病毒复制

南京医科大学微生物学与免疫学系卢春病毒复制（ViralReplication）第一节概述•病毒在活细胞内，以其基因组为模板，在酶的作用下，分别合成病毒基因组及蛋白质，再组装成完整的病毒颗粒，这种方式称为复制（replication);•从病毒进入宿主细胞开始，经过基因组复制和病毒蛋白合成，至释放出子代病毒的全过程，称为一个复制周期（replicationcycle);•病毒的复制周期主要包括吸附、穿入、脱壳、生物合成、组装和释放六个连续步骤。病毒体结构模式图壳粒衣壳核心（核样物）核衣壳包膜包膜病毒包膜子粒复制周期一、吸附(adsorption)分两个阶段：1.静电吸附：病毒体与细胞接触，进行静电结合。非特异性、可逆。2.真正的吸附：病毒体表面位点（蛋白质结构）与宿主细胞膜上相应的受体结合。是决定病毒感染的真正开始。第二节病毒复制病毒表面蛋白与细胞受体特异性的结合，导致病毒附着在细胞表面，启动病毒感染的第一阶段病毒吸附蛋白（VAP）细胞受体（receptor）ADSORPTION流感病毒的电镜照片12435678PB2PB1NPRNAM2M1NAHA分节段的ss-RNAPARNA多聚酶核糖核蛋白即RNA+NP（RNP）流感病毒的表面结构•血凝素(HA)柱状，为三聚体，它基本上以相同的间距覆盖了病毒的全部表面•神经氨酸酶（NA）四个亚单位组成的四聚体，并不平均分布在病毒表面，而是聚合成群。VAPInfluenzaVirusGlycoproteinSpikesHIV-ReceptorCD4CD4CCR5CXCR4MacrophageorTcells1）嗜巨噬细胞毒株的辅助受体：CCR52）嗜T细胞毒株的辅助受体：CXCR4裸露病毒的吸附包膜病毒的吸附病毒体吸附在宿主细胞膜上后，可通过数种穿入方式进入细胞：1.无包膜的病毒一般经过细胞膜吞入，称为病毒胞饮，如腺病毒、小RNA病毒等(病毒胞饮可以形成吞噬空泡)二、穿入(penetration)病毒胞饮(病毒胞饮形成的吞噬空泡)2.有包膜的病毒•包膜与宿主细胞膜融合，病毒的核衣壳直接进入细胞浆内•病毒胞饮:细胞膜吞入(病毒胞饮可以形成吞噬空泡)(1)膜融合后进入(2)病毒胞饮(病毒胞饮形成的吞噬空泡)不同病毒脱壳方式不一，多数在宿主细胞溶酶体酶作用下脱壳，释放出基因组核酸。(1)溶酶体酶直接裂解经过膜融合后进入的衣壳;(2)溶酶体酶也可注入吞噬空泡内,将衣壳裂解三、脱壳(uncoating)•病毒基因组一旦从衣壳中释放后，就利用宿主细胞提供的低分子物质合成大量的病毒核酸和结构蛋白;•早期，病毒复制合成所必需的复制酶和一些抑制蛋白;•生物合成阶段，病毒处于隐蔽期;•根据病毒基因组如何转录成mRNA、如何指令合成蛋白质，病毒的生物合成过程可基本归为6大类：双股DNA病毒、单正股RNA病毒、单负股RNA病毒、逆转录病毒、单股DNA病毒和双股RNA病毒。四、生物合成(biosynthesis)病毒的一步生长曲线病毒的一步生长曲线：以感染时间为横坐标，病毒效价为纵坐标，绘制出的病毒特征曲线。ClassI:Double-strandedDNAThisclasscanbesubdividedintotwofurthergroups:A)Replicationisexclusivelynuclear.Thereplicationofthesevirusesisrelativelydependentoncellularfactors.B)Replicationoccursincytoplasm(Poxviridae).Theseviruseshaveevolved(oracquired)allthenecessaryfactorsfortranscription&replicationoftheirgenomes&arethereforelargelyindependentofthecellularmachinery.ClassI:Double-strandedDNA•痘病毒科，虹彩病毒科•疱疹病毒科，多瘤病毒科，腺病毒科，乳头状病毒科，T4噬菌体等病毒DNA早期mRNA早期蛋白:DNA多聚酶和调节蛋白子代DNA晚期mRNA晚期蛋白质(病毒结构蛋白)转录(核内)翻译(细质)翻译转录复制细胞的依赖DNA的RNA多聚酶细胞核内的依赖DNA的RNA多聚酶病毒DNA复制子代DNA:半保留复制模式Semidiscontinuous在解链酶的作用下dsDNA解链,按半保留复制方式,以亲代单链DNA为模板,复制出子代双链DNAClassII:Single-stranded(+)senseRNAViruseswithpolycistronicmRNA.Aswithallthevirusesinthisclass,thegenomeRNAformsthemRNA.Thisistranslatedtoformapolyproteinproduct,whichissubsequentlycleavedtoformthematureproteins.