Κύκλος ρετροϊού | Σημαντικές πτυχές του κύκλου ζωής του ρετροϊού με 10 συχνές ερωτήσεις

Περιεχόμενα

Ρετροϊοί

Η ρετροϊούς είναι η κατηγορία ιών που έχουν RNA ως το γονιδίωμα τους και μπορούν να εισάγουν το γονιδίωμά του στο DNA του ξενιστή, αυτό το βήμα είναι ζωτικής σημασίας για τον κύκλο ζωής ενός ρετροϊού ή του κύκλος ρετροϊού εξ ου και η αλλαγή του γονιδιώματος του κυττάρου ξενιστή Μετά την είσοδο στο κυτταρόπλασμα του ξενιστή, ο ρετροϊός συνθέτει το cDNA από το γονιδιωματικό RNA χρησιμοποιώντας το ένζυμο του αντίστροφη μεταγραφάση. Αυτή η διαδικασία είναι ασυνήθιστη και αντίστροφη από την κανονική διαδικασία μεταγραφής, ως εκ τούτου αντίστροφη μεταγραφή. Ο ιός είναι γνωστός ως ρετροϊός (ρετρό σημαίνει "πίσω"). Το cDNA που σχηματίζεται στη διαδικασία αντίστροφης μεταγραφής ενσωματώνεται στο γονιδίωμα των κυττάρων-ξενιστών με ένα ένζυμο γνωστό ως ιντεγκράση.

Μετά από αυτό το βήμα, το ρετροϊικό DNA είναι γνωστό ως προϊός. Ο provirus είναι πλέον μέρος του γονιδιώματος των κυττάρων-ξενιστών. Υποβάλλονται σε αναπαραγωγή, μεταγραφή και μετάφραση και το DNA του κυττάρου ξενιστή. Ο provirus είναι σε θέση να παράγει και να συγκεντρώνει νέα αντίγραφα του ιού ακολουθώντας τον κύκλο του ρετροϊού.

Οι ρετροϊοί ταξινομούνται σε τρεις υποοικογένειες:

  • Ογκογόνοι ιοί: αυτοί είναι οι ογκογόνοι ιοί που προκαλούν διάφορους τύπους καρκίνου.
  • Φακοί είναι συνήθως γνωστοί ως αργοί ρετροϊοί που προκαλούν ανοσοανεπάρκειες σε αρκετούς οργανισμούς.
  • Ιούς σπινθηρισμού είναι επίσης γνωστοί ως αφροί ιοί και δεν προκαλούν ασθένειες.

Μερικές σοβαρές ασθένειες που προκαλούνται από ρετροϊούς σε ανθρώπους και άλλα ζώα περιλαμβάνουν:

  • Ο καρκίνος του ποντικού προκαλείται από τον ιό της λευχαιμίας ποντικού (MLV)
  • Διάφορες ασθένειες στον άνθρωπο προκαλούνται από ανθρώπινους Τ-λεμφοτρόπους ιούς (HTLVs)
  • Το σύνδρομο επίκτητης ανοσολογικής ανεπάρκειας (AIDS) προκαλείται από τον ιό ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας (HIV)

Προβείος

Είναι ένα ιικό γονιδίωμα ενσωματωμένο στο DNA του κυττάρου ξενιστή. Παρόμοια με την περίπτωση των βακτηριοφάγων, οι προϊοί ονομάζονται συχνά προφήτες. Όμως, η μικρή διαφορά μεταξύ του προϊού και της προφητείας είναι ότι ακόμη και αν το κύτταρο ξενιστής βρίσκεται σε κατάσταση άγχους, ένας προϊός δεν αποσπάται (ειδικός φόρος) από το γονιδίωμα του ξενιστή, σε αντίθεση με μια προφητεία. 

