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Struttura dei Virus

TerminologiaCore Acido nucleico + ogni molecola

che ne determina la stabilitàCapside Struttura proteica che

racchiude l’acido nucleico o il racchiude l acido nucleico o il core

Capsomero Unità proteica che, ripetuta, forma il capside

Nucleocapside Acido nucleico + capside

Envelope Involucro lipoproteico esterno

Peplomeri Proiezioni superficiali che protrudono dall’envelope

Virione Particella virale completa come si può osservare al di fuori della cellula

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La funzione dei rivestimenti esterni

1) Protezione del fragile genoma da danni fisici, chimici, enzimatici.,

- I capsidi sono formati da un certo numero di unitàproteiche uguali.

- Il danno ad una rende quell’ una non funzionale, ma difficilmente danneggia l’intera particella. Questo fa del capside un’efficace barriera.

2) Conferimento della capacità di riconoscimento con il recettore cellulare.

3) Penetrazione del genoma virale nella cellula in una 3) Penetrazione del genoma virale nella cellula in una conformazione con la quale può interagire con le strutture cellulari ed iniziare il processo infettivo

- in alcuni casi questo è un processo facile che consistesemplicemente nel far entrare il genoma nel citoplasmai lt i i i t t è iù l - in altri casi invece, questo momento è più complesso.

Per es. i Retrovirus fanno modificazioni importanti al genoma del virus mentre questo è ancoradentro la particella virale

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Schema di un virus e dei suoi componenti

Membrane protein

Capsomer

Matrix protein

Quindi, parliamo di proteine

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Come si forma l’involucro che contiene il genoma virale?

• Le particelle virali si formano spontaneamente senzabisogno di nessun altra informazione estranea.bisogno di nessun altra informazione estranea.

• La particella si trova in uno stato energetico minimo equindi è la struttura favorita da quei componenti(grande stabilità).

• Le forze che guidano l’asseblaggio dei capsidi viraliincludono le interazioni idrofobiche ed elettrostatiche.Raramente si formano legami covalenti tra le subunitàRaramente si formano legami covalenti tra le subunitàmultiple.

• In termini biologici questo significa che vengono usateinterazioni fra proteina - proteina, proteina - acidonucleico, proteina - lipidi.

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Struttura dei virusC i d t i t ?• Come viene determinata?

• Microscopia elettronica. • Problemi di risoluzione. La risoluzione dell’EM

è di 5nm• Per determinare la struttura è quindi necessario• Per determinare la struttura è quindi necessario

utilizzare i raggi X.

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• Xray crystallography

Struttura dei virus

E’ più efficiente costruire grandi strutture partendo da elementi

Capsomero Unità proteica che, ripetuta, forma il capside

più piccoli tutti uguali

Questo metodo di costruzione è economico per il virus inquanto:

L’acido nucleico deve codificare una sola o poche proteinediversediverse

Non è richiesta una informazione genetica supplementare checodifichi le modalità di assemblaggio

È messo in opera un meccanismo automatico di rigettoogniqualvolta vengano prodotte subunità difettose

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Simmetria elicoidale

Simmetria elicoidaleIl modo più semplice per sistemare multipli di copie identiche di

proteine è quello di utilizzare una simmetria rotazionaleproteine, è quello di utilizzare una simmetria rotazionale.Identiche proteine dalla forma irregolare vengono disposte intorno alla

circonferenza di un cerchio in modo da formare un disco.Numerosi dischi si adagiano uno sopra l’altro in modo da formare un

cilindro, con il genoma virale inserito nella cavità che si viene aformare al centro del cilindro.

La strutturea del capside in realtà è costituita da un’elica piuttostoche una pila di dischi.

Simmetria elicoidaleL’elica può essere definita matematicamente da due

parametri: ampiezza (diametro) & altezza (la distanza coperta da un singolo giro completo dell’elica)

Altezza

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Esempi di virus a simmetria elicoidale

Tobacco mosaic virus. Simmetria elicoidale

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• EbolaSimmetria elicoidale

• VSV Vesicular stomatitis virus

Simmetria elicoidale

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Paramyxovirus umano tipo 1

Simmetria elicoidale

I virus si possono dividere in 2 gruppi in base alla simmetria del nucleocapside

A SIMMETRIA ELICOIDALE A SIMMETRIA ICOSAEDRICA

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Two-fold symmetry

La rigorosa definizione di simmetria èdimostrata da un’operazione, come unarotazione, che porta un oggetto inself-coincidenza.

Simmetria

Three-fold symmetry

Se l’anello di tre virgole viene rotatodi 120 0 240 gradi, non sarà possibileosservare che la rotazione è avvenuta(considerando che le virgole sianoindistinguibili tra di loro.

Un asse di simmetria che comporta unarotazione di:180 gradi- asse di simmetria 2120 (e 240) gradi- asse di simmetria 3

Forma: geometria dell’oggettoSimmetria: operazione che descrive laforma dell’oggetto

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11 12 13 14 15

Icosaedro:poliedro simmetrico con 12 vertici e 20 facce

(triangoli equilateri)

12

34

56

78

910

16 17 18 19 20

1 2

3

Un icosaedro è formato da 60subunità uguali (capsomeri)

Virus satellite dellanecrosi del tabacco: ilgenoma a RNA contieneun unico gene che veicolal’informazione per l’unicocapsomero.

Schema di un icosaedro:

Asse di simmetria 5 (vertici) –60 virgole distribuite consimmetria icosaedrica sullasuperficie di una sfera.

Asse di simmetria 3 (facce) –

Asse di simmetria 2 (lati) –

pLe linee tratteggiatecorrispondono alla proiezionedei lati dell’icosaedro sullasfera.

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Simmetria icosaedrica

La maggior parte dei virus icosaedrici ha in realtà più di 60 capsomeri,e pertanto assume una forma che non è rigorosamente icosaedrica, masi tratta di icosaedri modificati: possiamo avere avere un’idea di comesiano fatti in realtà se immaginiamo di dividere ciascuna facciatriangolare in 3, 4, 7, 9, 12 … (e così via) triangoli uguali.

Questi numeri sono detti numeri di triangolazione (T).

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T1T4

Asse di simmetria 5 (vertici) –

Asse di simmetria 3 (facce) –

Asse di simmetria 2 (lati) –

Numeri di triangolazione più elevati

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Una sola proteina è in grado dif id l

VP1, VP2, VP3 e VP4 di unpoliovirus rappresentano proteine

formare un capside completo

p pp pdiverse tra di loro che siassociano per formare capsomeriuguali

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•Adenovirus umano

Simmetria icosaedrica

• Calicivirus.Simmetria icosaedrica

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Simmetria icosaedrica• Virus dell’epatite A

• HIV Simmetria icosaedrica

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Alcuni virus sfuggono alla

Virus a struttura complessa

ggsimmetria icosaedrica oelicoidale e hanno unastruttura più complessa.In questi casi anche se iprincipi generali dellasimmetria sono spessoutilizzati per costruireparte dell’involucro dellaparticella, i virus nonppossono essere definiti daun’equazione matematica.

• Poxvirus: Mollusco contagioso

Virus a struttura complessa

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Sezione interna di poxvirus

Membrana di una cellula

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OUT

Doppio strato lipidico con inserite proteine

codificate direttamente dal virus

Envelope

OUT

IN

Envelope

Il i i i l’ l d ll b ll l i d lIl virus acquisisce l’envelope dalle membrane cellulari durante lafase di rilascio.La simmetria del capside al di sotto dell’envelope può essere siaelicoidale sia icosaedrica.L’envelope contiene (glico)proteine virali e instaura rapporti con leproteine della matrice.

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EnvelopeA) Cryo-electron microscopy a 20Å di

risoluzione di un TogavirusB) Sezione: è visibile l’envelope e le

glicoproteine

C,D) Ricostruzioni al computer dei dati sulla struttura del virus

Caratteristiche strutturali e chimiche di una tipica glicoproteina virale di membrana

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5 diverse strutture per raggruppare tutti i virus

Schema di classificazione dei virus animali

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Schema di classificazione dei virus animali