تكرار الحمض النووي الريبي الفيروسيهي ظاهرة فريدة من نوعها. الفرق الكبير بين آلية تخليق الحمض النووي الريبي الفيروسي وآلية تخليق الحمض النووي الريبي الخلوي هو أنه في الحالة الأولى يتم استخدام الحمض النووي الريبي كمصفوفة، وفي الحالة الثانية - الحمض النووي.

لنسخ الحمض النووي الريبيفي قالب الحمض النووي الريبي (RNA)، مطلوب بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) المعتمد على الفيريون. يتطلب تكرار الحمض النووي الريبي الفيروسي أولاً تخليق الحمض النووي الريبي التكميلي، والذي يعمل بعد ذلك كقالب لإنتاج كميات كبيرة من الحمض النووي الريبي الفيروسي.

عندما يكون الحمض النووي الريبي الفيروسيله قطبية سلبية (فيروسات أورثو، باراميكسو، رابدو، فيلو، بورنا، أرينا وبونيا)، سيكون للحمض النووي الريبوزي التكميلي قطبية إيجابية ويستخدم بوليميراز الحمض النووي الريبي، مثل إنزيم الفيريون، في النسخ الأولي للرنا المرسال.

منذ الأغلبية النصوص، التي يتم تصنيعها في كل سلسلة RNA فيروسية (-)، هي جزيئات RNA تحت الجينومية، وتعمل بعض السلاسل كاملة الطول كقوالب لتخليق (تكرار) الحمض النووي الريبي الفيروسي. تستخدم بعض الفيروسات بوليميرات RNA مختلفة للنسخ والتكرار، بينما في حالات أخرى قد تؤدي نفس الإنزيمات وظائف مختلفة.

العديد من فيروسات الحمض النووي الريبي، (picorna-، calici-، astro-، toga-، flavi-، Corona-، arteri-، nodaviruses) الحمض النووي الريبي التكميلي قطبي بشكل سلبي. يمكن نسخ عدة جزيئات من الحمض النووي الريبي الفيروسي في وقت واحد على قالب RNA تكميلي واحد، ويبدأ إنتاج البوليميراز على كل نسخة من الحمض النووي الريبي. يتم تشكيل هيكل يُعرف باسم وسيط النسخ المتماثل - وهو هيكل مزدوج الجديلة جزئيًا مع ذيول مفردة الجديلة.

لبدء تكرار الحمض النووي الريبيتتطلب الفيروسات البيكورناوية والفيروسات الكاليسية، وكذلك الحمض النووي للفيروس الغدي، بروتينًا صغيرًا مرتبطًا تساهميًا بالنهاية 5 بوصات من خيوط الحمض النووي الريبوزي (+) أو (-) المُصنّعة حديثًا، بالإضافة إلى الحمض النووي الريبي (RNA) للفيريون الأصلي، ولكن ليس بالـ mRNA.

توليفها حديثا(+) يمكن أن يكون للـ RNAs أغراض مختلفة: يتم تضمينها في مجمع النسخ وتكون بمثابة قالب لتوليف RNAs التكميلية (-)؛ أداء وظائف مرنا. يتم إدراجها كجينوم في الفيروسات الجديدة. الآلية التي تحدد مصير الحمض النووي الريبي (+) المركب حديثًا غير معروفة.

الفيروسات القهقريةتحتوي على RNA الجينومي (+) المفرد. وعلى عكس فيروسات الحمض النووي الريبوزي (RNA) الأخرى، فإنها تتكاثر عبر رسول الحمض النووي (DNA messenger). يقوم إنزيم النسخ العكسي للفيريون، باستخدام جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) كتمهيد، بإنشاء نسخة DNA مفردة الجديلة. بعد ذلك، يعمل نفس الإنزيم كريبونوكلياز، ويزيل جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) الأصلي من هجين الحمض النووي الريبوزي (DNA-RNA) وينسخ شريط الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل لتكوين حمض نووي خطي مزدوج الشريط، والذي يحتوي على تسلسل إضافي يُعرف باسم التكرار الطرفي الطويل (LTR) ) في كل نهاية.
هذا الحمض النووي المزدوج الذين تقطعت بهم السبلثم يدور ويتكامل مع الحمض النووي الصبغي الخلوي. يتم نسخ الحمض النووي الريبي الفيروسي من الحمض النووي المتكامل (الفيروسي).

تحتوي الفيروسات على نوع واحد فقط من الأحماض النووية – DNA أو RNA. يمكن أن يكون الحمض النووي الفيروسي مفردًا أو مزدوجًا، وخطيًا أو دائريًا في الشكل. تقوم الأحماض النووية الفيروسية بتشفير البروتينات والإنزيمات الخاصة بالفيروسات اللازمة لتكاثر الفيروس في الخلية المضيفة.

تكرار فيروسات الحمض النووي يتم تنفيذه وفقًا لآلية شبه محافظة مشتركة بين جميع الحمض النووي. في مصفوفة الحمض النووي الفيروسي، يتم تصنيع mRNA أولاً، ومن ثم يتم تكوين البروتينات الفيروسية. يتم ضمان هذه العملية بالكامل بواسطة الجهاز الأيضي للخلية المضيفة.

تضاعف فيروسات RNA يحدث بطريقتين.

أولاًيحدث بمشاركة بوليميريز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي (سينثاس الحمض النووي الريبي أو تكرار الحمض النووي الريبي). وهو متأصل في فيروسات الأنفلونزا والحصبة. تتميز الفيروسات:

• تحتوي على (+) - شريط RNA (زائد حبلا)، والذي يعمل بمثابة كل من mRNA والجينوم، والفيروسات،
• يحتوي على (-) شريط RNA (ناقص حبلا)، والذي يعمل فقط كجينوم.

هناك أيضًا فيروسات تحتوي على RNA مزدوج الشريط.

1. يمكن استخدام خيط (+)-RNA للفيروس مباشرة في الترجمة على شكل mRNA. لذلك، عندما يدخل فيروس (+)-RNA (فيروس التهاب العضلات، فيروس التهاب الكبد A) إلى الخلية، يرتبط الحمض النووي الريبي (RNA) الخاص به بالريبوسومات في الخلية ويتم ترجمته إلى سلسلة بروتينية. يتم تقسيم هذه السلسلة بواسطة بروتياز الجسيم الفيروسي إلى 7 بروتينات، أحدها هو سينسيز RNA. بعد ظهور سينسيز RNA، يبدأ تكرار RNA الفيروسي. في المرحلة الأولى يتم تشكيل سلسلة (-) RNA على السلسلة (+) كقالب، وفي المرحلة الثانية تكون السلسلة (-) بمثابة قالب لتركيب سلاسل (+) RNA المطابقة للسلسلة (+) واحدة فيروسية.
2. تحتوي الفيروسات الربدية (داء الكلب، والإيبولا، وفيروسات ماربورغ) والفيروسات المخاطانية (نظير الأنفلونزا، والحصبة، وفيروسات النكاف) على شريط (-) من الحمض النووي الريبوزي (RNA)، والذي لا يمكن ترجمته مباشرة إلى بروتين. بدلاً من الترجمة، يُستخدم هذا (-)-RNA كقالب لنسخ (+)-RNA. يتم النسخ بواسطة سينسيز الحمض النووي الريبي (RNA)، الموجود في الجسيمات الفيروسية. يتم استخدام الحمض النووي الريبوزي (+)-RNA الفيروسي المُصنَّع أيضًا كقالب لتخليق الريبوسوم للبروتينات الفيروسية وكقالب لتخليق (تكرار) شريط (-)-RNA المطابق للشريط الفيروسي.
3. (+-) - RNA (RNA مزدوج الجديلة) موجود في الفيروسات reovirus التي تسبب التهابات الجهاز التنفسي. مبدأ تكاثر هذه الفيروسات هو نفس مبدأ تكرار الحمض النووي المزدوج، ولكن بدلاً من بوليميريز الحمض النووي، يعمل بوليميريز الحمض النووي الريبي (سينثاز الحمض النووي الريبي).

الطريقة الثانيةيحدث بمشاركة النسخ العكسي (بوليميريز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي الريبي (RNA) والإنزيم العكسي). وهو متأصل في الفيروسات القهقرية (فيروس نقص المناعة) وبعض الفيروسات المسرطنة. يحفز الإنزيم ثلاث عمليات متتالية:

• تخليق (-) شريط DNA على مصفوفة (+) -RNA الفيروسية؛
• تدمير الحمض النووي الريبي (RNA) الفيروسي كجزء من هجين الحمض النووي الريبي (RNA-DNA) الناتج؛
• تخليق (+) شريط DNA على (-) شريط DNA لتكوين DNA مزدوج الشريط.