Ένας προϊός μπορεί να υπάρχει στην κατάσταση ενός ανενεργού ενδογενούς ιικού στοιχείου ή μπορεί να υποστεί αντιγραφή. Τα αδρανή ενδογενή ιικά στοιχεία δεν αναπαράγονται μέχρι να ξεκινήσει η διαδικασία αντιγραφής του γονιδιώματος των κυττάρων ξενιστών. Όλα τα θυγατρικά κύτταρα του μολυσμένου ξενιστή θα περιέχουν τότε τον προϊό. Η ανενεργή κατάσταση θα μπορούσε να διαρκέσει για πολλές γενιές του κυττάρου ξενιστή. Ο ενδογενής ρετροϊός παραμένει πάντα στην κατάσταση του ιού. Αυτή η διαδικασία πολλαπλασιασμού ιών είναι γνωστή ως λυσογενής αναπαραγωγή.

Η ενσωμάτωση του ιικού γονιδιώματος στο DNA του κυττάρου ξενιστή συνήθως οδηγεί σε παραγωγική ή λανθάνουσα μόλυνση.

Παραγωγική λοίμωξη: ο provirus ξεκινά να μεταγράφει mRNA για να παράγει νέα αντίγραφα του ιού με πειρατεία στα κυτταρικά μηχανήματα του ξενιστή. Η αύξηση των αντιγράφων του ιού μέσα στο κύτταρο ξενιστή έχει ως αποτέλεσμα τη λύση της κυτταρικής μεμβράνης του. Τα σωματίδια του ιού απελευθερώνονται μετά την λύση του κυττάρου ξενιστή. Μπορούν να μολύνουν τα άλλα γειτονικά κύτταρα του σώματος του ξενιστή.

Λανθάνουσα μόλυνση: ο προϊός παραμένει μεταγραφικά σιωπηλός τις περισσότερες φορές. Όμως, ο provirus γίνεται μεταγραφικά ενεργός με την αλλαγή των συνθηκών υγείας και περιβάλλοντος του οικοδεσπότη. Η αλλαγή έχει ως αποτέλεσμα τη μετάβαση λανθάνουσας σε παραγωγική λοίμωξη.

Σχεδόν το 8% του ανθρώπινου γονιδιώματος περιλαμβάνει προϊούς και κληρονομικούς ενδογενείς ρετροϊούς. Αρκετοί προκαρυωτικοί ιοί ενσωματώνουν επίσης το γονιδίωμα στο προκαρυωτικό κύτταρο ξενιστή τους όπως οι ευκαρυωτικοί ιοί. Οι προκαρυωτικοί προβιοί γενικά αντιγράφονται όταν αναπαράγεται ολόκληρο το κυκλικό χρωμόσωμα.

Ρετροϊός έναντι provirus

Οι βασικές διαφορές μεταξύ των ιών και των ρετροϊών είναι οι εξής:

Προϊούς

  • Είναι ένα ιικό γονιδίωμα ενσωματωμένο στο γονιδίωμα του ξενιστή
  • Είναι ένα στάδιο αναπαραγωγής του ιού
  • Δεν περιέχουν ένζυμο αντίστροφης μεταγραφάσης

Ρετροϊοί

  • Είναι ένας ιός RNA που έχει τη δυνατότητα να συνθέτει το cDNA από το RNA με τη διαδικασία της αντίστροφης μεταγραφής
  • Είναι ιοί μονόκλωνου RNA
  • Περιέχουν ένα ένζυμο γνωστό ως αντίστροφη τρανσκριπτάση
κύκλος ρετροϊού
Σχήμα (κύκλος ρετροϊού): Κύκλος ζωής του ρετροϊού
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hiv_gross.png

Κύκλος ρετροϊού

Ο κύκλος ζωής ή η αναπαραγωγή των ρετροϊών είναι μοναδικός σε σύγκριση με τους άλλους οργανισμούς. Ο κύκλος αναπαραγωγής του ρετροϊού ολοκληρώνεται στις ακόλουθες φάσεις:

Μόλυνση: οι ρετροϊοί έρχονται σε επαφή με τον ξενιστή και μολύνουν τα φυσιολογικά κύτταρα του σώματος του ξενιστή. Εσωτερικότητα: το γονιδίωμα RNA του ρετροϊού πραγματοποιεί είσοδο στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων ξενιστών.

