病毒复制

北京大学医学部北京大学医学部PekingUniversityHealthScienceCenter病毒复制病毒复制Thereplicationofvirus北京大学医学部病原生物学系邹清华邹清华[e-mail]ellentCurriculumMedicalMicrobiologyExcellentCurriculum精品课程医学微生物学病毒的复制病毒的复制复制（liti）复制（replication）病毒在细胞内由病毒基因组引导合成病毒核酸、蛋白质及其它病毒结构成分，在宿主细胞质内或核内装配成熟，释放到细胞外的增殖方质内或核内装配成熟，释放到细胞外的增殖方式。复制周期复制周期从病毒体侵入细胞到子代病毒体生成释放，称为一个复制周期。复制周期1、吸附复制周期1、吸附2、穿入3、脱壳4、生物合成合成5、组装、组装6、释放、释放病毒的复制周期•复制早期：识别吸附穿入脱壳病毒的复制周期复制早期：识别、吸附、穿入、脱壳。•复制晚期：生物合成、装配、病毒包膜芽生和释放。¾隐蔽期：病毒脱壳后进入复制的生物合成阶段，此时电镜法在细胞内查不到完整病毒颗粒血清学方法测不到病毒法在细胞内查不到完整病毒颗粒，血清学方法测不到病毒的抗原，也没有感染性，称为隐蔽期（Eclipse period）。¾潜隐期：从病毒进入细胞至释放子代病毒前，细胞外无感染性病毒存在，此段时间称为潜隐期（latent period）。p病毒单周期生长曲线病毒的异常增殖病毒的异常增殖顿挫感染（abortiveinfection）顿挫感染（abortive infection）病毒基因组不完整或发生了改变。宿主细胞缺少病毒复制所需要的酶能量等条件宿主细胞缺少病毒复制所需要的酶、能量等条件。以上两方面因素使病毒进入宿主细胞后不能在细胞内完成增殖的全过程或不能装配出有感染性的病毒体病毒体。伪病毒颗粒(pseudovirion)病毒衣壳包裹一段宿主细胞的DNA形成的病毒颗粒。缺陷性干扰颗粒（defectiveinterferingparticles，DIP）（defective interfering particles，DIP）经过一个复制周期，一个细胞可产生高达10 万个子代病毒，但只有1%~10%病毒具有感染性，其他无感染性的病毒称为缺陷颗粒(defectiveparticles)感染性的病毒称为缺陷颗粒(defective particles)，通常由变异和装配错误所致。缺陷病毒本身不能复制，但却能干扰同种成熟病毒体进入细胞或在细胞内增殖殖。吸附（adsorption）※是病毒体感染并侵入细胞的第一步，是病表病白细表吸附（adsorption）毒体表面病毒吸附蛋白与细胞表面受体特异结合的过程。※决定病毒的嗜组织性和宿主特异性病毒吸附蛋白（VAP）细胞受体（receptor）AttachmentCD4bindingCo-receptorMembraneAttachmentCD4bindingCoreceptorbindingMembranefusionHIV120识别辅助受体HIV gp120识别辅助受体裸露病毒的吸附裸露病毒的吸附裸露病毒体通过衣壳蛋白吸附细胞脊髓灰质炎病毒表面深凹的皱褶裸露病毒体通过衣壳蛋白吸附细胞脊髓灰质炎病毒表面深凹的皱褶包膜病毒的吸附包膜病毒的吸附包膜病毒体通过包膜糖蛋白吸附细胞甲型流感病毒血凝素与唾液酸受体结合流感病毒神经氨酸（NeuAc）血凝素唾液酸受体血凝素敏感细胞NeuAc-α2,3-GalNeuAc-α2,6-GalNeuAc-α2,3-GalNeuAc-α2,6-GalNeuAcα2,6Gal甲型流感病毒的血凝素能与多种不同细胞表面的唾液酸结合黄热病毒森林脑炎病毒流行性乙型脑炎病黄热病毒、森林脑炎病毒、流行性乙型脑炎病毒能与多种动物细胞表面的受体结合，包括节肢动物、爬行动物、两栖动物、鸟类和哺乳动物等，因此，这些病毒不仅能感染多种动物，而且还能感染蚊子和其他昆虫而且还能感染蚊子和其他昆虫。