يدخل هذا الحمض النووي من السيتوبلازم إلى النواة، ويندمج في جينوم المضيف ويعمل كقالب لتخليق الحمض النووي الريبي الفيروسي بمشاركة نظام بوليميريز الحمض النووي الريبي للخلية المضيفة. تدخل الـ RNA الفيروسية الناتجة إلى السيتوبلازم، حيث تبدأ في ترجمة البروتينات الفيروسية. يتم تجميع هذه البروتينات والحمض النووي الريبوزي (RNA) في جزيئات فيروسية يمكنها إصابة خلايا جديدة.

تكاثر الفيروسات 99

تتكاثر البكتيريا باستخدام آلية ثيتا. تمت دراسة آلية الحلقة المتدحرجة بشكل أساسي على بلازميدات المكورات العنقودية والعقدية.

4.8 تكرار الفيروس

يحدث تكاثر الفيروس على عدة مراحل:

1. الامتزاز: يلامس الفيروس الخلية بجزيئات محددة على سطحها: على سبيل المثال، يتم امتصاص الفيروسات المخاطية orthomyxoviruses والفيروسات paramyxoviruses باستخدام البروتينات السكرية، ويتم امتصاص الفيروسات الغدية باستخدام ألياف البنتون. وتشارك مستقبلات خلوية محددة في الامتزاز: البروتينات السكرية أو الدهون الفوسفاتية أو الدهون السكرية.

يمكن أن يتعطل الامتزاز عن طريق الأجسام المضادة المرتبطة بغلاف الفيروس أو الخلية المضيفة نفسها.

2. الاختراق يتبع الامتزاز مباشرة. بعد ذلك، لا يمكن فصل الجسيم الفيروسي عن الخلية المضيفة دون الإضرار بها. آليات الاختراق:

أ. الاختراق المباشر: تبقى القفيصة ملتصقة بالسطح الخارجي لغشاء الخلية، وتتحرر محتوياتها إلى داخل الخلية.

ب. الانصهار مع الغشاء. الخامس. الالتقام.

3. تدمير القشرةيحدث بسبب تحمض البيئة الإندوسومية التي يقع فيها الجسيم الفيروسي إلى درجة الحموضة = 5. مضخات البروتون H+ -ATPase في أغشية الإندوسوم هي المسؤولة عن ذلك. تؤدي قيم الرقم الهيدروجيني المنخفضة إلى تغيير في تشكيل مكونات القشرة الفيروسية، والتي تبدأ بمناطقها الكارهة للماء في الاتصال بأغشية الإندوسوم، مما يؤدي إلى دخول الفيروس إلى العصارة الخلوية.

4. تضاعف الجينوم الفيروسييصبح ممكنا بسبب تحول أنظمة التوليف الخلوي إلى التكاثر والنسخ الفيروسي. وللقيام بذلك، يوقف الفيروس تخليق البروتين في الخلية ويفصل الريبوسومات المتعددة. بعض الفيروسات لا تمنع التركيب الخلوي فحسب، بل تعمل أيضًا على تسريعه.

5. التجمع الفيروسي.

6. إطلاق الفيروسات من الخلية.

أ تكرار الجينومفيروسات الحمض النووي

في فيروسات الحمض النووي الحيواني، لا تكون عمليتا النسخ والترجمة مقترنتين (باستثناء فيروسات الجدري): يحدث النسخ في النواة، وتحدث الترجمة في السيتوبلازم. يعمل الحمض النووي الفيروسي كقالب لتخليق الرنا المرسال الفيروسي، وهو قالب لتخليق البروتينات الفيروسية. يحتوي الحمض النووي الفيروسي على جينات "مبكرة" و"متأخرة" يتم نسخها في أوقات مختلفة.

- تقوم الجينات "المبكرة" بتشفير البروتينات والإنزيمات اللازمة لبدء تكرار الجينوم الفيروسي.

- تقوم الجينات "المتأخرة" بتشفير البروتينات المشاركة في نضوج وتجميع الجزيئات الفيروسية.

تكرار فيروسات dsDNAعلى غرار تكرار الحمض النووي الخلوي الطبيعي. يدخل جينوم معظم هذه الفيروسات إلى النواة، حيث يتم نسخه وتكراره بواسطة البوليمرات الخلوية. هذه هي الطريقة، على سبيل المثال، لتكاثر فيروسات الهربس وفيروسات الورم الحليمي. ولكن هناك استثناءان:

1. يتم تصنيع كل جزء من فيروس الجدري وتجميعه في السيتوبلازم. ولا تشارك النواة في تكرارها.

2. يتكرر جينوم فيروس التهاب الكبد B بشكل مختلف: يتم تصنيعهالحمض النووي الريبي (RNA) هو وسيط، وبعد ذلك، أثناء النسخ العكسي، يتم تصنيع الحمض النووي (DNA).

مصفوفة الحمض النووي الريبي.

تكرار الفيروسات باستخدام ssDNAويحدث أيضًا في النواة، حيث يخترق الحمض النووي الفيروسي بعد دخوله إلى الخلية. هناك، يتم تصنيع شريط ثانٍ من الحمض النووي، مكمل للشريط الفيروسي. معًا يشكلون dsDNA. ثم يحدث كل شيء وفقًا للآلية الموضحة أعلاه: تخليق البروتين، وتكاثر الحمض النووي الفيروسي، وتجميع الفيروس.

أمثلة على التكاثر في عائلات مختلفة من الفيروسات:

1. تقوم الفيروسات الغدية بتكرار الجينوم الخاص بها بشكل غير متماثل: يبدأ التكاثر عند الطرف 3' من أحد الخيوط باستخدام بروتين تمهيدي. يزيح شريط الحمض النووي الابنة المتنامي شريطًا أمًا ويشكل ازدواجًا كاملاً مع الشريط الأم الآخر. يتكرر الشريط النازح أيضًا ويشكل ثنائيًا.

2. فيروسات الهربس لها جينوم خطي مع تكرارات نهائية. بعد دخولها إلى النواة، يتم قطع هذه التكرارات جزئيًا ودمجها معًا لتكوين دنا مزدوج دائري. بعد ذلك، يحدث النسخ باستخدام آلية "الحلقة المتداول". أثناء نضوج الجسيم الفيروسي، يتم قطع الحمض النووي الدائري ويصبح خطيًا مرة أخرى.

3. فيروسات البابوفا لها حمض نووي دائري، ويحدث تكاثره بواسطة آلية ثيتا (بشكل متماثل وثنائي الاتجاه).

4. تحتوي فيروسات البارفو على شريط DNA مفرد (إيجابي أو سلبي)، لذلك يبدأ تكاثرها عندما يشكل شريطان (“+” و “-”) من جزيئات فيروسية مختلفة حلزون DNA المزدوج.

5. تمتلك فيروسات الجدري حمضًا نوويًا مزدوجًا غير عادي، وتكون نهاياته متصلة. إن وسيط الحمض النووي المكرر، الموجود في السيتوبلازم، عبارة عن متسلسلات متصلة رأسًا برأس أو ذيلًا بذيل.

6. استخدام الفيروسات الكبدية، مثل فيروس التهاب الكبد B النسخ العكسيللنسخ المتماثل. يتكون الجينوم الخاص بهم من حمض نووي دائري مزدوج الشريط جزئيًا مع شريط سلبي كامل وشريط إيجابي غير كامل. بعد دخول الخلية، يتم إكمال الشريط الإيجابي ونسخه. تصبح نسخ الحمض النووي الريبي (RNA) قالبًا لتخليق الحمض النووي (DNA) أثناء النسخ العكسي باستخدام الإنزيمات الفيروسية.

تكاثر الفيروسات 101

ب- تضاعف جينوم فيروسات RNA

يمكن تقسيم فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA) إلى 4 مجموعات (انظر الشكل 71 ▼):

1. فيروسات الحمض النووي الريبوزي (ssRNA+) الإيجابية.

2. الفيروسات القهقرية (ssRNA + متنوعة).

3. فيروسات الحمض النووي الريبي السلبية أحادية السلسلة(الرنا الرنا-).

4. فيروسات الحمض النووي الريبوزي المزدوج (dsRNA).

