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1、Molecular Virology,华中师范大学生科院,分子病毒学,1,行业学习,目录,第一章 概论 第二章 病毒的形态结构 第三章 病毒吸附宿主及内化过程 第四章 病毒的基因组复制 第五章 病毒基因的表达 第六章 病毒装配和释放 第七章 病毒感染与机体抗病毒免疫 第八章 病毒感染的病理与治疗,2,行业学习,Basic process of viral assemble and release,2-capsid formation,3-genome packaged into capsid,4-acqure envelope,1- structural unit formation,6-ma
2、turation,5-release,3,行业学习,病毒的组装 Assembly,装配：在宿主内，合成一个完整的病毒粒子需要的各个组分按照一定一定方式进行组装形成一个新的病毒粒子的过程； 2. 装配过程中，结构蛋白首先形成一个结构单元（structural unit）；然后多个结构单元再组装成不成熟的前衣壳，经过一定修饰，形成成熟的衣壳。 3. 装配位置因病毒不同而异，主要取决于病毒在胞内复制位点和释放机制: 胞质中装配：picornaviruses, poxviruses & reoviruses 核中装配：adenoviruses, polyomaviruses & parvoviruse
3、s it 胞膜位置装配：HIV,4,行业学习,病毒的自组装和辅助组装Self-Assembly and Assisted Assembly,VP1 pentamers in SV40,1-有的病毒蛋白一级结构序列含有足够的自组装信息。 比如，VP1在 E-coli表达, 分离出来的VP1 就是五聚体，在体外就可组成类-衣壳的结构 2-尽管对病毒结构蛋而言，自组装是基本机制，但还需要病毒的或细胞的其他组分参与组装，起辅助作用。,5,行业学习,参与病毒组装的辅助成分,病毒成分： - 基因组 RNA （ 作为装配时的支架（scaffold）- ssRNA viruses and Retrovirus
4、 assembly). 或与结构蛋白互作）-. 细胞成分 - 胞膜 结构蛋白与细胞膜发生关联（association ），对某些蛋白衣壳装配是必需的,6,行业学习,- Cellular and Viral proteins,参与病毒组装的辅助成分,7,行业学习,- Cellular and Viral proteins,参与病毒组装的细胞辅助成分,分子伴侣,8,行业学习,- Cellular and Viral proteins,参与病毒组装的病毒辅助成分,分子伴侣,支架蛋白,9,行业学习,病毒支架蛋白Scaffolding Protein,是病毒装配必须成分 支架蛋白：参与核衣壳或衣壳的装配
5、，但后来又被移除，所以这类蛋白称为支架蛋白。 举例 -VP22a , HSV-1 - L1 52/55-kDa, Adenovirus,10,行业学习,Herpes virus,11,行业学习,1 结构单元（structural unit)的组装-机制 -由单一蛋白（individual proteins） -或长肽多聚蛋白（polyprotein）组装 - 由细胞或病毒的分子伴侣（Viral Chaperone or Cellular Chaperone）协助,第一步 蛋白衣壳的装配,12,行业学习,SV40病毒衣壳五聚体的组装 -来自单个蛋白,表达,组装,13,行业学习,腺病毒II型 衣壳
6、五聚体的组装 -来自单个蛋白,14,行业学习,脊髓灰质炎病毒衣壳结构单元组装 -来自于长肽寡聚蛋白-,15,行业学习,腺病毒II型 衣壳六聚体的组装 -分子伴侣辅助,16,行业学习,17,行业学习,第二步：形成衣壳或核衣壳,18,行业学习,Bacteriophage T4 ,鞘机基盘的组装,头部组装,尾丝组装,19,行业学习,Bacteriophage T4 progressively more complex structures are formed in a stepwise mechanism,对许多病毒而言，衣壳结构中间体很难分离或,20,行业学习,第三步：包装基因组和其它病毒成分,