Αντίστροφη μεταγραφή: Στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων-ξενιστών, λαμβάνει χώρα η διαδικασία της αντίστροφης μεταγραφής. Το cDNA παράγεται από το ιικό γονιδίωμα RNA με τη βοήθεια ενός ενζύμου που είναι γνωστό ως αντίστροφη μεταγραφάση και η διαδικασία είναι γνωστή ως αντίστροφη μεταγραφή.

Το cDNA κατόπιν εισέρχεται στον πυρήνα του κυττάρου ξενιστή μέσω του συμπλέγματος πυρηνικών πόρων.

Ενσωμάτωση: το cDNA (ιικό DNA) ενσωματώνεται τώρα στο γονιδίωμα των κυττάρων-ξενιστών με τη βοήθεια ενός ενζύμου γνωστού ως

Ιική έκφραση γονιδίου: Τα ιικά γονίδια μετά μεταγράφονται για να σχηματίσουν mRNA, το οποίο αργότερα υφίσταται μετάφραση για να παράγει ιικές πρωτεΐνες.

Απελευθέρωση σωματιδίων ιού: Τα ιικά σωματίδια στη συνέχεια απελευθερώνονται από το κύτταρο ξενιστή με ρήξη της κυτταρικής μεμβράνης του κυττάρου ξενιστή (λυτική φάση). 

Η μόλυνση εξαπλώνεται: τα ιικά σωματίδια που απελευθερώνονται από τα κύτταρα ξενιστές μετά μολύνουν τα γειτονικά κύτταρα ξενιστές. 

Ιικό RNA

Το RNA περιέχει επίσης γενετικές πληροφορίες παρόμοιες με το DNA. Πολλοί ιοί (συγκεκριμένα ρετροϊοί) περιέχουν γονιδίωμα RNA και συχνά θεωρούνται ως ιοί RNA. Τα γονιδιώματά τους RNA μεταφράζονται για να κωδικοποιούν μια ποικιλία πρωτεϊνών. Μερικές από αυτές τις πρωτεΐνες εμπλέκονται συχνά στην αντιγραφή, μεταγραφή και αντίστροφη μεταγραφή του ιού γονιδιώματος RNA. Μερικές από τις πρωτεΐνες προστατεύουν το ιικό RNA / γονιδίωμα όταν το ιικό σωματίδιο έρχεται σε επαφή με τον ξενιστή. Τα ιοειδή είναι παθογόνα που αποτελούνται από μόρια RNA. αναπαράγονται μέσα στο σώμα του ξενιστή με τη βοήθεια της πολυμεράσης RNA των φυτικών κυττάρων. Τα ιοειδή δεν κωδικοποιούν καμία πρωτεΐνη.

Τα RNAs είναι τα κρίσιμα βιο-μακρομόρια που υπάρχουν στους ρετροϊούς. Συμμετέχουν γενικά στη σύνθεση πρωτεϊνών και μεταφέρουν τις γενετικές πληροφορίες από το DNA εκτός του πυρήνα που είναι απαραίτητες για τη συντήρηση.  

Το γενετικό υλικό του HIV αποτελείται από

Ο HIV (ιός ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας) είναι ένας ρετροϊός που προκαλεί AIDS (σύνδρομο επίκτητης ανοσοανεπάρκειας) που αποτυγχάνει στο ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος. Η κατάσταση του AIDS καθιστά το σώμα μας πιο ευαίσθητο σε παθογόνες λοιμώξεις, ακόμη και υπεύθυνο για την πρόγνωση διαφόρων τύπων καρκίνων. Ο HIV είναι ρετροϊός και ανήκει στην οικογένεια Retroviridae. Ονομάστηκε ρετροϊός επειδή, σε αντίθεση με όλους τους άλλους ιούς, αποθηκεύουν τις γενετικές τους πληροφορίες σε RNA και όχι στο DNA, και με τη βοήθεια ενός ενζύμου γνωστού ως αντίστροφης μεταγραφάσης, δημιουργούν ένα αντίγραφο του cDNA (συμπληρωματικό DNA) από το γονιδίωμα RNA τους ως μόλις μπουν στο κελί του ξενιστή.