يسمى الحمض النووي الريبوزي المفرد الذي يمكن أن يكون قالبًا في التخليق الحيوي للبروتين (أي بمثابة mRNA) الحمض النووي الريبي الإيجابيأو الحمض النووي الريبي +. على التوالى، الحمض النووي الريبي السلبيأو RNA – غير قادر على العمل كقالب في تخليق البروتين.

تكرار فيروسات ssRNA+ . مرة واحدة الفيروسيةالحمض النووي الريبوزي + يدخل الخلية المضيفة، ويتم ترجمته على الفور إلى بروتين بواسطة الريبوسومات. وهو يشفر البروتينات القفيصة والفيروسية.بوليميريز الحمض النووي الريبي. يحدث التكاثر المباشر للـ ssRNA الفيروسي على مرحلتين:

1. أولاً، يتم تصنيع خيط تكميلي على قالب ssRNA+ الفيروسي الإيجابيالحمض النووي الريبي السلبي(الرنا الرنا-). يتم تنفيذ هذا التوليف بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي الفيروسي.

2. ثم يتم نسخ هذا الحمض النووي الريبي السلبي ويتم تشكيل جزيئات جديدةssRNA الإيجابي+. ويشاركون في تجمع virio-

جديد هذه العملية فريدة بالنسبة للفيروسات لأنه لا توجد خلية تقوم بنسخ الحمض النووي الريبي (RNA) من الحمض النووي الريبي (RNA).

مثال على فيروس ssRNA+ هو فيروس شلل الأطفال (فيروس شلل الأطفال). تكاثر الفيروس القهقري. تحتوي الفيروسات القهقرية أيضًا على ssRNA+. ومع ذلك، من

وعلى عكس الفيروسات الأخرى المشابهة، فإنها لا تستخدمه كmRNA. تتم عملية النسخ المتماثل للفيروس القهقري على النحو التالي:

1. النسخ العكسييقوم الفيروس، الموجود داخل قفيصته، بتركيب الحمض النووي على مصفوفة ssRNA+.

2. ثم يعمل هذا الحمض النووي كقالب في تركيب الجديد ssRNA +، يعمل بمثابة mRNA ويشكل في الوقت نفسه فيروسات جديدة.

مثال على الفيروسات القهقرية هو فيروس نقص المناعة البشرية.

استنساخ الفيروسات معالحمض الريبي النووي النقال – . لا يمكن ترجمة الحمض النووي الريبوزي (RNA) لهذه الفيروسات مباشرة إلى بروتين لأنه لا تتعرف عليه الريبوسومات. تتكاثر هذه الفيروسات باستخدام الحمض النووي الريبي (RNA) الخاص بها نسخ الحمض النووي الريبي(تقع داخل القفيصة وتدخل السيتوبلازم مع الجينوم الفيروسي بعد اختراقها للخلية):

1. النسخ الحمض النووي الريبيتصنيع ssRNA+ على قالب ssRNA الفيروسي.

2. يعمل ssRNA + المركب بمثابة mRNA ويعمل كقالب في تركيب البروتينات الجديدةالحمض الريبي النووي النقال – . يتم تضمين هذا الأخير في virions.

ومن أمثلة فيروسات ssRNA فيروسات الأنفلونزا وداء الكلب. تكرار فيروسات الرنا المزدوج الجديلة. يتكون الحمض النووي الريبوزي المزدوج لهذه الفيروسات من

سلاسل RNA+ و RNA-. تتم عملية النسخ المتماثل وفقًا للسيناريو التالي:

1. بعد دخول السيتوبلازم الفيروسييستخدم بوليميريز RNA الرنا المزدوج الجديلة لتجميع ssRNA+ (يعمل الشريط السالب من الرنا كقالب). تعمل سلسلة ssRNA+ بمثابة mRNA، أي. ترجمتها الريبوسومات إلى

يمكن عمومًا اعتبار المعلومات الوراثية المشفرة في جين واحد بمثابة تعليمات لإنتاج بروتين معين في الخلية. لا تدرك الخلية مثل هذه التعليمات إلا إذا تم إرسالها على شكل mRNA. لذلك، يجب على الخلايا التي يتم تمثيل مادتها الوراثية بواسطة الحمض النووي "إعادة كتابة" (نسخ) هذه المعلومات إلى نسخة تكميلية من الرنا المرسال. تختلف فيروسات الحمض النووي في طريقة تكاثرها عن فيروسات الحمض النووي الريبي.

يوجد الحمض النووي عادة في شكل هياكل مزدوجة تقطعت بهم السبل: سلسلتان من عديد النوكليوتيدات متصلتان بروابط هيدروجينية وملتوية بحيث يتشكل حلزون مزدوج. من ناحية أخرى، يوجد الحمض النووي الريبي (RNA) عادة كهياكل مفردة. ومع ذلك، فإن جينوم بعض الفيروسات يتكون من حمض نووي ريبوزي مفرد الشريط أو حمض نووي ريبوزي مزدوج الشريط. يمكن أن تكون خيوط (سلاسل) الحمض النووي الفيروسي، مزدوجة أو مفردة، خطية أو مغلقة في حلقة.

ترتبط المرحلة الأولى من تكاثر الفيروس باختراق الحمض النووي الفيروسي إلى داخل الخلية المضيفة. يمكن تسهيل هذه العملية عن طريق إنزيمات خاصة تشكل جزءًا من القفيصة أو الغلاف الخارجي للفيريون، مع بقاء القشرة خارج الخلية أو فقدانها مباشرة بعد اختراق الخلية. يجد الفيروس خلية مناسبة لتكاثره عن طريق الاتصال بأجزاء فردية من قفيصته (أو غلافه الخارجي) مع مستقبلات محددة على سطح الخلية بطريقة "مفتاح القفل". إذا لم تكن هناك مستقبلات محددة ("متعرفة") على سطح الخلية، فإن الخلية ليست حساسة للعدوى الفيروسية: فالفيروس لا يخترقها.

ومن أجل الحصول على معلوماته الوراثية، يتم نسخ الحمض النووي الفيروسي الذي دخل الخلية بواسطة إنزيمات خاصة إلى mRNA. ينتقل mRNA الناتج إلى "المصانع" الخلوية لتخليق البروتين - الريبوسومات، حيث يستبدل "الرسائل" الخلوية بـ "التعليمات" الخاصة به ويتم ترجمتها (قراءتها)، مما يؤدي إلى تخليق البروتينات الفيروسية. يتضاعف الحمض النووي الفيروسي نفسه (يتضاعف) عدة مرات بمشاركة مجموعة أخرى من الإنزيمات، سواء الفيروسية أو تلك التي تنتمي إلى الخلية.

البروتين المركب، الذي يستخدم لبناء القفيصة، والحمض النووي الفيروسي، المتضاعف في عدة نسخ، يتحدان ويشكلان فيروسات "ابنة" جديدة. يترك النسل الفيروسي المتكون الخلية المستخدمة ويصيب خلايا جديدة: تتكرر دورة تكاثر الفيروس. بعض الفيروسات، أثناء تبرعمها من سطح الخلية، تلتقط جزءًا من غشاء الخلية الذي تم دمج البروتينات الفيروسية فيه "مقدمًا"، وبالتالي تكتسب غلافًا. أما بالنسبة للخلية المضيفة، فيتبين في النهاية أنها تالفة أو حتى مدمرة بالكامل. في بعض الفيروسات التي تحتوي على الحمض النووي، لا ترتبط دورة التكاثر في الخلية نفسها بالتكاثر الفوري للحمض النووي الفيروسي؛ وبدلاً من ذلك، يتم إدخال (دمج) الحمض النووي الفيروسي في الحمض النووي للخلية المضيفة. في هذه المرحلة، يختفي الفيروس كتكوين هيكلي واحد: يصبح جينومه جزءًا من الجهاز الجيني للخلية، بل ويتكاثر كجزء من الخلية. الحمض النوويأثناء انقسام الخلايا. ومع ذلك، في وقت لاحق، في بعض الأحيان بعد سنوات عديدة، قد يظهر الفيروس مرة أخرى - يتم إطلاق آلية تخليق البروتينات الفيروسية، والتي، بالاشتراك مع الحمض النووي الفيروسي، تشكل فيروسات جديدة.

في بعض فيروسات الحمض النووي الريبوزي (RNA)، يمكن للجينوم (RNA) أن يعمل بشكل مباشر كmRNA. ومع ذلك، فإن هذه الميزة مميزة فقط للفيروسات التي تحتوي على شريط "+" من الحمض النووي الريبي (أي، مع وجود قطبية إيجابية للحمض النووي الريبي). بالنسبة للفيروسات التي تحتوي على شريط "-" من الحمض النووي الريبي (RNA)، يجب أولاً "إعادة كتابة" الأخير في الشريط "+"؛ فقط بعد ذلك يبدأ تركيب البروتينات الفيروسية ويحدث تكاثر الفيروس.