7、21,行业学习,- sequence at the 5 end of Retrovirus is the major packaging signal.,反转录病毒RNA基因组上的包装信号,22,行业学习,螺旋对称杆状衣壳的装配 （helical capsids）,以TMV为例： 衣壳的装配围绕基因组进行 1. 衣壳蛋白首先形成一个盘状结构,由17个亚单位（ subunits，capsomers，衣壳粒）组成 2. 合成好的基因组RNA被捕获到盘状结构的中心，挂在盘子的“内壁”上（基因组内部的一个位点与内壁结合）； 以盘状结构为中心，向两个方向延伸，堆积结构单元，延长杆状结构 延长过程中，RN
8、A基因组从上下两个方向分别不断被拉伸进入螺旋结构的内壁,23,行业学习,5,3,盘状结构（起始结构）,合成好的基因组RNA,上,下,衣壳向两个方向延伸 基因组的两端也贴着衣壳内壁，向两个方向延伸，嵌合在衣壳内壁中,特定序列,24,行业学习,TMV assembly,25,行业学习,二十面体球状衣壳和基因组的组装,外壳先装配，基因组再插入 结构单元（ capsomer subunits）围绕着支架蛋白（ scaffolding protein）进行初级组装成前衣壳（ procapsid） 支架蛋白被从衣壳中移除（再利用），形成一个中空衣壳。 基因组塞入中空衣壳 。这个过程需要能量和衣壳一定的构象
9、的变化。,某些病毒蛋白（核酸酶活性）可以识别基因组的包装信号序列，并与之结合形成复合体；再与空衣壳的门户蛋白发生相互作用，把基因组拉伸进入衣壳；当一倍长度的基因组拉伸进入衣壳时，在复合体中核酸酶切割下其余部分；门户蛋白被帽蛋白取代，核衣壳组装完毕,26,行业学习,Fig.p72,前衣壳到变成成熟的衣壳需要一定病毒编码的蛋白水解酶（成熟蛋白酶）的参与，将一些前衣壳中的蛋白进行酶切，会导致衣壳结构发生微小的改变或稳定性发生微弱改变，这个过程中伴随着基因组的进入。,支架蛋白,门户蛋白,27,行业学习,单纯疱疹病毒DNA基因组的包装,长独特区,短独特区,重复序列中含有包装信号序列（ pac1, pac
10、2 ）, 重复序列在基因组上由多个拷贝（短独特区US只有一个拷贝）,单纯疱疹病毒基因组复制是形成多拷贝的基因组头尾相连的多连体DNA 基因组包装信号（ pac1, pac2 ）位于基因组末端重复序列中。两侧还有正向重复序列（DR）是切割位点,28,行业学习,Step 1-2 是基因组被包装的过程启动：先有几个病毒蛋白（UL15，UL32,UL28，末端酶，或称包装蛋白，具有核酸切割活性）结合在基因组上的包装信号序列位置形成一个复合体，与衣壳上的门户蛋白portal 发生相互作用，接下来，基因组的一个正向重复序列处（DR）发生第一次切割，由复合体中的包装蛋白切下。基因组被拉入衣壳中； Step
11、3是在多连体基因组上一个全基因组位置被拖至入衣壳中后，由复合体中的包装蛋白在另一个正向重复序列处（DR）进行第二次切割。 Step 4 是由病毒编码的帽蛋白塞住衣壳出口。,单纯疱疹病毒DNA基因组的包装,29,行业学习,病毒其它组分（酶或蛋白）进入衣壳,1:有些病毒蛋白本身是结构蛋白，同时参与病毒在宿主内的复制过程。Some of these proteins are also structural proteins of the virion - 单纯疱疹病毒的VP16 protein： a major component of the virion tegument and the act
12、ivator of transcription of viral immediate-early genes. 2:它们包装进入衣壳需要特定机制： （-）RNA病毒的转录酶RNA-dependent RNA polymerase必须以非共价键与基因组或结构蛋白相互作用被包装进去，进入宿主后才可独立发挥作用,(-) strand RNA viruses,30,行业学习,1. 有的病毒（如 疱疹病毒）是在细胞核中进行装配，所以它们出核膜时就会获得一层包膜； 2. 其它包膜病毒衣壳装配可以发生在胞质中，有的如HIV发生在包膜上，所以可以从内质网膜或细胞膜上获得包膜结构. 注意：,这些脂膜上必须有病毒
