病毒基因組課件

第十一章病毒的分子生物學概述第一節(jié)病毒粒子的結構第二節(jié)病毒的基因組第三節(jié)病毒的復制第四節(jié)病毒基因的表達概述概念(virus)：一類亞顯微專性寄生物?病毒粒子(virions)由蛋白質和核酸(RNA/DNA)構成?由預先形成的組分裝配而成(而非“生長”或分裂)?能量代謝和蛋白合成(核糖體)依賴于寄主?分子水平的病毒學：蛋白與蛋白蛋白與核酸蛋白與酯類的互作病毒粒子結構基因組合成與表達對寄主細胞的影響?起源及發(fā)展第一節(jié)病毒粒子的結構一、病毒粒子的功能?粒子外殼保護genome免受破壞

－－物理、化學各種酶類?衣殼(capsid)含多拷貝蛋白亞基

－－個別亞基的損傷只造成侵染性的有限破壞?衣殼與對寄主細胞的識別和侵染初期的互作有關

－－病毒附著蛋白、細胞受體（衣殼的某種結構形式）二、衣殼的對稱性和病毒的結構類型?大部分病毒衣殼有處于最低能級狀態(tài)的最適結構形式－－－對稱結構?作用力：疏水、靜電、少量共價鍵1、螺旋體衣殼?TMV為螺旋體對稱病毒結構的典型代表?有較為穩(wěn)定的直徑和螺距參數2、20面體（等軸體）衣殼?20個三角形沿一個球形表面排列而成的立體形狀?相同亞基、立體旋轉對稱?并非嚴格幾何學意義的20面體3、包膜病毒?前兩種“裸露”病毒粒子成熟時會導致寄主細胞的死亡、崩潰或溶解?包膜病毒以出芽方式不造成寄主細胞的完全毀壞?類脂膜：防止水分喪失、酶類降解生物活性---識別寄主細胞上受體分子4、其他復雜病毒第二節(jié)病毒的基因組一、病毒基因組的結構的復雜性結構復雜性的體現?組成：單／雙鏈一條線／環(huán)狀分子分離存在的幾個分子?單鏈病毒基因組：正意（與mRNA核苷酸序列相同）負意雙意?長度：3500NTs～280Kb?所使用的遺傳密碼與寄主－－匹配或被識別?存在斷裂基因和mRNA的3’加尾?受到體積最小化的壓力－－普遍的重疊基因二、DNA病毒基因組1、雙鏈、線性DNA病毒基因組（Euk.）e.g.包疹病毒（不同亞科105～280Kb）腺病毒30～38Kb30～40個基因?有末端結合蛋白－－復制起始?不同基因使用少量的啟動子

－－通過選擇性拼接表達多種蛋白

a)Euk.

b）Prok.

e.g.λ噬菌體、T4噬菌體?基因組的末端序列有重要作用

λ噬菌體

－－cos位點（形成DNA多聯(lián)體被包裝進病毒顆粒）

2、單鏈、環(huán)狀DNA病毒基因組

M13噬菌體

T4噬菌體

－－末端豐余（末端復制、被包裝的稍大于完整基因組）3、線性單鏈DNA病毒基因組?細小病毒：約5Kb含一定比例的正意鏈（雙意）4、雙鏈環(huán)狀DNA病毒基因組?多瘤病毒：約5Kb

以最小空間包含了最大量的遺傳信息三、正鏈RNA病毒?占已知病毒總數的70％以上

（有無包膜、基因組分段或不分段）?大小受到RNA脆弱性質的限制

－－比較小30Kb（冠狀病毒）～3.5Kb（Qβ噬菌體）?復制精確性較差，突變比例高于DNA基因組?基因組生物學共同特征：

a)正意RNA可直接翻譯蛋白質

b)經提純的裸露RNA對敏感寄主細胞具有侵染性

c)復制在RNA編碼的RNA聚合酶(RdRp)參與下不對稱復制雙鏈復制中間體－－RI?基因組結構?

5’帽子，3’尾?

3’UTR為負意鏈合成所必須?

冠狀病毒為最長的RNA病毒27～30KbVirionStructure（SARS）N:NucleocapsidM:MembraneglycoproteinS:SpikeglycoproteinE:Smallenvelopeglycoprotein病毒比病毒學家更聰明。病毒在自然界的歷史比人類要久遠的多，它們更清楚如何在這個世界上生存---賴明詔“冠狀病毒研究之父”賴明詔,美國的冠狀病毒教科書不少出自他手。1975年以來，他一直從事冠狀病毒的研究，對牛、豬、雞、貓、老鼠等多種動物體內的冠狀病毒有比較深入的了解。在得到“非典”冠狀病毒的基因序列圖后，他發(fā)現其基因片段組成部分來自老鼠和禽類體內的冠狀病毒基因;四、負鏈RNA病毒?病毒間差異比正鏈RNA病毒更大?有較大基因組，編碼更多的遺傳信息（十幾到二十幾Kb）－－表達難度?普遍存在分段基因組?經提純的病毒基因組RNA都不具有侵染性