تحتوي ما يسمى بالفيروسات القهقرية على الحمض النووي الريبي (RNA) كجينوم ولها طريقة غير عادية في نسخ المادة الوراثية: فبدلاً من نسخ الحمض النووي (DNA) إلى الحمض النووي الريبي (RNA)، كما يحدث في الخلية وهو نموذجي للفيروسات المحتوية على الحمض النووي (DNA)، يتم نسخ الحمض النووي الريبي (RNA) الخاص بها إلى الحمض النووي (DNA). يتم بعد ذلك دمج الحمض النووي المزدوج للفيروس في الحمض النووي الصبغي للخلية. في مصفوفة هذا الحمض النووي الفيروسي، يتم تصنيع الحمض النووي الريبي الفيروسي الجديد، والذي، مثل الآخرين، يحدد تخليق البروتينات الفيروسية.

الصفحة الحالية: 5 (يحتوي الكتاب على 45 صفحة إجمالاً) [مقطع القراءة المتاح: 11 صفحة]

الخط:

100% +

إشارات رابطة الدول المستقلة وخصوصية النسخ المتماثل. إن تكرار الحمض النووي الريبي الفيروسي وتعبئته هما عمليتان محددتان بشكل ملحوظ. تقوم هاتان العمليتان باختيار الجزيئات الفيروسية الصحيحة بدقة من بين آلاف الأحماض النووية الريبية الموجودة في الخلية. ويرجع ذلك أساسًا إلى وجود إشارات رابطة الدول المستقلة التي تحدد بشكل انتقائي تكرار الحمض النووي الريبي الفيروسي وتجميع الفيروس، ولكن في معظم جينومات فيروسات الحمض النووي الريبي، لم يتم تحديد هذه الإشارات بوضوح.

الإشارات التي تم تمييزها لا تتضمن تسلسلات نيوكليوتيدات خطية، ولكن هياكل ثانوية على شكل حلقات، وهياكل تشبه الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) وعقد زائفة تخلق أشكالًا جزيئية محددة ثلاثية الأبعاد يمكنها التفاعل فقط مع الإنزيمات الفيروسية والبروتينات الهيكلية الفيروسية. ومع ذلك، فإن فهم الأساس الجزيئي لخصوصية تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) وتجميع الفيريون محدود بسبب نقص المعرفة بالهياكل ثلاثية الأبعاد للحمض النووي الريبي (RNA) الفيروسي وإشاراته المؤثرة على رابطة الدول المستقلة.

البروتينات الهيكلية وغير الهيكلية للفيروسات. بحكم التعريف، يتم تضمين البروتينات الهيكلية الخاصة بالفيروس في الجزيئات الفيروسية، وتوجد البروتينات غير الهيكلية فقط في الخلايا المصابة. ومع ذلك، فإن الفيروسات ذات جينومات الحمض النووي الريبوزي سلبية السالبة، ومزدوجة القطب، ومزدوجة الجديلة تشتمل على RdRp والإنزيمات المرتبطة به في فيروسات ذريتها، وبالتالي تشفر البروتينات الهيكلية بشكل سائد أو حصري. بالإضافة إلى البوليميراز، تشتمل الإنزيمات المشفرة بالفيروسات غالبًا على واحد أو أكثر من البروتياز، وهيليكاز الحمض النووي الريبوزي، وجوانيليل ونواقل الميثيل، وبوليميراز بولي-أ، وفي بعض الأحيان نوكلياز، وفي حالة الفيروسات القهقرية، إنزيم الحمض النووي المتكامل. وفي الوقت نفسه، تم إثبات مشاركة إنزيمات الخلية المضيفة في الدورة التكاثرية للعديد من فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA).

تلتصق البروتيازات بمنتج الترجمة الأساسي الذي تكون جزءًا منه في تسلسلات (مواقع) محددة للغاية. في بعض الخلايا المصابة بالفيروسات البيكورناوية، تمنع أيضًا بشكل انتقائي تخليق بروتين الخلية المضيفة عن طريق التحلل البروتيني للبروتين المرتبط بالغطاء الخلوي. المروحيات مطلوبة بواسطة فيروسات الحمض النووي الريبوزي (RNA) الكبيرة لتعطيل اقتران القاعدة داخل الجزيئات أثناء تخليق الحمض النووي الريبي (RNA)، على الرغم من أن بعض RdRps قادرة على فك ثنائيات الحمض النووي الريبي (RNA) دون مساعدتها. يقوم كل من Guanylyl وMethyltransferases ببناء غطاء 5' على mRNA في جميع فيروسات RNA حقيقية النواة تقريبًا، باستثناء فيروسات picornavirus، التي لا يكون الحمض النووي الريبي الخاص بها متوجًا، وفيروسات orthomyxo- وbanyaviruses، التي تسرق الغطاء من mRNA الخلوي من خلال نوكلياز داخلي خاص بالغطاء. في النهاية 3' من mRNA لمعظم الفيروسات الحيوانية يوجد مسار poly-A، في حين أن فيروسات RNA النباتية عادة ما يكون لها بنية تشبه tRNA. عادة ما يحدث عديد الأدينيلات نتيجة تفاعل جانبي (انزلاق) للـ RdRp الفيروسي، وليس نتيجة عمل بوليميراز poly-A، كما هو الحال في فيروسات الجدري.

بروتينات الخلية المضيفة. يمكن أن تلعب بروتينات الخلية المضيفة دورًا مهمًا في تكرار فيروسات الحمض النووي الريبوزي (RNA). وتجدر الإشارة إلى أنه في الأنظمة الفيروسية المختلفة تشارك بروتينات خلوية مختلفة في هذه العملية. المثال الأكثر وضوحًا هو تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) للبكتيريا Qb وMS2، حيث، بالإضافة إلى بولي ببتيد واحد خاص بالعاثية، هناك حاجة إلى أربع وحدات فرعية خلوية لضمان نشاط البوليميراز: بروتين الريبوسوم S1. بكتريا قولونيةواثنين من عوامل استطالة الترجمة وبروتين ربط الحمض النووي الريبي (RNA). في بعض الفيروسات حقيقية النواة، قد تشارك عوامل الترجمة المضيفة أيضًا في تكرار الحمض النووي الريبي (RNA). على سبيل المثال، في فيروسات البرومو (فيروسات النبات)، ترتبط الوحدة الفرعية لعامل البدء eIF-3 بـ RdRp وتزيد من نشاطها. في الخلايا المصابة، تتفاعل العديد من البروتينات المضيفة الأخرى مع تسلسلات النيوكليوتيدات الطرفية للـ RNA الفيروسي. من بينها البروتينات المرتبطة بالبولي-A والبولي بيريميدين، والكرليتيكولين والبروتينات Ro وL، التي تتفاعل مع RNAs النووية الصغيرة. على الرغم من أنه تجدر الإشارة إلى أن التمييز بين التفاعلات العشوائية وتلك التي تلعب أدوارًا وظيفية غالبًا ما يكون صعبًا.

أغشية الخلايا المضيفة. على عكس النسخ المتماثلة للعاثية، يرتبط RdRp للفيروسات حقيقية النواة دائمًا بالهياكل فوق الجزيئية: أغشية الخلايا المضيفة في فيروسات RNA (+)، والقفيصة النووية في فيروسات RNA (-)، والجزيئات تحت الفيروسية في فيروسات lncRNA. تخضع الأغشية داخل الخلايا للخلايا المصابة بالفيروسات التي تحتوي على جينوم RNA (+) لإعادة توزيع سريعة، وتشكل مواقع تثبيت لمجمعات النسخ الفيروسي. عندما تنفصل هذه المجمعات عن الأغشية، فإنها تفقد القدرة على تحفيز تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) الحقيقي، على الرغم من أنها غالبًا ما تحتفظ بقدرة محدودة على نسخ قالب الحمض النووي الريبي (RNA). في دراسة لعدوى الفيروس nodavirus، تمت استعادة نشاط تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) الحقيقي لـ RdRp المنقى جزئيًا عن طريق إضافة فسفوليبيدات الجلسرين إلى مستخلص خالٍ من الخلايا. دعمت هذه النتائج فكرة أن تنظيم الغشاء يلعب دورًا مركزيًا في (+) تكرار الحمض النووي الريبي (RNA). تم الحصول على نفس الاستنتاج عندما تم تثبيط تكرار الحمض النووي الريبي لفيروس شلل الأطفال بواسطة البريفيلدين A، الذي يمنع تفاعلات الغشاء داخل الخلايا. على الرغم من أن الدور المحدد للأغشية غير واضح، فمن المحتمل أنها تستطيع تسريع تجميع مجمعات النسخ عن طريق تقليل وقت العملية وفصل الجزيئات الوليدة عن القوالب.