13、编码的糖蛋白后期表达蛋白，在高尔基体上修饰后，随着液泡系运输到膜系中,第四步 获得包膜,31,行业学习,跨膜蛋白是在粗面内质网上合成：当在核糖体上合成出来就插入到内质网中，在内内质网中糖基化。转移到高尔基体进行进一步修饰和折叠，然后转运到细胞膜上,病毒包膜中的糖蛋白的形成和转运,32,行业学习,HSV：Herpesviruses在核内包装,冠状病毒E1在内质网上包装,33,行业学习,机制一: 大多数包膜病毒，包装和获得衣壳是在时空上是分开的过程,e.g. Influenza virus/VSV,第四步 获得包膜,34,行业学习,机制二：反转录病毒，装配和获得衣壳及出芽在时空上是同时的（coin
14、cident）.,第四步 获得包膜,35,行业学习,反转录病毒装配和包膜的获得及出芽释放,衣壳,囊膜,基因组,膜上的跨膜糖蛋白,36,行业学习,除植物病毒要设法突破植物细胞壁的障碍外，其它病毒从宿主中释放一般采用的机制有： -裂解细胞： (most non-enveloped viruses), 宿主细胞完全破裂，病毒出来（噬菌体）-嗜菌斑 细胞空斑 -出芽：(Enveloped viruses）-病毒粒子释放时在细胞膜胞质侧向外顶出形成芽状（细胞膜包裹着病毒粒子），离开细胞时就可以 获得相应的囊膜， -运输泡: 病毒在释放前先进入一个胞外运输泡（intracellular vesicle ）
15、，再通过细胞运输泡系统运出到胞外。,第五步 病毒释放,37,行业学习,空斑形成,机制一 裂解细胞释放,第五步 病毒释放,38,行业学习,包膜病毒出芽释放- pull- or push-机制,第五步 病毒释放,出芽点：病毒糖蛋白插入包膜，产生拖的力量，把包膜拖出一个芽结构 内部病毒结构蛋白粘附与出芽点，产生一个推的力量,机制二,39,行业学习,反转录病毒出芽释放,衣壳,囊膜,基因组,膜上的跨膜糖蛋白,40,行业学习,包膜病毒在内膜系统上出芽,第五步 病毒释放,在核膜，内质网膜上， 高尔基体膜上插入病毒糖蛋白，病毒出芽获得包膜结构， 进入运输系统（膜泡运输） 优点：避开对宿主细胞胞质膜的糖蛋白修饰
16、，减少免疫系统监视 内膜没有细胞骨架附着，出芽更方便 具有独特的脂成分,41,行业学习,第五步 病毒释放,裸病毒,SV40 机制三： 病毒进入转运小泡-transport vesicles ，与膜融合释放出来,42,行业学习,Release of Enveloped Viruses,HSV：Herpesviruses在核内包装，穿过核膜时的出芽（在核膜上获得包膜），在内质网上和高尔基体形成运输泡（A)，还可能是从核膜上获得包膜又被溶解，经过高尔基体时获得包膜，被运输泡运出去。,43,行业学习,流感病毒释放时包膜上的神经氨酸酶的作用,神经氨酸酶（NA 蛋白）具有酶的活性，作为唾液酸糖苷酶，清除病
17、毒颗粒表面糖蛋白上及感染细胞表面的唾液酸，防止病毒粒子的聚集，以及有助于病毒粒子的释放 NA与HA（血凝素）是流感病毒亚型分型的重要指标,44,行业学习,NA 是一种糖苷外切酶 ,可以从糖苷键上除去唾液酸残基,流感病毒释放时，新病毒颗粒移向细胞表面，仍通过血凝素-唾液酸键进行结合。唾液酸神经氨酸酶的主要作用是催化裂解存在于唾液酸末端、N-乙酰基神经氨酸及相邻糖基间的酮苷连接桥，从而促进病毒在呼吸道的传播 ,因为该键的断裂使病毒从感染的细胞中释出，并阻止病毒从宿主细胞释出后的聚集。 神经氨酸酶还可通过裂解呼吸道黏膜中的唾液酸 ,灭活呼吸道黏液的黏液素(能抑制血凝素活性) ,使呼吸道黏液的活性减除
18、 ,阻止病毒灭活 ,有助于病毒颗粒移向靶细胞 ,防止游离的病毒颗粒凝集在一起 ,促进病毒渗入呼吸道上皮细胞及其在呼吸系统的扩散。通过这种方式 ,感染在体内扩散。神经氨酸酶对流感病毒致病性也有作用 ,它能改变另一种表面糖蛋白血凝素的糖基部分 ,从而增强一些菌株的毒力。,药物作用靶标-寻找NA的抑制剂，通过阻断NA ,可使病毒颗粒聚集在一起 ,黏着于细胞表面 ,不能感染其他细胞。由于 NA 的活性可被特异性的抑制物或抗体所抑制 ,从而使 NA 丧失吸附融合复制装配和出芽等功能 ,因此根据这一特点 ,国内外研究出许多抗流感药物,45,行业学习,第六步 病毒成熟,包装好的病毒颗粒如果没有感染性，称为