Αποκτούν κυτταρικά μηχανήματα ξενιστές για τη σύνθεση ή την αναπαραγωγή ιικών σωματιδίων. Ο HIV έχει δύο αντίγραφα του μονόκλωνου RNA θετικής νοήματος (+ ssRNA), καθώς το γονιδίωμά τους τυλίγεται από ένα κωνικό καψίδιο πρωτεϊνών. Επιπλέον, ο HIV περιέχει ένζυμα όπως ιντεγκράση, ριβονουκλεάση, πρωτεάση και αντίστροφη τρανσκριπτάση, τα οποία απαιτούνται για την ανάπτυξη ρετροϊού. 

Σχήμα (κύκλος ρετροϊού): Γονιδίωμα και δομή του HIV
"Δομή του ιού HIV"(CC-BY 2.0) με NIAID

Οι ιοί RNA απαιτούν τη δική τους παροχή ορισμένων ενζύμων επειδή

Οι ρετροϊοί (ιοί RNA) περιέχουν RNA ως γενετικό υλικό ή γονιδίωμα. Αντιθέτως, τα κύτταρα του ξενιστή περιέχουν το DNA ως το γονιδίωμά τους. Για την ενσωμάτωση του γονιδιώματος στο DNA του κυττάρου ξενιστή, ο ρετροϊός συνθέτει το cDNA από το γονιδίωμα RNA του με αντίστροφη μεταγραφή. Το ένζυμο αντίστροφη μεταγραφάση εμπλέκεται σε αυτή τη διαδικασία και χρειάζεται ένα πρότυπο RNA για τη σύνθεση του cDNA. Για λόγους σύνθεσης cDNA από RNA, οι ρετροϊοί φέρουν τα δικά τους ένζυμα για αντιγραφή και ανασυνδυασμό του ιικού γονιδιώματος με το DNA του κυττάρου ξενιστή, καθώς το DNA του κυττάρου ξενιστή δεν έχει γονίδια για τέτοια ένζυμα.

Τεμινισμός

Είναι μια θεωρία που βασίζεται στην αντίστροφη μεταγραφή (εμφανίζεται κυρίως στον κύκλο του ρετροϊού). Ο τεμινισμός χρησιμοποιείται για να εξηγήσει ότι το RNA μπορεί επίσης να δράσει ως πρότυπο για το σχηματισμό cDNA. Η διαδικασία ξεκινά μόλις ο ρετροϊός εισέλθει στο σώμα του κεντρικού υπολογιστή. Η διαδικασία της αντίστροφης μεταγραφής λειτουργεί στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων ξενιστών. Το RNA από τον ρετροϊό εισέρχεται στο σύμπλοκο νουκλεο-πρωτεΐνης. Η διαδικασία αντίστροφης μεταγραφής παράγει ένα γραμμικό διπλό DNA με μακρές τερματικές επαναλήψεις (LTRs), κοινώς γνωστά ως τερματικές αντιγραφές. Οι τελικές αντιγραφές δεν υπάρχουν στο γονιδίωμα του ρετροϊικού RNA.

Σύμφωνα με το κεντρικό δόγμα:

DNA -> mRNA -> Πρωτεΐνη

Το DNA κωδικοποιεί mRNA με τη διαδικασία μεταγραφής και αυτό το mRNA κωδικοποιεί περαιτέρω πρωτεΐνη με τη διαδικασία μετάφρασης.

Ο τεμινισμός είναι η μόνη γνωστή εξαίρεση του κεντρικού δόγματος που εκτίθεται από ρετροϊούς. Οι ιοί που περιέχουν το γονιδίωμα RNA βιώνουν μια φάση στον κύκλο ζωής τους. Το RNA τους χρησιμοποιείται ως εκμαγείο για τη σύνθεση DNA με τη δράση της αντίστροφης μεταγραφάσης ενζύμου. Η ικανότητά τους να εκτελούν αντίστροφη μεταγραφή χρησιμοποιείται πολύ συχνά στον τομέα της μοριακής βιολογίας.

Εικόνα (κύκλος ρετροϊού): Ο τεμινισμός είναι η μόνη εξαίρεση του κεντρικού δόγματος https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Extended_Central_Dogma_with_Enzymes.jpg

Ένζυμα RNA

Ένζυμα RNA (Ριβόζυμα) είναι τα μόρια RNA που παρουσιάζουν την ικανότητα να καταλύουν πολλές αντιδράσεις βιοχημικών οδών. Το ένζυμο RNA διευκολύνει την αντίδραση όπως το μάτισμα του RNA (μετα-μεταφραστική τροποποίηση σε ευκαρυωτικά). Το έτος 1982, αποκαλύφθηκε για πρώτη φορά ότι το RNA δρα ως βιοκαταλύτης όπως τα ένζυμα και επίσης δρα ως γενετικό υλικό. Αυτό υποστηρίχθηκε περαιτέρω με την παγκόσμια υπόθεση RNA, η οποία υποδηλώνει τη σημασία του RNA στην εξέλιξη των προ-βιοτικών συστημάτων αυτοδιπλασιασμού (αυτοαναδιπλασιασμού).

Τα ριβοένζυμα εμπλέκονται επίσης στο σχηματισμό πεπτιδικού δεσμού, στην απολίνωση και στη διάσπαση του συμπλόκου DNA και RNA. Τα ένζυμα RNA εμπλέκονται στη σύνδεση ριβοσωμικού RNA (rRNA) της μεγάλης υπομονάδας του ριβοσώματος με τα αμινοξέα κατά τη μετάφραση και τη σύνθεση πρωτεϊνών. Τα ένζυμα RNA εμπλέκονται επίσης στη βιοσύνθεση του tRNA (μεταφορά RNA) και στην αντιγραφή των ιών. Ριβοένζυμο φουρκέτας, μολύβδου, VSribozyme και ριβοένζυμα σφυριού είναι κοινά παραδείγματα ενζύμων RNA.

Σχήμα (κύκλος ρετροϊού): καταλυτική δράση του ριβοζύμου
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribozyme.jpg

συμπεράσματα

Αυτό το άρθρο καλύπτει τις πτυχές του ρετροϊικού κύκλου ζωής και τη διαφορά μεταξύ των ιών και των ρετροϊών. Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τους ρετροϊούς και την αντίστροφη μεταγραφάση, Κάνε κλικ εδώ

FAQs

Ε1. Αυτό που καθιστά τη διαδικασία της αντίστροφης μεταγραφάσης λιγότερο ακριβή και επιρρεπής σε σφάλματα. Υπάρχει τρόπος να το κάνουμε πιο ακριβές;

Απάντηση: Δεδομένου ότι η αντίστροφη μεταγραφάση δεν έχει την ικανότητα να διορθώσει το πολυμερισμένο προϊόν, η διαδικασία της αντίστροφης μεταγραφής είναι πολύ επιρρεπής σε σφάλματα. Η μηχανική αντίστροφη μεταγραφάση μπορεί να λύσει το πρόβλημα των σφαλμάτων.

Ε2. Δεν χρησιμοποιείται η αντίστροφη μεταγραφάση από το φυσιολογικό κύτταρο στον άνθρωπο

Απάντηση: Το σώμα μας έχει έναν συγκεκριμένο τύπο αντίστροφης μεταγραφάσης γνωστής ως τελομεράσης υπεύθυνος για τη σύνθεση του τελομερούς DNA. 

Ε3. Ξέρει κανείς πώς ένας ρετροϊός όπως ο HIV μπορεί να παράγει dsDNA από μόρια 2 + ssRNA και μια αντίστροφη μεταγραφάση

Απάντηση: Οι ρετροϊοί χαρακτηρίζονται από την παρουσία της αντίστροφης μεταγραφάσης ενζύμου και του γονιδιώματος RNA. Παράγουν dsDNA από το ssRNA με τη βοήθεια της αντίστροφης μεταγραφάσης ενζύμου και στη συνέχεια ενσωματώνουν το γονιδίωμά τους στο γονιδίωμα του ξενιστή. Στη συνέχεια, το ενσωματωμένο ρετροϊικό γονιδίωμα (provirus) μεταγράφει και μεταφράζεται με τα ιικά σωματίδια (κύκλος ρετροϊού). 

Ε4. Όταν η αντίστροφη μεταγραφάση διαβάζει το RNA, διαβάζει από 3 ′ έως 5 ′

Απάντηση: Η αντίστροφη μεταγραφάση συνδέεται στο 5 'άκρο του προτύπου RNA. Συνθέτει το DNA προς την κατεύθυνση 5 '-> 3.'

Αλλά διαβάζει το πρότυπο RNA προς την κατεύθυνση 3 '-> 5.'

Ε5. Μπορεί μια αντίστροφη μεταγραφάση να μεταγράψει ένα mRNA σε DNA

Απάντηση: Ναι, μπορεί να συνθέσει DNA από το mRNA. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιείται αντίστροφη μεταγραφάση για την κατασκευή βιβλιοθηκών cDNA από πρότυπα mRNA.

Ε6. Ποιοι ιοί είναι ρετροϊός

Απάντηση: Οι ιοί που περιέχουν RNA ως το γονιδίωμά τους είναι γνωστοί ως ρετροϊοί. 

Ε7. Είναι ριβοένζυμο πρωτεΐνη

Απάντηση: Τα ριβοένζυμα είναι μόρια RNA, και σε ορισμένες περιπτώσεις, μπορεί να ποικίλλουν ανάλογα με τα σύμπλοκα RNA-πρωτεϊνών. Τα ριβοσώματα είναι καταλυτικά ενεργά.

Ε8. Είναι η λοίμωξη από ρετροϊό πάντα ανίατη και θανατηφόρα 

Απάντηση: οι σπυμοϊοί (μια κατηγορία ρετροϊών) δεν προκαλούν ασθένειες. Δεν είναι όλες οι ρετροϊικές λοιμώξεις θανατηφόρες. 

Σχετικά με τον Δρ. Abdullah Arsalan

Είμαι ο Αμπντουλάχ Αρσλάν, Ολοκλήρωσε το διδακτορικό μου στη Βιοτεχνολογία. Έχω 7 χρόνια ερευνητικής εμπειρίας. Έχω δημοσιεύσει έως τώρα 6 δημοσιεύσεις στα περιοδικά διεθνούς φήμης με μέσο συντελεστή αντίκτυπου 4.5 και λίγα ακόμη είναι υπό εξέταση. Έχω παρουσιάσει ερευνητικές εργασίες σε διάφορα εθνικά και διεθνή συνέδρια. Το αντικείμενο που ενδιαφέρομαι είναι η βιοτεχνολογία και η βιοχημεία με ιδιαίτερη έμφαση στη χημεία πρωτεϊνών, την ενζυμολογία, την ανοσολογία, τις βιοφυσικές τεχνικές και τη μοριακή βιολογία.

Ας συνδεθούμε μέσω του LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/abdullah-arsalan-a97a0a88/) ή του μελετητή Google (https://scholar.google.co.in/citations?user=AeZVWO4AAAAJ&hl=el).

Lambda Geeks