آليات تكرار جينومات الحمض النووي الريبي. كما ذكرنا سابقًا، يتم تكرار جينومات الحمض النووي الريبوزي (RNA) بواسطة RdRp خاص بالفيروس، والذي يمكن أن يكون جزءًا من الفيريون أو يحدده الجينوم. على عكس الإنزيمات التي تنسخ الحمض النووي باستخدام مادة تمهيدية، فإن معظم RdRps يمكن أن تبدأ في تصنيع الحمض النووي الريبي (RNA). من جديد. الاستثناء هو RdRp الخاص بفيروسات picornavirus، والذي يستخدم بروتينًا فيروسيًا صغيرًا (VPg) مرتبطًا تساهميًا باليوراسيل لبدء عملية التوليف. تتم إزالة VPg أثناء ترجمة الجينوم ولكن يتم الاحتفاظ به أثناء تغليف الجينوم.

ومن المثير للاهتمام، أنه في فيروسات التوغا (فيروس Sindbis)، يتم تكرار الحمض النووي الريبوزي (+) RNA في مرحلة تخليق الشريط السالب (تكوين RF) فقط من خلال نسخة انتقالية من RdRp، والتي تتم معالجتها لاحقًا بروتينيًا، مما يؤدي إلى تبديل خصوصية القالب لـ RdRp. RdRp لتوليف خيوط إيجابية.

تكرار (+) فيروسات شلل الأطفال RNA .

فيروسات شلل الأطفال هي فيروسات صغيرة (27 نانومتر)، غير مغلفة، عشرونية الوجوه، تصيب الفقاريات. الجينوم عبارة عن RNA خطي مفرد الجديلة ذو قطبية إيجابية. عند النهاية 5 بوصة، يرتبط الحمض النووي الريبي RNA تساهميًا بالبروتين الجينومي الطرفي من خلال بقايا التيروزين؛ أما النهاية 3 بوصة فهي متعددة الأدينيلات (الشكل 8).

يتم إجراء النسخ/النسخ للجينوم بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبوزي (RNA)، الذي يتم تحديده بنهاية الجينوم مقاس 3 بوصات، والذي تتم ترجمته مباشرة بعد دخول الفيروس إلى الخلية. في المرحلة الأولى من النسخ، يتم تشكيل RF مزدوج الجديلة بسبب تركيب الشريط السالب، الذي يبدأ من خلال ربط جزيء اليوراسيل بالبولي 3 بوصة والنهاية.

الشكل 8 - مخطط تكرار الحمض النووي الريبي لفيروس شلل الأطفال

بالإضافة إلى بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA)، تقوم الخلية بتصنيع بروتين منخفض الجزيئي (VPg) طرفي خاص بالفيروس، والذي يرتبط بجزيء اليوراسيل من خلال التيروزين. يتم استخدام هذا الهيكل بواسطة بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) كتمهيد - أي أن البدء النهائي يحدث باستخدام تمهيدي بروتين النيوكليوتيدات. يحدث التوليف مع إزاحة السلسلة. يتم استخدام جزيئات الحمض النووي الريبوزي (+) الناتجة كmRNA قبل تراكم كمية كافية من البروتينات الخاصة بالفيروس، وبعد ذلك تبدأ في تغليفها بالجسيم الفيروسي.

تجدر الإشارة إلى أن المخطط المعروض لتكرار الحمض النووي الريبي الجينومي (+) لفيروسات شلل الأطفال ليس عالميًا. تختلف جينومات الحمض النووي الريبي (+) الفيروسي في تنظيم الهياكل الطرفية مقاس 5 بوصة و3 بوصة، مما يحدد ميزات تكرارها المرتبطة ببدء التوليف.

تكرار (-) جينومات الحمض النووي الريبي (RNA). .

يمكن أن تكون جينومات الحمض النووي الريبوزي (-) الفيروسية متواصلة أو مجزأة. في جميع الحالات، يكون الحمض النووي الريبي (RNA) جزءًا من البروتين النووي الريبي، الذي يحدد خصائص تكراره، نظرًا لأن الحمض النووي الريبي (RNA) منزوع البروتين لا يمكن أن يعمل كقالب للبوليميراز. جميع الفيروسات التي تحتوي على (-) جينوم RNA لها بوليميريز RNA المعتمد على RNA، والذي يعد جزءًا من RNP. للحصول على جينوم كامل الطول، يجب تصنيع حبلا مكرر كامل الطول. ومع ذلك، في المرحلة الأولى من الدورة الإنجابية، يعمل الحمض النووي الريبوزي (-) الجينومي كقالب للنسخ، والذي يستمر مع المعالجة اللاحقة للرنا المرسال، ولا يمكن أن يكون بمثابة قالب لتخليق نسخة كاملة الطول. يبدأ تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) التكراري كامل الطول (+) فقط بعد تراكم البروتينات الفيروسية المقابلة التي تمنع الإنهاء المبكر للحمض النووي الريبي (RNA) في المناطق الداخلية للمطرس. كيف يحدث هذا لا يزال مجهولا. يحدث تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) المضاد للجينوم والجينومي كجزء من RNP.

تكرار lncRNAs فيروس reovirus .

الفيروسات الريوية هي جسيمات ثنائية القفيصة (60-75 نانومتر) ذات تناظر عشروني الوجوه، وهي تصيب الفقاريات واللافقاريات والنباتات. يتكون الجينوم من 10-12 قطعة من lncRNA.

يرتبط تكرار LncRNA ارتباطًا وثيقًا بالنسخ، وهي مرحلته الأولى.

1 يتم تصنيع (+) الحمض النووي الريبوزي (+) RNA على قالب مزدوج الشريط وفقًا لنوع محافظ دون إزاحة الشريط ويحدث كجزء من جسيم فيروسي أحادي القفيصة بمشاركة البروتينات الأساسية - بوليميريز الحمض النووي الريبي (RNA) الفيروسي المعتمد على الحمض النووي الريبي (VP2) و غوانيديل ترانسفيراز (VP3). يترك mRNA الجسيم عبر مسام القفيصة الداخلية.

2 يتحد RNA الزائد مع البروتينات الأساسية وغير الهيكلية (NS) المركبة حديثًا. عندما ينضج الفيريون، يقوم بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) بتصنيع خيوط ناقصة على قالب الحمض النووي الريبي (+) باستخدام آلية الإصلاح، وسحبه داخل القفيصة المشكلة. يمكن للجسيم أحادي القفيصة المتكون أن يبدأ مرة أخرى في تخليق الحمض النووي الريبي (RNA) الزائد.

كما هو الحال في فيروسات شلل الأطفال، فإن الطريقة المقدمة لتكرار جينوم الفيروس reovirus ليست عالمية بالنسبة للفيروسات ذات جينوم lncRNA. على سبيل المثال، في العاثيات φb، يتم تركيب الخيوط الزائدة على الازدواج الأبوي وفقًا لنموذج شبه محافظ ويرتبط دائمًا بإزاحة الشريط السابق من (+) RNA.

3.7.1.3 المبادئ الأساسية وآليات تكرار جينومات الحمض النووي الفيروسي

أثناء عملية النسخ، تقوم فيروسات الحمض النووي بتنفيذ عدة خطوات غير موجودة في فيروسات الحمض النووي الريبي. بالنسبة لمعظم فيروسات الحمض النووي، تشمل الاستراتيجيات الوراثية ما يلي: نقل الحمض النووي الفيروسي إلى نواة الخلية، وبدء النسخ من هذا الحمض النووي، وتحفيز نسخ الجينات الفيروسية الإضافية، وإعداد الخلية لتضاعف الحمض النووي الفيروسي، ومضاعفة جينوم الحمض النووي، وتعبئة الجينات الفيروسية. الحمض النووي إلى فيريونات، وإطلاق الجزيئات الفيروسية من النواة. بالإضافة إلى ذلك، طورت العديد من فيروسات الحمض النووي آليات فريدة للتهرب من الدفاع المناعي للجسم والقدرة على التسبب في الأورام لدى الحيوانات. في عملية العلاقات الحميمة مع مضيفيها، تستغل الفيروسات الأنظمة التنظيمية الخلوية الرئيسية وتغتصب العمليات الخلوية المهمة. وفي هذا الصدد، توفر دراسة الجوانب المختلفة لتكاثر فيروس الحمض النووي معرفة أساسية جديدة حول العمليات الجزيئية التي تحدث في الخلية، بما في ذلك التعبير الجيني وتكرار الحمض النووي والتحكم في دورة انقسام الخلية.