19、未成熟的病毒体 若变成有感染力的病毒毒体，则需要蛋白水解处理 蛋白水解过程涉及到病毒蛋白水解酶的作用,46,行业学习,病毒粒子成熟 Maturation,1. 成熟过程常常涉及病毒粒子结构的改变（对前衣壳进行特定位点的切割）或构象的变化. 2. 这种变化可以导致衣壳发生一些可以检测到的变化：比如成熟前后，抗原性（antigenicity）或核蛋白与基因组的聚集（condensation）性质会发生变化； 3. 病毒成熟过程中主要使用病毒编码的蛋白酶，有时也需要病毒或宿主的其他组分来参与这个过程,47,行业学习,第五章 复习要点,1 病毒衣壳包装需要的步骤有哪些？举例说明衣壳蛋白自组装过程需要哪
20、些辅助组分？ 2 病毒释放的机制有哪几种？ 3 病毒成熟过程需要什么成分的参与？ 4 描述TMV和球状衣壳和基因组的包装过程是怎样的？ 5 描述单纯疱疹病毒如何利用基因组上包装信号进行基因组的包装 6 描述HIV的包装和释放过程 7 病毒获得包膜的过程 8 病流感病毒包膜上的神经氨酸酶对病毒释放传播是至关重要的，为什么？,48,行业学习,第五章 结束,49,行业学习,The replication of adenovirus,50,行业学习,Review based on the contents of Chapter II -chapter IV and literatures you ca
21、n find Summarize the taxonomy, structure, genome organization , infectious cycles of animal virus listed below: SV40 virus, adenovirus, herpes virus , hepadnavirus, poliovirus, human Influenza A virus, HIV , rhabdovirus and poxvirus,51,行业学习,Release of Enveloped Viruses,1 Budding at plasma membrane:
22、Release of enveloped virus particles from the plasma membrane is a complex process that comprises induction of membrane curvature by viral components ( bud formation), bud growth and fusion of the membrane. Budding strategies: - Type I: Alphaviruses both the envelope glycoproteins and internal capsi
23、d are essential, interaction between gp and capsid cooperates to driven budding. - Type II: Such as Gag-dependent budding of retroviruses, requires only internal matrix or capsid proteins. - Type III: Budding can be driven by envelope proteins, a mechanism done by the envelope protein of coronaviruses, mouse hepatitis virus. - Type IV: It is driven by matrix proteins, but its proper functioning depends on additional components such as gps.( Orthomyxoviruses and rhabdoviruses ).,Step 5: Release of Viruses particles,52,行业学习,