穿入穿入(penetration)病毒体吸附在宿主细胞膜上后，可通过数种穿入方式进入细胞：方式进入细胞：1包膜的病毒1.无包膜的病毒一般经过细胞膜吞入如腺病毒小RNA病般经过细胞膜吞入，如腺病毒、小RNA病毒等无包膜病毒胞吞(病毒胞吞形成的吞噬空泡)(病毒胞吞形成的吞噬空泡)2.有包膜的病毒2. 有包膜的病毒•包膜与宿主细胞膜融合，病毒的核衣壳直接膜宿胞膜融合，毒核衣壳接进入细胞浆内•病毒胞饮: 细胞膜吞入(1) 膜融合后进入(2)病毒胞饮(病毒胞吞形成的吞噬空泡)脱壳（uncoating）脱壳（uncoating）不同病毒脱壳方式不一多数在宿主细胞溶酶体酶作用不同病毒脱壳方式不一，多数在宿主细胞溶酶体酶作用下脱壳，释放出基因组核酸。(1)溶酶体酶直接裂解经过膜融合后进入的衣壳;(2)溶酶体酶也可注入吞噬空泡内将衣壳裂解(2)溶酶体酶也可注入吞噬空泡内,将衣壳裂解•脱壳位置脱壳位置–DNA病毒：细胞核病毒细胞质–RNA病毒：细胞质•脱壳时间与细胞受体结合时即启动：脊髓灰质炎病毒–与细胞受体结合时即启动：脊髓灰质炎病毒–部分脱壳：呼肠孤病毒–痘病毒：病毒本身酶合成mRNA，合成脱壳酶生物合成（biosynthesis）•病毒基因组旦从衣壳中释放后就利用宿主细胞提生物合成（biosynthesis）•病毒基因组一旦从衣壳中释放后，就利用宿主细胞提供的低分子物质合成大量的病毒核酸和结构蛋白。•早期，病毒复制合成所必需的复制酶和一些抑制蛋白•生物合成阶段病毒处于隐蔽期•生物合成阶段，病毒处于隐蔽期•根据病毒基因组如何转录成mRNA、如何指令合成蛋白质，病毒的生物合成过程可基本归为6大类：双链DNA病毒、单链DNA病毒、单正链RNA病毒、单负DNA病毒、单链DNA病毒、单正链RNA病毒、单负链RNA病毒、逆转录病毒和双链RNA病毒。第I类：双链DNA病毒•痘病毒科痘病毒科•疱疹病毒科腺病毒科•腺病毒科•乳头状病毒科乳头状病毒科•T4噬菌体等dsDNA病毒复制示意图病毒DNA早期mRNA转录(核内)翻译(胞质)细胞的依赖DNA的RNA多聚酶早期蛋白:DNA多聚酶和调节蛋白(胞质)复制多聚酶聚酶和调节蛋白制子代DNA晚期mRNA转录晚白病毒翻译晚期蛋白质(病毒结构蛋白)细胞核内的依赖DNA的RNA多聚酶多聚酶第II类单正链RNA病毒第II类:单正链RNA病毒‹基因组RNA直接具有mRNA功能多顺反先译成个大白经切割‹属于多顺反子，先翻译成一个大蛋白，经切割形成成熟的蛋白。‹可直接附着于宿主核糖体上转译出病毒结构蛋白和非结构蛋白（依赖RNA的RNA多聚酶），故白和非结构蛋白（依赖RNA的RNA多聚酶），故病毒核酸本身具有感染性。包括:SARS病毒和脊髓灰质炎病毒等第III类:单负链RNA病毒•RNA 病毒必须具有自身的RNA 依赖的RNA 聚合酶(RNA-dependentRNApolymerase,合酶(RNAdependent RNA polymerase, RdRp) 才能复制。单负链RNA病毒本身携带有依赖RNA的RNA•单负链RNA病毒本身携带有依赖RNA的RNA多聚酶，病毒核酸本身不具有感染性。•包括: 流感病毒, 腮腺炎症病毒和狂犬病毒等本身携带依本身携带依赖RNA的RNA多聚酶RdRp 的校读(proofreading) 能力很低，合成核酸时其碱基的错配率是DNA 聚合酶的1 万倍。病毒复制过程中，RNA 病毒的变异速度可达DNA 病毒的100 万倍以上。所以，同一种RNA 病毒毒粒与毒粒间的基因序列并所以，种因序列并不完全相同。因此，某种RNA 病毒实际上是一组起源相同，遗传上密切相关但其基因序列不完全相同的源相同，遗传上密切相关但其基因序列不完全相同的病毒群，即准种(quasispecies)。+ssRNA第IV类:逆转录病毒+ssRNA+ssRNA:-ssDNA逆转录酶+细胞的tRNA为引物RNA酶H降解亲代RNA；逆转录+ssRNA:ssDNARNA酶H降解亲代RNA；逆转录酶以-ssDNA为模板合成+ssDNA-ssDNA:+ssDNA整合酶将dsDNA整合到细胞染色体Provirus前病毒NFKB和LTR的作用+ssRNANF-KB和LTR的作用HIV的复制+ssRNA用作病毒基因组合成结构蛋白第V类:单链DNA病毒第V类:单链DNA病毒ssDNA病毒的特点：种类很少,仅人类输血传染病毒(TTV)为ssDNA病毒;先以亲代ssDNA为模板, 合成一个互补链形成中间型dsDNA, 然后解链, 由新合成互补链为模板复制出子,然后解链,由新合成互补链为模板复制出子代ssDNA,转录mRNA和翻译合成病毒蛋白质。第VI类:双链RNA病毒dRNA病毒的特点第VI类:双链RNA病毒dsRNA病毒的特点：人类病毒中只有呼肠孤病毒属于此类病毒基因组共人类病毒中只有呼肠孤病毒属于此类, 病毒基因组共有10~12个非重叠的dsRNA节段组成。每个节段均可由病毒自身的RNA多聚酶转录出不同的RNA可由病毒自身的RNA多聚酶转录出不同的mRNA;dRNA病毒只有其负链RNA复制出正链RNA再由dsRNA病毒只有其负链RNA复制出正链RNA,再由正链RNA复制出新负链RNA. 故其复制不遵循DNA半保留复制的原理子代RNA全部为新合成的RNA半保留复制的原理, 子代RNA全部为新合成的RNA。装配（assembly）装配assembly：核衣壳形成的过程装配（assembly）装配assembly：核衣壳形成的过程病毒装配的位置和机制取决于病毒核酸复制的位机核置以及病毒有无包膜•大部分DNA病毒在细胞核内组装：如腺病毒•大部分RNA病毒在细胞浆内组装：如脊髓灰质炎病毒大部分病毒在细胞浆内组装：如脊髓灰质炎病毒•有些病毒在细胞核膜上组装：如疱疹病毒也有病毒在细胞膜上组装如流感病毒•也有病毒在细胞膜上组装：如流感病毒¾装配方式¾有些无包膜病毒的结构蛋白能形成不含核酸的空壳结构，称为前衣壳(procapsid)，然后再由病毒基因充填，完成病毒的装配病病结白病，如微小RNA 病毒，但此类病毒也通过结构蛋白包绕病毒基因而装配。¾逆转录病毒、披膜病毒和负链RNA病毒的核衣壳是由结构蛋白包绕病毒基因而装配，然后由包膜包裹。¾装配过程中能发生错误，产生无核酸的毒粒或基因缺陷的毒粒。缺陷病毒能占据病毒合成场所，从而干扰或陷的毒粒。缺陷病毒能占据病毒合成场所，从而干扰或阻止病毒的合成，这种缺陷病毒称缺陷干扰颗粒。释放（release）释放（release）包膜病毒通过“出芽”方式释放裸病毒：通过细胞裂解释放包膜病毒：通过“出芽”方式释放细胞融合绝大多数无包膜病毒释放一次同步破坏宿主细胞膜绝大多数无包膜病毒释放，一次同步，破坏宿主细胞膜，细胞迅速死亡。绝大多数有包膜病毒以出芽方式释出时包上细胞核膜或细胞膜而成为成熟病毒。逐个释出，非一次同步，细胞死亡胞膜而成为成熟病毒。逐个释出，非次同步，细胞死亡缓慢。狂犬病病毒破膜而出或被外排狂犬病病毒破膜而出或被外排流感病毒出芽释放复制周期Summary1.掌握病毒复制的概念1.掌握病毒复制的概念2.掌握病毒复制周期每个阶段的特点3.其他概念：AbortiveinfectionDIPDIP