تحضير الخلايا لتضاعف الحمض النووي الفيروسي. أثناء العدوى الفيروسية المنتجة، يمكن للعديد من فيروسات الحمض النووي إنتاج 100000 نسخة جينوم أو أكثر في غضون أيام قليلة من جزيء جينوم واحد. وهذا يتطلب عمل العديد من البروتينات، بما في ذلك بروتينات ربط الحمض النووي والبوليميراز، بالإضافة إلى إمدادات وفيرة من النيوكليوتيدات. يحدث تكاثر بعض فيروسات الحمض النووي فقط في الخلايا التي تكرر الحمض النووي الخاص بها بشكل طبيعي، وبالتالي توفر البيئة الخلوية اللازمة لتضاعف الحمض النووي الفيروسي. وتعتمد فيروسات الحمض النووي الأخرى أيضًا بشكل كبير على أنظمة تكرار الحمض النووي الخلوي، لكن هذه الفيروسات تقوم بتشفير البروتينات التي تحفز دورة انقسام الخلايا. وأخيرًا، فإن بعض أكبر فيروسات الحمض النووي تستخدم بشكل محدود جهاز النسخ الخلوي لأنها تشفر نفسها نسخًا فيروسية من العديد من البروتينات الأساسية.

تتضمن المجموعة الأولى من الفيروسات أبسط فيروسات العائلة التي تحتوي على الحمض النووي الفيروسات الصغيرة، والتي لها جينوم خطي مفرد تقطعت به السبل. يمكن لفيروسات البارفو استنساخ الحمض النووي الخاص بها وتنفيذ دورة معدية كاملة فقط في الخلايا الموجودة في مرحلة تكرار الحمض النووي - أي في المرحلة S من دورة الخلية.

في الواقع، لا يتم تنشيط التعبير الجيني الفيروسي حتى تدخل الخلية الطور S ويتم تحويل جينوم الحمض النووي الفيروسي إلى RF مزدوج الشريط، وهو قالب النسخ. ومع ذلك، على عكس الفيروسات الأخرى، التي تتطلب من الخلايا نسخ الحمض النووي الخاص بها بشكل فعال، فإن فيروسات البارفو غير قادرة على تحفيز الخلايا للدخول إلى الطور S. وفي هذا الصدد، لا يمكنهم إجراء تكاثر ناجح إلا إذا دخلوا خلية تقوم بالفعل بتصنيع الحمض النووي. بعض فيروسات البارفو، وخاصة الفيروس المرتبط بالأدينا (AAV)، لديها متطلبات أكثر صرامة ويمكن أن تتكاثر فقط في وجود مساعد، أو فيروس غدي أو فيروس الهربس، الذي تعمل منتجاته الجينية على تنشيط التعبير الجيني لفيروس بارفو وتكرار الحمض النووي.

فيروسات الحمض النووي الأخرى، من أجل تهيئة الظروف لتكرار الحمض النووي الخاص بها، تحفز الخلايا على الانقسام. بالنسبة لهذه الفيروسات، يكون تكاثر الحمض النووي الفيروسي نتيجة للتفاعلات بين بروتينات التكاثر الخلوي والبروتينات الفيروسية التي تشارك بشكل مباشر في التكاثر، بالإضافة إلى البروتينات البادئة المتمركزة في أصل التكاثر لجهاز التكاثر الفيروسي. تعمل فيروسات الحمض النووي هذه على إعادة توصيل جهاز النسخ في الخلية من أجل التكاثر الفيروسي من خلال الانخراط في تفاعلات البروتين البروتين مع الجزيئات التنظيمية الخلوية الرئيسية، والتي يعمل بعضها كمرافقات، مما يسمح لها بتثبيت مجمعات البروتين. في كثير من الأحيان، تؤدي هذه التفاعلات إلى تحييد البروتينات المثبطة للورم الخلوي مثل عامل النسخ p53 وأعضاء عائلة بروتين الورم الأرومي الشبكي (Rb)، ونتيجة لذلك، تنشيط نمو الخلايا.

عادةً ما تعمل البروتينات الفيروسية التي تحفز الحالة التكاثرية للخلية على تعطيل أفراد عائلة Rb P105Rb وp107 وp130. يؤدي تعطيل نشاط Rb إلى منع قمع انقسام الخلايا ويسمح بالنسخ بوساطة E2F، مما يحفز التعبير عن العديد من البروتينات الخلوية المطلوبة للمرحلة S، بما في ذلك بوليميريز الحمض النووي α، وثيميدين كيناز، وريبونوكليوتيد اختزال، وسينسيز ثيميديلات. بعض البروتينات الفيروسية، مثل E1A للفيروسات الغدانية وE7 لفيروسات الورم الحليمي البشري، ترتبط مباشرة ببروتينات Rb وتثبط وظيفتها، وبالتالي تنشط E2F. تنظم البروتينات الفيروسية الأخرى نشاط الكينازات المعتمدة على السيكلين (Cdks)، والتي تحفز فسفرة Rb، مما يؤدي إلى تنشيط E2F ونسخ الجينات الخاضعة للتنظيم E2F. يمكن لعدد من البروتينات الفيروسية التأثير بشكل غير مباشر على تنظيم دورة انقسام الخلايا. على سبيل المثال، تمنع بروتينات E1B-55KB وE4orf6 من الفيروسات الغدية وE6 من فيروسات الورم الحليمي عمل عامل النسخ p53 من خلال التفاعل مع CBP/p300، وهو منشط مساعد لجين p53. يؤدي إلغاء وظيفة p53 إلى انخفاض التعبير عن مثبط انقسام الخلايا p21 (مثبط مجمع Cdk-cyclin)، وبالتالي تنشيط Cdk، وبالتالي انتقال الخلايا إلى المرحلة S. وبالمثل، يربط E1A الفيروس الغداني p27، وهو مثبط Cdk، مما يحيد آثاره. لا يقوم مستضد T الكبير للفيروس القردي SV40 بربط وتعطيل Rb وp53 فحسب، بل يؤدي أيضًا العديد من الوظائف المطلوبة مباشرة لتكرار الحمض النووي الفيروسي. يتم استخدام آلية أخرى بواسطة المستضد T الأوسط لفيروسات الورم الحليمي وبروتين E5 لفيروسات الورم الحليمي البقري. تعمل هذه البروتينات على تنشيط سلسلة الإشارات التي تتوسطها مستقبلات عامل النمو وربما تحفز التعبير عن الوحدة الفرعية التنظيمية Cdk، cyclin D، وبالتالي تحفيز نشاط Cdk والفسفرة في بروتينات عائلة Rb. يبدو أيضًا أن بعض بروتينات فيروس الهربس والفيروس الكبدي تحفز شلالات الإشارة عن طريق تنشيط بروتينات نقل الإشارة داخل الخلايا NFKB وP21ras وpp60c-src.

إن تحفيز مجموعة من بروتينات النسخ الخلوي له عواقب وخيمة على الخلية المضيفة، والتي تضطر إلى تكرار الحمض النووي. عندما يتم الحفاظ على الإشارة التكاثرية بشكل مستمر، على سبيل المثال في الخلايا غير المتسامحة غير القادرة على دعم تكرار الحمض النووي الفيروسي، قد تخضع الخلايا لتحول مستمر. وبالتالي، فإن العديد من فيروسات الحمض النووي لا تحفز الخلايا الساكنة للخضوع لدورات انقسام متكررة فحسب، بل إنها تقوم أيضًا بتحويل الخلايا في المزرعة وتسبب الأورام في الحيوانات. إن القدرة المبلغ عنها للعديد من فيروسات الحمض النووي المنتجة للورم على تحفيز نمو الخلايا غير المحدود ليست سمة من سمات التكاثر الفيروسي الطبيعي، ولكنها تمثل استجابة خلوية شاذة للعدوى الفيروسية. وبناءً على ذلك، فإن فيروسات البارفو، غير القادرة على تحفيز تكاثر الحمض النووي الخلوي، هي من بين فيروسات الحمض النووي القليلة التي لا تقوم بتحويل الخلايا. ومع ذلك، فإن قدرة الفيروسات على تحفيز تخليق الحمض النووي الخلوي لا ترتبط دائمًا بقدرتها على تحويل الخلايا. على سبيل المثال، بعض فيروسات الهربس تحفز تخليق الحمض النووي، والبعض الآخر لا تفعل ذلك، ومع ذلك فهي في الواقع تمنع الانقسام السريع للخلايا. مثل هذه الفيروسات الكبيرة، بقدرتها الكبيرة على التشفير، قادرة على خلق البيئة المناسبة لتضاعف الحمض النووي الفيروسي دون تنشيط جهاز النسخ الخلوي.

