demás es bastante flexible en solución. El segundo sitio puede usarse para la uridililación,v después de lo cual la VPgpU puede iniciar la síntesis de ARN. Los cebadores VPg de los calicivirus, cuyas estructuras apenas comienzan a revelarse, son mucho más grandes que los de los picornavirus. Los mecanismos de uridilación y cebado pueden ser bastante diferentes en todos estos grupos.

La uridililación de VPg puede incluir el uso de proteínas precursoras, lo que permite determinar un posible mecanismo para la ubicación del precursor diuridililado que contiene VPg en el extremo 3' extremo del ARN de cadena positiva o negativa para la producción de ARN de longitud completa. Los determinantes de la eficacia de la uridililación de VPg sugieren la formación y/o el colapso o la liberación del producto uridilado como paso limitante de la velocidad in vitro dependiendo del donante de VPg empleado. Las proteínas precursoras también tienen un efecto sobre la especificidad y estabilidad de VPg-CRE. El bucle superior del tallo del ARN, al que se une VPg, tiene un impacto significativo tanto en la retención como en el reclutamiento de VPg y Pol. El bucle del tallo de CRE se desenrollará parcialmente, permitiendo que los componentes precursores se unan y recluten VPg y Pol4. El bucle CRE tiene una secuencia consenso definida a la que se unen los componentes de iniciación, pero no existe una secuencia consenso para el tallo de soporte, lo que sugiere que sólo la estabilidad estructural del CRE es importante.

Ensamblaje y organización del complejo de ribonucleoproteína VPg del picornavirus

1. Dos moléculas 3CD (complejo VPg) se unen a CRE con los dominios 3C (dominio VPg) contactando con el tallo superior y los dominios 3D (dominio VPg) contactando con el tallo inferior.
2. El dimer 3C abre el tallo RNA formando una interacción más estable con hebras individuales formando el tallo.
3. 3Dpol es reclutado y retenido en este complejo por una interacción física entre el subdominio de back-of-the-thumb de 3Dpol y una superficie de uno o ambos subdominios 3C de 3CD.

La VPg también puede desempeñar un papel importante en el reconocimiento específico del genoma viral mediante proteínas de movimiento (MP), que son proteínas no estructurales codificadas por muchos, si no todos, virus vegetales para permitir su movimiento de una célula infectada a las células vecinas. MP y VPg interactúan para proporcionar especificidad para el transporte de ARN viral de una célula a otra. Para satisfacer las necesidades energéticas, MP también interactúa con P10, que es una ATPasa celular.

Enfermedades

Los picornavirus causan una variedad de enfermedades. Los enterovirus de la familia de los picornavirus infectan el tracto entérico, lo que se refleja en su nombre. Los rinovirus infectan principalmente la nariz y la garganta. Los enterovirus se replican a 37 °C, mientras que los rinovirus crecen mejor a 33 °C, ya que es la temperatura más baja de la nariz. Los enterovirus son estables en condiciones ácidas, por lo que pueden sobrevivir a la exposición al ácido gástrico. Por el contrario, los rinovirus son lábiles a los ácidos (se inactivan o destruyen en condiciones de pH bajo), por lo que las infecciones por rinovirus se limitan a la nariz y la garganta.

Taxonomía

Estos géneros se reconocen: