HIV基因的復(fù)制和逆轉(zhuǎn)錄

1、整理ppt1Doc.Huang整理ppt2問(wèn)題討論？HIV基因組的復(fù)制過(guò)程？（參考章節(jié)：基因組的復(fù)制過(guò)程？（參考章節(jié)：DNA的生物合成、的生物合成、RNA的生物合成）的生物合成）逆轉(zhuǎn)錄如何導(dǎo)致逆轉(zhuǎn)錄如何導(dǎo)致HIV基因突變？基因突變？HIV基因突變基因突變的生物學(xué)意義？（參考章節(jié)：的生物學(xué)意義？（參考章節(jié)：DNA的生物的生物合成）合成）整理ppt3首先了解下： HIV的基因組結(jié)構(gòu)及功能的基因組結(jié)構(gòu)及功能整理ppt4整理ppt5 一、一、 HIV的基因組結(jié)構(gòu)及功能的基因組結(jié)構(gòu)及功能 HIV基因組為單股正鏈RNA二倍體，每條RNA鏈長(zhǎng)約9.8kb，兩條鏈的5端借氫鍵形成二聚體。與其他逆轉(zhuǎn)錄病毒相同，

2、HIV的基因結(jié)構(gòu)從5端到3端依次為5LTR-gag-pol-env-3LTR。5端有帽狀結(jié)構(gòu)m7G5ppp5GmpNp，3端有polyA序列。除三個(gè)編碼結(jié)構(gòu)蛋白的基因gag、pol、env外，HIV還有較其他逆轉(zhuǎn)錄病毒更多的調(diào)節(jié)基因（regulatory gene）和附加基因(accessory gene)，其編碼的的調(diào)節(jié)蛋白在病毒的整個(gè)感染及復(fù)制過(guò)程中具有非常重要的作用，目前已發(fā)現(xiàn)至少有7種：tat、rev、nef、vpr、vpu、vpx和vif。 整理ppt61長(zhǎng)未端重復(fù)序列：長(zhǎng)未端重復(fù)序列： HIV基因組兩端的長(zhǎng)未端重復(fù)序列（long terminal repeat, LTR）不編碼病毒

3、產(chǎn)物，對(duì)于病毒基因表達(dá)的起始和調(diào)節(jié)至關(guān)重要，其上有許多細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合位點(diǎn)，可分為調(diào)節(jié)單位、核心轉(zhuǎn)錄單位和反式激活效應(yīng)元件單位（TAR）三個(gè)不同的調(diào)控功能區(qū)。 整理ppt72 Gag基因：基因： gag基因能編碼約基因能編碼約500個(gè)氨基個(gè)氨基酸組成的聚合前體蛋白，經(jīng)蛋白酶水酸組成的聚合前體蛋白，經(jīng)蛋白酶水解形成解形成P17，P24核蛋白，使核蛋白，使RNA不受外界核酸酶破壞。不受外界核酸酶破壞。 gag基因編碼幾種病毒核心蛋基因編碼幾種病毒核心蛋白（衣殼蛋白）白（衣殼蛋白） 整理ppt83 Pol基因：基因： Pol基因編碼聚合酶前體蛋白，經(jīng)切割形成蛋白酶、整合酶、逆轉(zhuǎn)錄酶、核糖核酸酶H，

4、均為病毒增殖所必需。 pol基因編碼基因編碼3種酶：反轉(zhuǎn)錄酶、蛋白酶種酶：反轉(zhuǎn)錄酶、蛋白酶和整合酶和整合酶整理ppt94 Env基因基因 env基因編碼約863個(gè)氨基酸的前體蛋白并糖基化成gp160，gp120和gp41。gp120含有中和抗原決定簇，已證明HIV中和抗原表位，在gp120 V3環(huán)上，V3環(huán)區(qū)是囊膜蛋白的重要功能區(qū)，在病毒與細(xì)胞融合中起重要作用。gp120與跨膜蛋白gp41以非共價(jià)鍵相連。gp41與靶細(xì)胞融合，促使病毒進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。實(shí)驗(yàn)表明gp41亦有較強(qiáng)抗原性，能誘導(dǎo)產(chǎn)生抗體反應(yīng)。 env基因編碼插入病毒外膜磷脂雙層中基因編碼插入病毒外膜磷脂雙層中的糖蛋白。的糖蛋白。整理ppt

5、10其他調(diào)節(jié)基因和附加基因o5TaT 基因編碼蛋白可與LTR結(jié)合，以增加病毒所有基因轉(zhuǎn)錄率，也能在轉(zhuǎn)錄后促進(jìn)病毒mRNA的翻譯。 o6Rev基因產(chǎn)物是一種順式激活因子，能對(duì)env和gag中順式作用抑制序去抑制作用，增強(qiáng)gag和env基因的表達(dá)，以合成相應(yīng)的病毒結(jié)構(gòu)蛋白。 o7Nef基因編碼蛋白P27對(duì)HIV基因的表達(dá)有負(fù)調(diào)控作用，以推遲病毒復(fù)制。該蛋白作用于HIv cDNA的LTR，抑制整合的病毒轉(zhuǎn)錄?？赡苁荋IV在體內(nèi)維持持續(xù)感集體所必需。整理ppt11其他調(diào)節(jié)基因和附加基因o8Vif基因?qū)IV并非必不可少，但可能影響游離HIV感染性、病毒體的產(chǎn)生和體內(nèi)傳播。 o9VPU基因?yàn)镠IV-1所

6、特有，對(duì)HIV的有效復(fù)制及病毒體的裝配與成熟不可少。o10Vpr基因編碼蛋白是一種弱的轉(zhuǎn)錄激活物，在體內(nèi)繁殖周期中起一定作用。整理ppt12二、二、 DNA的反轉(zhuǎn)錄合成的反轉(zhuǎn)錄合成 （Reverse transcription）整理ppt13中心法則：整理ppt14 逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄酶酶 逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄病毒和逆轉(zhuǎn)錄酶 整理ppt15逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象逆轉(zhuǎn)錄病毒細(xì)胞內(nèi)的逆轉(zhuǎn)錄現(xiàn)象RNA 模板模板逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶DNA-RNA 雜雜化雙鏈化雙鏈RNA酶酶單鏈單鏈DNA逆轉(zhuǎn)錄酶逆轉(zhuǎn)錄酶雙鏈雙鏈DNA整理ppt16o反轉(zhuǎn)錄病毒：反轉(zhuǎn)錄病毒： RNA病毒，含有反轉(zhuǎn)病毒，含有反轉(zhuǎn)錄酶錄酶

7、o反轉(zhuǎn)錄：反轉(zhuǎn)錄：在反轉(zhuǎn)錄酶的作用下以在反轉(zhuǎn)錄酶的作用下以RNA為模板合成為模板合成DNA的過(guò)程。的過(guò)程。o反轉(zhuǎn)錄酶：反轉(zhuǎn)錄酶：以以RNA為模板指導(dǎo)三磷為模板指導(dǎo)三磷酸脫氧核苷酸合成互補(bǔ)酸脫氧核苷酸合成互補(bǔ)DNA（cDNA）的酶）的酶整理ppt171、反轉(zhuǎn)錄酶以、反轉(zhuǎn)錄酶以tRNA為引物合成雙鏈為引物合成雙鏈cDNAoRNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA聚合酶活性；聚合酶活性；oDNA指導(dǎo)的指導(dǎo)的DNA聚合酶活性；聚合酶活性；oRNAse H的活性（是指它能夠從的活性（是指它能夠從53 和和35 兩個(gè)方向水解兩個(gè)方向水解DNA-RNA雜合分子中雜合分子中的的RNA）。）。o然而：然而：反轉(zhuǎn)錄酶中不具有35

8、外切酶活性，因此沒(méi)有校正功能反轉(zhuǎn)錄酶有反轉(zhuǎn)錄酶有3種酶的活性：種酶的活性：整理ppt18反轉(zhuǎn)錄酶的結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)錄酶的結(jié)構(gòu)整理ppt192、反轉(zhuǎn)錄病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)的主要活動(dòng)、反轉(zhuǎn)錄病毒在宿主細(xì)胞內(nèi)的主要活動(dòng)（一）（一）反轉(zhuǎn)錄合成雙鏈反轉(zhuǎn)錄合成雙鏈cDNA（二）（二）雙鏈雙鏈cDNA插入宿主染色體形成原病毒插入宿主染色體形成原病毒原病毒或前病毒：原病毒或前病毒：存在于真核染色體中和反轉(zhuǎn)存在于真核染色體中和反轉(zhuǎn)錄病毒錄病毒RNA基因組相對(duì)應(yīng)的基因組相對(duì)應(yīng)的雙鏈雙鏈DNA序列。序列。整理ppt20反轉(zhuǎn)錄病毒反轉(zhuǎn)錄病毒RNA基因組和原病毒基因組和原病毒整理ppt21反轉(zhuǎn)錄病毒反轉(zhuǎn)錄病毒RNA基因組轉(zhuǎn)變?yōu)殡p鏈

9、基因組轉(zhuǎn)變?yōu)殡p鏈cDNA的途徑的途徑整理ppt22問(wèn)題問(wèn)題4：HIV基因組的復(fù)制過(guò)程？基因組的復(fù)制過(guò)程？HIV的復(fù)制.swf整理ppt23gag基因基因編碼幾種病毒核心蛋白（衣殼蛋白）編碼幾種病毒核心蛋白（衣殼蛋白）;pol基因基因編碼編碼3種酶：反轉(zhuǎn)錄酶、蛋白酶和整合酶種酶：反轉(zhuǎn)錄酶、蛋白酶和整合酶;env基因基因編碼插入病毒外膜磷脂雙層中的糖蛋白。編碼插入病毒外膜磷脂雙層中的糖蛋白。3、原病毒、原病毒DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生病毒轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生病毒RNA具有自我復(fù)制能力的反轉(zhuǎn)錄病毒基因組具有自我復(fù)制能力的反轉(zhuǎn)錄病毒基因組含有含有3個(gè)基因：個(gè)基因：整理ppt24直接翻譯產(chǎn)生多蛋白直接翻譯產(chǎn)生多蛋白Gag和和G

10、ag-Pol。含有包裝信號(hào)，因此構(gòu)成完整的病毒基因組。含有包裝信號(hào)，因此構(gòu)成完整的病毒基因組。大約一半初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過(guò)剪接加工形成大約一半初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物經(jīng)過(guò)剪接加工形成gag-pol mRNA和和env mRNA。原病毒初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有原病毒初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物有3種重要功能：種重要功能：整理ppt25初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物多蛋白初級(jí)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物多蛋白Gag-Pol，經(jīng)過(guò)蛋白酶水，經(jīng)過(guò)蛋白酶水解，可產(chǎn)生反轉(zhuǎn)錄酶、蛋白酶和整合酶。解，可產(chǎn)生反轉(zhuǎn)錄酶、蛋白酶和整合酶。多蛋白多蛋白Gag經(jīng)過(guò)加工，生成經(jīng)過(guò)加工，生成4種病毒衣殼蛋白。種病毒衣殼蛋白。env基因編碼的基因編碼的Env蛋白，經(jīng)過(guò)加工以后插入病蛋白，經(jīng)過(guò)加工以后插入

11、病毒外膜磷脂雙層。毒外膜磷脂雙層。這些病毒蛋白和病毒這些病毒蛋白和病毒RNA基因組可以迅速組裝基因組可以迅速組裝成許多新的反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒。成許多新的反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒。4、病毒、病毒RNA經(jīng)翻譯和包裝形成反轉(zhuǎn)錄病毒經(jīng)翻譯和包裝形成反轉(zhuǎn)錄病毒顆粒顆粒整理ppt26o簡(jiǎn)單地重溫下HIV感染的過(guò)程整理ppt271、吸附及穿入oHIV-1感染人體后，病毒選擇性的吸附于靶細(xì)胞的CD 4受體上，病毒包膜發(fā)生構(gòu)象改變，外膜糖蛋白gp120的V3區(qū)與宿主細(xì)胞的CCR5或CXCR4結(jié)合，引起跨膜糖蛋白gp41區(qū)段HIV-1感染人體后，病毒選擇性的吸附于靶細(xì)胞的CD 4受體上，病毒包膜發(fā)生構(gòu)象改變，外膜糖蛋白gp12

12、0的V3區(qū)與宿主細(xì)胞的CCR5或CXCR4結(jié)合，引起跨膜糖蛋白gp41區(qū)段與靶細(xì)胞膜上的融合結(jié) 構(gòu)域發(fā)生融合，使病毒核衣殼穿入宿主細(xì)胞穿入宿主細(xì)胞。o與靶細(xì)胞膜上的融合結(jié) 構(gòu)域發(fā)生融合，使病毒核衣殼穿入宿主細(xì)胞穿入宿主細(xì)胞。整理ppt282、脫衣殼和逆轉(zhuǎn)錄 病毒進(jìn)入細(xì)胞后包裹在病毒衣殼內(nèi)的病毒RNA，在與親環(huán)素結(jié)合的衣殼蛋白p24的輔助下出胞。這一過(guò)程對(duì)環(huán)孢菌素A敏感。緊接著病毒RNA利用自身逆轉(zhuǎn)酶的RNA依賴的DNA聚合酶和RNA酶活性進(jìn)行逆轉(zhuǎn)錄，最后合成病毒基因組的雙鏈DNA分子(cDNA)。整理ppt293、cDNA變?yōu)镈NA 環(huán)化cDNA在環(huán)化酶環(huán)化酶的作用下形成以共價(jià)或非共價(jià)結(jié)合的雙

13、鏈環(huán)狀DNA分子。其中非共價(jià)結(jié)合的環(huán)狀DNA是整合到宿主染色體上的形式，抗病毒藥對(duì)此無(wú)效。大多數(shù)新合成的病毒DNA以游離、非整合的共價(jià)結(jié)合的環(huán)狀環(huán)狀DNA形式形式保留在細(xì)胞漿內(nèi)，它沒(méi)有轉(zhuǎn)錄作用，但有致病理變化作用，抗病毒藥對(duì)以這種形式存在的病毒有效， 可使病毒載量下降。整理ppt304、轉(zhuǎn)錄出正鏈RNA cDNA插入細(xì)胞基因組成為前病毒，然后以前病毒為模板，轉(zhuǎn)錄出正鏈RNA，即為病毒基因組。整理ppt31問(wèn)題5：o逆轉(zhuǎn)錄如何導(dǎo)致逆轉(zhuǎn)錄如何導(dǎo)致HIV基因突變？基因突變？oHIV基因突變的生物學(xué)意義？基因突變的生物學(xué)意義？整理ppt32一、一、多種因素通過(guò)不同形式可引起多種因素通過(guò)不同形式可引起D

14、NA損傷損傷o堿基開(kāi)環(huán)和糖苷鍵斷裂引起堿基丟失堿基開(kāi)環(huán)和糖苷鍵斷裂引起堿基丟失 o輻射或氧化損傷等引起堿基改變輻射或氧化損傷等引起堿基改變 o化學(xué)因素可引起核苷酸插入或缺失化學(xué)因素可引起核苷酸插入或缺失 o輻射和化學(xué)損傷可引起輻射和化學(xué)損傷可引起DNA鏈斷裂鏈斷裂 o物理和化學(xué)因素可引起物理和化學(xué)因素可引起DNA鏈間或鏈內(nèi)交鏈間或鏈內(nèi)交聯(lián)聯(lián)整理ppt33二、二、DNA損傷的結(jié)果損傷的結(jié)果:o其一，導(dǎo)致復(fù)制或轉(zhuǎn)錄障礙其一，導(dǎo)致復(fù)制或轉(zhuǎn)錄障礙o其二，導(dǎo)致復(fù)制后產(chǎn)生其二，導(dǎo)致復(fù)制后產(chǎn)生基因突變基因突變整理ppt34遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱(chēng)為改變

15、，均可稱(chēng)為突變突變。在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生的在復(fù)制過(guò)程中發(fā)生的DNA突變稱(chēng)為突變稱(chēng)為DNA損傷損傷(DNA damage)。從分子水平來(lái)看，突變就是從分子水平來(lái)看，突變就是DNA分子上堿分子上堿基的改變?；母淖?。 三、突變：整理ppt35四、突變的意義四、突變的意義o（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)（一）突變是進(jìn)化、分化的分子基礎(chǔ)o（二）突變導(dǎo)致基因型改變（二）突變導(dǎo)致基因型改變o（三）突變導(dǎo)致死亡（三）突變導(dǎo)致死亡o（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)（四）突變是某些疾病的發(fā)病基礎(chǔ)整理ppt36五、HIV的高突變率：oHIV的突變率極高，基因組的點(diǎn)突變每天都可發(fā)生，導(dǎo)致HIV頻發(fā)表位突變。oHIV為逆轉(zhuǎn)錄病毒，反轉(zhuǎn)錄酶中不具有35外切酶活性，因此沒(méi)有校正功能，DNA損傷修復(fù)能力較差，所以由反轉(zhuǎn)錄酶催化合成的DNA出錯(cuò)率比較高，因而HIV的變異頻率非常高，每一輪復(fù)制都會(huì)引入約10個(gè)堿基的錯(cuò)誤。整理ppt37六、六、HIV基因突變的生物學(xué)意義基因突變的生物學(xué)意義 高的變異頻率使世界不同地區(qū)甚至同一感染個(gè)體不同時(shí)期HIV的基因組都有較大差異，即產(chǎn)生許多HIV的亞型亞型 。整理ppt38HIV的亞型及分布的亞型及分布 根據(jù)HIV gag和env區(qū)的基因序列，目前HIV-1可分為M、N和O三個(gè)進(jìn)化組，兩個(gè)進(jìn)化組之間序列的異質(zhì)性超過(guò)45%。依據(jù)env區(qū)序列，M組又可分為A-J