متطلبات النيوكليوتيدات لتكرار الحمض النووي. كما هو موضح أعلاه، تتطلب فيروسات البارفو أن تكون الخلايا في الطور S للتكاثر، وتحفز فيروسات الورم الحليمي والفيروسات المتعددة والفيروسات الغدية الخلايا للدخول إلى الطور S، الأمر الذي يتطلب تركيزات عالية من ثلاثي فوسفات الديوكسينوكليوزيد (dNTPs) لتخليق الحمض النووي. من خلال تأثيرها على أعضاء عائلات البروتين Rb وE2F، تحفز فيروسات الورم الحليمي والفيروسات الغدية تخليق إنزيم اختزال ريبونوكليوتيد، وهو ضروري للحفاظ على مستويات dNTP كافية لتكاثر الفيروس. في المقابل، فإن فيروسات الهربس وفيروسات الجدري قادرة على التكاثر في الخلايا أثناء الراحة. أحد أسباب قدرة هذه الفيروسات على تجاوز متطلبات المرحلة S هو قدرتها على تشفير الإنزيمات اللازمة لتخليق dNTP، وريبونوكليوتيد اختزال، وثيميدين كيناز. في حالات فيروس الهربس وفيروس الهربس النطاقي/الحماق النطاقي، يعد ثيميدين كيناز الفيروسي هدفًا رئيسيًا للعلاج الكيميائي المضاد للفيروسات لأن هذا الإنزيم الفيروسي يفسفر نظائرها النيوكليوزيدية مثل الأسيكلوفير بكفاءة أكبر من الإنزيمات الخلوية. عند تحويلها إلى شكل الفوسفات، فإن نظائرها من dNTP تضر بشكل انتقائي بتكاثر الحمض النووي لفيروسات الهربس.

بغض النظر عن نوع جينوم الحمض النووي، فإن وحدة تكرارها هي ما يسمى نسخة طبق الأصل - وحدة الجينوم القادرة على التكاثر المستقل. النسخ المتماثل هو تسلسل نيوكليوتيد يقع بين أصل النسخ المتماثل (الأصل أو ori) ونهاية النسخ المتماثل (النهاية). تنقسم عملية تكرار الحمض النووي إلى ثلاث مراحل: بدء السلسلة، استطالة السلسلة وإنهاء التوليف. تنفذ الفيروسات ذات الأنواع المختلفة من جينومات الحمض النووي استراتيجيات النسخ الأصلية. في هذه الحالة، يتم ملاحظة السمات الرئيسية أثناء بدء التوليف.

المبادئ الأساسية لتكرار جينومات الحمض النووي الفيروسي.

بدء تخليق الحمض النووي. تقوم معظم فيروسات الحمض النووي حقيقية النواة (باستثناء فيروسات الجدري) بنسخ جينوماتها في النواة. يبدأ تكرار جينومات الحمض النووي الفيروسي في نقاط أوري محددة.

على عكس الأصول الخلوية، التي يتم تنشيطها مرة واحدة خلال دورة الخلية، يمكن للأوريس الفيروسي أن ينطلق عدة مرات خلال دورة النسخ المتماثل الواحدة. لا يمكن أن يحدث بدء تخليق سلسلة الحمض النووي إلا في وجود التمهيدي لبوليميراز الحمض النووي. يختلف نوع التمهيدي وطريقة تكوينه بين الفيروسات المختلفة ويحدد تفرد أنظمة التكاثر الفيروسي. هناك ثلاث طرق رئيسية لبدء تخليق الحمض النووي (انظر الفقرة 3.7.1.1، ص 63).

لا تختلف استطالة السلسلة أثناء تكرار الجينوم الفيروسي بشكل أساسي عن عملية تخليق الحمض النووي الخلوي. يتم استخدام الإنزيمات والبروتينات الإضافية وبروتينات النسخ التي تنتمي إلى كل من الخلية المضيفة والفيروس. عادة ما يتم تصنيع الحمض النووي بواسطة بوليميريز الحمض النووي α المعتمد على الحمض النووي. الخاصية الرئيسية للتخليق هي قطبيته، حيث يتم إضافة النوكليوتيدات التالية إلى الطرف 3 من السلسلة المتنامية. وهذا يعني أن اتجاه التركيب ينتقل من 5'- إلى نهاية 3'، القراءة - من 3'- إلى نهاية 5'. ترتبط ميزات تركيب الخيوط التكميلية بطريقة البدء. في مصفوفة dsDNA، يحدث التوليف من خلال تكوين شوكة النسخ (الشكل 9) أو مع إزاحة الشريط على مصفوفة ssDNA، من خلال آلية الإصلاح.

في شوكات النسخ، يتم نسخ شريط واحد (الشريط الرئيسي) بشكل مستمر في الاتجاه من الطرف 5' إلى الطرف 3'. نظرًا لأنه يجب أيضًا تصنيع الشريط الآخر (الشريط المتأخر) من النهاية 5' إلى النهاية 3'، فإنه يتم نسخه بشكل متقطع، مما يؤدي بشكل متكرر إلى بدء عملية التوليف وربط أجزاء أوكازاكي القصيرة. يتم ضمان تخليق الحمض النووي في شوكة النسخ بواسطة مجموعة كاملة من بروتينات الإنزيم، والتي يمكن أن يكون لها أصول مختلفة. تستخدم فيروسات الحمض النووي الصغيرة بروتينات النسخ الخلوي. يعد تكاثر الفيروس الورمي المتعدد SV40 هو الأفضل الذي تمت دراسته، حيث تم التعرف على بروتينات التكاثر المعنية في نظام خالٍ من الخلايا في المختبر.

الشكل 9 - مخطط تكرار الحمض النووي باستخدام شوكة النسخ

لقد ثبت أن 10 بروتينات تشارك في تكرار الحمض النووي SV40. تسعة منها ذات أصل خلوي: بوليميريز الحمض النووي α (المسؤول عن بدء تخليق الحمض النووي عند النقطة الشرقية وتوليف الشريط المتأخر)؛ بريميز (يرتبط ببوليميراز الحمض النووي ويهيئ تخليق شظايا أوكازاكي) ؛ بوليميريز الحمض النووي د (المسؤول عن تخليق الشريط الرئيسي وإكمال تخليق شظايا أوكازاكي) ؛ المستضد النووي للخلية التكاثرية (PCNA)، الذي يرتبط ببوليميريز الحمض النووي d ويشكل حلقة حول الحمض النووي، مما يزيد من عملية البوليميراز؛ عامل النسخ المتماثل غير المتجانس C - RF-C (يربط حلقة PCNA بالحمض النووي ويحفز البلمرة د)؛ RPA - بروتين ربط ssDNA؛ RNase H (يزيل جميع النوكليوتيدات باستثناء واحد من التمهيدي RNA)؛ نوكلياز خارجي FEN-1، المعروف أيضًا باسم MF-1 (يزيل الريبونوكليوتيد المتبقي)؛ DNA ligase I (شظايا أوكازاكي) ؛ توبويسوميراز I و/أو توبويسوميراز II (يزيل اللف الفائق أثناء التوليف). البروتين الفيروسي الوحيد المطلوب لتضاعف الحمض النووي SV40 هو مستضد T الكبير، الذي يتمتع بخصائص هيليكاز ويضمن تفكيك البنية المزدوجة الجديلة عند شوكة النسخ.

توفر الفيروسات الأخرى نفسها تقريبًا جميع بروتينات شوكة النسخ. على سبيل المثال، يتم التوسط في مرحلة الاستطالة لتكاثر الحمض النووي للفيروس الغدي في المختبر بواسطة وحدة فرعية من الفيروس الغداني من بوليميريز الحمض النووي، وهو بروتين ربط الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل للفيروس الغداني والذي يمكن أن يزيد من إنتاجية البوليميراز، والتوبويسوميراز الخلوي الأول أو الثاني. ترجع هذه البساطة جزئيًا إلى الطبيعة غير العادية لتكاثر الحمض النووي للفيروس الغدي، حيث لا يوجد تخليق خيط متأخر.