（未感染細胞不含RdRp）?有些為雙意基因?各段RNA的分子數目在病毒提純物中不等量存在?絕大部分不存在

5’帽子和3’尾（雙意除外）五、分段和多組分病毒基因組?分段（segmented）病毒基因組：基因組被分為兩個或兩個以上的不同的核酸分子，但被包裝在同一個病毒粒子中?多組分（multipartite）病毒基因組：基因組分段后的每個基因組片段包裝在不同的病毒顆粒中分布廣泛：在人、動物和植物的病原物中都有存在只在植物病毒中少量存在顆粒大小上經常存在差異（基因組片段長度）?病毒基因組分段的優(yōu)缺點a）降低包裝壓力b）降低了造成斷裂的可能性，提高編碼能力c）要求所有單個基因組片段必須被包裝到一個病毒顆粒中否則丟失?多組分病毒的有效侵染－－－涉及所有不同病毒粒子六、逆轉錄病毒1970HowardTemin

和DavidBaltimore

逆轉錄酶－－依賴于RNA的DNA聚合酶（RdDp）1、逆轉錄病毒1）二倍體病毒－－含兩個基因組RNA拷貝2）還含一細胞tRNA－－逆轉錄合成DNA時的引物3）結構和組成

a)gag基因－－病毒顆粒核心蛋白，即DNA結合蛋白

b)pol基因－－與核酸合成和重組有關蛋白(多肽復合體)

逆轉錄酶、整合酶、RNaseH

c)env基因－－病毒顆粒被膜

d)R－－10～80base（不同病毒）的正向重復e)U3、U5－－一定長度

f)PBS－－反轉錄時tRNA引物的3’端結合位點4）逆轉錄過程

a)tRNA與PBS結合，反轉錄合成部分DNA負鏈

b)RNase降解病毒RNA5’末端

c)第一次跳躍

d)負鏈DNA繼續(xù)合成

e)RNA被降解，U3左邊留下片段作引物合成部分正鏈DNA

f)第二次跳躍－－正鏈DNA與負鏈的另一端結合

g)完成正鏈合成

LTR末端5)逆轉錄只能在脫殼的病毒核心顆粒中完全轉換成雙鏈DNA?逆轉錄病毒核衣殼內的兩條RNA的構象決定了……6)pol基因產物－－使雙鏈DNA轉座到細胞染色質－－－產生原病毒?整合的為線狀結構7)逆轉錄對逆轉錄病毒的重要遺傳作用

a)RdDp的高度易錯復制導致快速的遺傳分化

b)以兩條RNA作為逆轉錄的模板導致重組（鏈的突變）8)病毒釋放－－－轉錄產生全長的mRNA?U3內含啟動子

R區(qū)內含加尾信號表達全過程：SSRNA→→RNA/DNA→→dsDNA→→整合→→mRNA→→翻譯包裝2、HIV3、具有逆轉錄過程的DNA病毒基因組?DNA肝炎病毒和花椰菜花葉病毒?DNA肝炎病毒基因組a)為有缺口的雙鏈DNA，含一逆轉錄酶b)基因組為所有已知病毒中最小

－－負意鏈3.0～3.3Kb

正意鏈1.7～2.8Kb非環(huán)狀HBV－－Pre-S1、Pre-S2、S3種表面抗原蛋白基因

C－－核心蛋白

P－－逆轉錄酶X－－激活蛋白?dsDNA宿主RNApolssDNA(mRNA)翻譯蛋白反轉錄RNA/DNAdsDNA組裝宿主DNApolCCCDNA第三節(jié)病毒的復制病毒復制過程的8個階段吸附侵入脫殼復制及表達裝配釋放成熟由基因組復制和表達機制不同而劃分的病毒類型?DNA進入細胞核→→部分轉錄→→翻譯蛋白與DNA結合→→DNA復制→→再次轉錄翻譯結構蛋白→→組裝、釋放?病毒基因組類型及復制表達途徑?DNA進入細胞核→→dsDNA→→轉錄翻譯早期蛋白→→再次轉錄翻譯結構蛋白→→依賴于衣殼蛋白的

ssDNA合成→→組裝、釋放第四節(jié)病毒基因的表達一、遺傳信息的表達?病毒與寄主細胞間最主要的互作－－在細胞器官中進行核酸和蛋白質的合成?在有限的遺傳資源中，通過嚴格的定量和時間、空間上的高度特異性，實現對表達的調控?彌補遺傳資源不足的方式

a)能夠高效啟動或阻遏基因表達的正、負調控信號

b)經常含有重疊閱讀框的基因組

c)常常包含在其它基因中的調控信號

d)由一條mRNA合成出多種不同蛋白質的策略二、表達的轉錄調控?SV40表達的轉錄調控－－－T-抗原☉T-抗原與復制有關☉早期啟動子引導表達早期mRNA－－T、t抗原☉T-抗原阻斷早期啟動子的轉錄，使其進入侵染晚期☉復制起始后，晚期啟動子表達VP1、2、3三、表達的轉錄后調控1、腺病毒的選擇性拼接（類似機制僅限于核內復制的病毒）2、選擇性起始mRNA的翻譯－－Yp329?腺病毒基因組復制后期轉錄兩個小RNA

VARNAⅠVARNAⅡ

二者具高度二級結構，不編碼任何多肽?病毒侵染細胞后刺激產生干擾素－－作用之一活化一細胞蛋白激酶（已知的DAI或p68）－－對細胞和病毒的翻譯起始都有抑制作用?VARNAI與激酶結合解除其對翻譯的抑制－－－選擇性起始腺病毒mRNA的翻譯3、翻譯起始AUG前的不同序列－－－雙功能mRNA4、核糖體移碼機制?如：逆轉錄病毒轉錄產生兩種mRNA

經過剪接的編碼包膜蛋白（其他）未經剪接的－－編碼gag、pro和p