单链正链RNA病毒的特点：基因组RNA直接具有mRNA功能，可直接附着于宿主核糖体上转译出病毒结构蛋白和非结构蛋白（依赖RNA的RNA多聚酶），故病毒核酸本身具有感染性包括:SARS病毒和脊髓灰质炎病毒等ClassII:Single-stranded(+)senseRNA单链正股RNA病毒（-）ssRNA亲代病毒（+）ssRNA早期蛋白（+）ssRNAdsRNA复制中间型（-）ssRNA（+）ssRNA大量子代（+）ssRNA晚期蛋白装配子代病毒ClassIII:Single-stranded(–)senseRNA•Thefirststepinreplicationistranscriptionofthe(–)senseRNAgenomebythevirionRNA-dependentRNApolymerasetoproducemonocistronicmRNAs,whichalsoserveasthetemplateforsubsequentgenomereplication.单链负链RNA病毒的特点：病毒本身携带有依赖RNA的RNA多聚酶，病毒核酸本身不具有感染性包括:流感病毒,腮腺炎症病毒和狂犬病毒等本身携带依赖RNA的RNA多聚酶单股负股RNA病毒(病毒自身携带依赖RNA的RNA多聚酶)亲代（-ssRNA）（+）mRNA蛋白质(依赖RNA的RNA多聚酶和结构蛋白)（+）ssRNA子代（-）sRNA子代病毒自带多聚酶ClassIV:Single-stranded(+)senseRNAwithDNAIntermediate•Retrovirusgenomesare(+)senseRNAbutuniqueinthattheyarediploid,&donotservedirectlyasmRNA,butasatemplateforreversetranscriptionintoDNA:ClassIV:Single-stranded(+)senseRNAwithDNAIntermediate脂双层膜gp120gp41包膜糖蛋白p24衣壳蛋白p17内膜蛋白p7核衣壳蛋白逆转录酶蛋白酶整合酶基因组：两条单正链RNA双体核心酶蛋白：逆转录酶整合酶蛋白酶衣壳蛋白：P7（核衣壳蛋白）P24（衣壳蛋白）内膜蛋白：P17脂质双层膜：包膜糖蛋白gp41gp120全长9.75Kb：5’-LTR-3个结构基因和6个调节基因-LTR-3’5’、3’端长末端重复序列（LTR）5’—LTR—3个结构基因和6个调节基因—LTR—3’；5’、3’端长末端重复序列（LTR）HIV基因组结构HIV的复制+ssRNA+ssRNA:-ssDNA-ssDNA:+ssDNA+ssRNA反转录酶+细胞的tRNA为引物RNA酶H降解亲代RNA；反转录酶以-ssDNA为模板合成+ssDNAProvirus前病毒整合酶将dsDNA整合到细胞染色体NF-KB和LTR的作用用作病毒基因组合成结构蛋白ClassV:Single-strandedDNA•Replicationoccursinthenucleus,involvingtheformationofadouble-strandedintermediatewhichservesasatemplateforthesynthesisofsingle-strandedprogenyDNA:ClassV:Single-strandedDNAssDNA病毒的特点：种类很少,仅人类输血传染病毒(TTV)为ssDNA病毒;先以亲代ssDNA为模板,合成一个互补链形成中间型dsDNA,然后解链,由新合成互补链为模板复制出子代ssDNA,转录mRNA和翻译合成病毒蛋白质.dsRNA病毒的特点：人类病毒中只有呼肠病毒属于此类,病毒基因组共有10~12个非重叠的dsRNA节段组成.每个节段均可由病毒自身的RNA多聚酶转录出不同的mRNA;dsRNA病毒只有其负链RNA复制出正链RNA,再由正链RNA复制出新负链RNA.故其复制不遵循DNA半保留复制的原理,子代RNA全部为新合成的RNA.ClassVI:Double-strandedRNA病毒核酸与衣壳装配在一起，形成病毒子。绝大多数DNA病毒均在细胞核内组装，RNA病毒和痘病毒在细胞浆内组装。五、组装(assembly)绝大多数无包膜病毒释放，一次同步，破坏宿主细胞膜，细胞迅速死亡。绝大多数有包膜病毒以出芽方式释出时包上细胞核膜或细胞膜而成为成熟病毒。逐个释出，非一次同步，细胞死亡缓慢。(包膜上脂质和糖类来自细胞，随不同细胞来源而不同，包膜的蛋白为病毒基因所编码)六、释放(release)VirusObtainingItsEnvelopefromHostCellMembranebyBudding复制周期1、顿挫感染：又称为流产性感染（abortiveinfection），因细胞条件不合适，病毒进入细胞能够复制，但装配的速度很慢，甚至有时完全不能装配，因而产生了没有传染性的病毒体成分，此过程称为顿挫感染。2、缺陷病毒（defectivevirus）：带有不完整基因组的病毒体，称为缺陷病毒，当与辅助病毒共同感染同一细胞时，可生成有传染性的病毒体，如AAV和HDV。第三节病毒的异常增殖3、病毒干扰：当两种病毒同时感染同一细胞时，可发生一种病毒抑制了另一种病毒增殖的现象，即病毒干扰（viralinterference）。1）自身干扰，高滴度的同一株病毒连续传代培养，生成一部分无传染性的病毒，如流感病毒接种鸡胚；2）同种干扰，同种病毒不同型间，如流感病毒A1型和A2型之间；3）异种干扰，不同种病毒之间，如甲型和乙型流感病毒。Thanks!