تزود فيروسات الحمض النووي الكبيرة نفسها بإنزيمات النسخ إلى حد أكبر. على سبيل المثال، تقوم فيروسات الهربس بتشفير بوليميراز الحمض النووي، وعامل الاستطالة، ومركب هيليكاز بريميز، وبروتين ربط الحمض النووي المفرد، وربما عدد من البروتينات الفيروسية الأخرى التي لم يتم التعرف عليها.

إنهاء التوليف. في حالة الجينومات الدائرية، يتم تبسيط نهاية التوليف وتباعد الجينومات، نظرًا لأن تخليق السلسلة الوليدة يتم في دائرة وفي نهاية دورة كاملة عند نقطة أوري أو أثناء التكاثر ثنائي الاتجاه في منتصف الخط. الحلقة، يتم محاذاة وربط الأطراف 3' و 5' للخيط المُصنَّع حديثًا. يتم فصل الحلقات المرتبطة الزوجية بواسطة التوبويزوميراز. في الحمض النووي الخطي المُصنّع باستخدام بادئات الحمض النووي الريبي (RNA)، تكون الأمور أكثر تعقيدًا. تؤدي إزالة التمهيدي RNA إلى إنتاج جزيء DNA مع نتوء عند الطرف 3' وفجوة عند الطرف 5'. تم اقتراح طريقتين لإكمال التكرار بتكوين نسخة كاملة من قالب القالب: استخدام concatamers أو من خلال تشكيل دبوس الشعر.

مخططات النسخ المتماثل الأساسية للفيروسات الجينومية DNA.

1 البدء الطرفي باستخدام آلية التحضير الذاتي.

2 البدء النهائي باستخدام بروتين نيوكليوتيد (B-N) التمهيدي.

3 آلية حلقة المتداول.

4 مخطط كيرنز.

5 النسخ المتماثل من خلال التكامل.

1 النسخ المتماثل باستخدام البدء الطرفي باستخدام آلية البذر الذاتي (الشكل 10). تمتلك الفيروسات الصغيرة هذا النوع من تكرار الحمض النووي الجينومي، حيث يتم تمثيل الجينوم بواسطة ssDNA خطي، والذي يحتوي على تسلسلات ذاتية التكامل في كلا الطرفين تشكل هياكل دبوس الشعر. يحتوي الطرف 3' من الحمض النووي على تسلسل فريد من 125 نيوكليوتيدات في الحجم، مما يشكل بنية دبوس شعر مزدوجة الجديلة على شكل حرف T، والتي تعمل بمثابة التمهيدي لبوليميراز الحمض النووي.

يقوم بوليميراز الحمض النووي، نتيجة للتوليف الإصلاحي للسلسلة التكميلية، بإعادة إنشاء مزدوج، حيث ترتبط كلتا السلسلتين تساهميًا في أحد طرفيهما. في هذه الحالة، لا يتم استخدام الجزء 3'-الطرفي من الجينوم الأبوي كقالب. وبالتالي، لم يحدث بعد التكاثر الكامل للجينوم الفيروسي. في الخطوة التالية، يُحدث إنزيم خاص بالفيروس كسرًا في الشريط الأصلي عند الحدود بين الأجزاء المكررة وغير المكررة من التسلسل (بين 125 و126 نيوكليوتيدات).

الشكل 10 - مخطط المراحل الأولى لتكاثر الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل لفيروسات البارفو

تصبح النيوكليوتيدات الطرفية الـ 125 للجينوم الأبوي جزءًا مشروطًا من السلسلة المركبة حديثًا، ويتم استخدام الطرف 3 من السلسلة الأبوية المتكونة على هذا النحو لتجديدها. ونتيجة لهذه التفاعلات، يظهر شكل نسخي متفرق مزدوج الجديلة من الحمض النووي الفيروسي (الشكل 10). ويتبع ذلك سلسلة من التفاعلات، بما في ذلك تكوين بادئ الحمض النووي على شكل "آذان أرنب" في أحد الأطراف، وتوليف سلسلة جديدة مع إزاحة الأصل، وتكوين شكل متكرر آخر. يتم استخدام الشكل التكراري الثاني من الحمض النووي كقالب لمزيد من تخليق الحمض النووي الفيروسي، ويدخل الجزيء المفرد الذي تم إزاحته من الازدواج إما إلى الدورة التكاثرية أو يصبح جزءًا من الجسيم الفيروسي الابن.

2 النسخ المتماثل باستخدام البدء الطرفي باستخدام بروتين نيوكليوتيد تمهيدي (الشكل 11). يُلاحظ هذا النوع من تكرار الحمض النووي الجينومي في الفيروسات الغدية، والتي يتم تمثيل جينومها بواسطة dsDNA الخطي، والذي يتكرر بشكل مقلوب عند الأطراف 5' والبروتينات الجينومية المرتبطة تساهميًا بـ مم. 55 كيلو دالتون.

في الخلية المصابة بفيروس غدي، يتم تصنيع بروتين خاص بالفيروس يزن 80 كيلو دالتون، والذي يرتبط عبر سيرين بالديوكسي سيتيدين. الهيكل الناتج ب-سر – dCTPهو التمهيدي الذي، من خلال السيتوزين، يرتبط بشكل تكاملي مع الغوانوزين ذو الطرف الثالث للجينوم ويبدأ في تخليق سلسلة الحمض النووي.

يمكن أن يحدث البدء في أي من طرفي الحمض النووي الأصلي ويمكن أن يحدث إما في وقت واحد أو بالتتابع. مع البدء المتسلسل، يكون تركيب السلسلة الابنة مصحوبًا بإزاحة إحدى السلاسل الأصلية، ويحدث تركيب السلسلة التكميلية على مصفوفة مفردة الجديلة باستخدام آلية الإصلاح. وفي الوقت نفسه، تتم مناقشة آلية أخرى لتوليف الشريط الثاني. يحتوي الحمض النووي الأبوي الأحادي الجديلة المستبدل على تكرارات مقلوبة ذاتية التكامل في الأطراف، والتي تصلب، وتستعيد النقطة المزدوجة الجديلة أوري، التي تتعرف عليها بروتينات البدء التي تضمن تخليق ثنائي الوالدين والابنة. وهكذا، يتم نسخ كل مزدوج أصلي بشكل شبه متحفظ.

الشكل 11 - مخطط تكرار جينوم الفيروس الغدي

ومع ذلك، تستمر العملية دون تركيب السلسلة المتأخرة، أي. دون تكوين مواقع بدء متعددة وتوليف أجزاء أوكازاكي.

3 تكرار الجينومات الدائرية باستخدام آلية الحلقة المتدحرجة (الشكل 12). الحلقة المتدحرجة هي طريقة للنسخ المتماثل حيث تقوم شوكة النسخ بإجراء العديد من الدورات على قالب دائري. يحل الشريط المُصنّع في كل دورة محل السلسلة السابقة (المتجانسة) للجزيء المزدوج الشريط المُصنّع في الدورة السابقة، مما يشكل ذيلًا يتكون من مجموعة من التسلسلات المكملة لحلقة القالب المفردة الشريط. وبشكل عام، فإن استنساخ الدائرة المتدحرجة يمر بالمراحل التالية:

الشكل 12 - مخطط تكرار جينوم الحمض النووي باستخدام آلية الحلقة المتدحرجة

1 يُحدث إنزيم خاص بالفيروس فاصلًا منفردًا في موقع فريد في الشريط الأبوي للشكل التكراري.

2 يظل الإنزيم مرتبطًا بالنهاية 5'، ويعمل النوكليوتيدات 3' المنطلقة بمثابة تمهيد لبوليميراز الحمض النووي.

يضيف بوليميريز الحمض النووي 3 نيوكليوتيدات مكملة للشريط المغلق، أي أنه يتم تصنيع الشريط الرئيسي فقط. يتم إزاحة الطرف 5' من الشريط الأصلي. لوحظ تكوين جزيئات سيجما (δ).

4 بعد أن تكمل شوكة النسخ ما يزيد قليلاً عن دورة كاملة، ينغلق الشريط النازح على شكل حلقة، وينتقل الإنزيم إلى الشريط المُركب حديثًا وتتكرر الدورة. وبالتالي، فإن الشريط المركب حديثًا، والذي يحتوي على تسلسل جينومي، يصبح أحد مكونات الترددات اللاسلكية، ويظهر الجزء السابق (الأبوي) في شكل حر.