病毒基因组.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十一章 病毒的分子生物学,概述,第一节 病毒粒子的结构,第二节 病毒的基因组,第三节 病毒的复制,第四节 病毒基因的表达,概述,概念,(virus),：一类亚显微专性寄生物,病毒粒子,(,virions,),由蛋白质和核酸,(RNA/DNA),构成,由预先形成的组分装配而成,(,而非,“生长”或分裂,),能量代谢和蛋白合成,(,核糖体,),依赖于寄主,分子水平的病毒学：,蛋白与蛋白,蛋白与核酸,蛋白与酯类,的互作,病毒粒子结构,基因组合成与表达,对寄主细胞的影响,起源及发展,第一节 病毒粒子的结构,一、病毒粒子的功能,粒子外壳保护,genome,免受破坏,物理、化学各种酶类,衣壳,(,capsid,),含多拷贝蛋白亚基,个别亚基的损伤只造成侵染性的有限破坏,衣壳与对寄主细胞的识别和侵染初期的互作有关,病毒附着蛋白、细胞受体（衣壳的某种结构形式）,二、衣壳的对称性和病毒的结构类型,大部分病毒衣壳有处于最低能级状态的最适结构形式,对称结构,作用力：疏水、静电、少量共价键,1,、螺旋体衣壳,TMV,为螺旋体对称病,毒结构的典型代表,有较为稳定的直径和,螺距参数,2,、,20,面体（等轴体）衣壳,20,个三角形沿一个球形表面,排列而成的立体形状,相同亚基、立体旋转对称,并非严格几何学意义的,20,面体,3,、包膜病毒,前两种,“,裸露,”,病毒粒子成熟时会导致寄主细胞的,死亡、崩溃或溶解,包膜病毒以出芽方式不造成寄主细胞的完全毁坏,类脂膜：防止水分丧失、酶类降解,生物活性,-,识别寄主细胞上受体分子,4,、其他复杂病毒,第二节 病毒的基因组,一、病毒基因组的结构的复杂性,结构复杂性的体现,组成：单双链,一条线环状分子,分离存在的几个分子,单链病毒基因组：正意（与,mRNA,核苷酸序列相同）,负意,双意,长度：,3500NTs,280Kb,所使用的遗传密码与寄主匹配或被识别,存在断裂基因和,mRNA,的,3,加尾,受到体积最小化的压力,普遍的重叠基因,二、,DNA,病毒基因组,1,、双链、线性,DNA,病毒基因组（,Euk,.,）,e.g.,包疹病毒（不同亚科,105,280Kb,）,腺病毒,30,38Kb 30,40,个基因,有末端结合蛋白复制起始,不同基因使用少量的启动子,通过选择性拼接表达多种蛋白,a),Euk,.,b,）,Prok,.,e.g.,噬菌体、,T4,噬菌体,基因组的末端序列有重要作用,噬菌体,cos,位点,（形成,DNA,多联体被包装进病毒颗粒）,2,、单链、环状,DNA,病毒基因组,M13,噬菌体,T4,噬菌体,末端丰余,（末端复制、,被包装的稍大于完整基因组）,3,、线性单链,DNA,病毒基因组,细小病毒：约,5Kb,含一定比例的正意链（双意）,4,、双链环状,DNA,病毒基因组,多瘤病毒：约,5Kb,以最小空间包含了,最大量的遗传信息,三、正链,RNA,病毒,占已知病毒总数的,70,以上,（有无包膜、基因组分段或不分段）,大小受到,RNA,脆弱性质的限制,比较小,30Kb,（冠状病毒）,3.5Kb,（,Q,噬菌体）,复制精确性较差，突变比例高于,DNA,基因组,基因组生物学共同特征：,a),正意,RNA,可直接翻译蛋白质,b),经提纯的裸露,RNA,对敏感寄主细胞具有侵染性,c),复制在,RNA,编码的,RNA,聚合酶,(,RdRp,),参与下不对称复制,双链复制中间体,RI,基因组结构,5,帽子，,3,尾,3,UTR,为负意链合成所必须,冠状病毒为最长的,RNA,病毒,27,30Kb,Virion,Structure,（,SARS,）,N:,Nucleocapsid,M:Membrane glycoprotein,S:Spike glycoprotein,E:Small envelope glycoprotein,病毒比病毒学家更聪明。病毒在自然界的历史比人类要久远的多，它们更清楚如何在这个世界上生存,-,赖明诏,“,冠状病毒研究之父,”,赖明诏,美国的冠状病毒教科书不少出自他手。,1975,年以来，他一直从事冠状病毒的研究，对牛、猪、鸡、猫、老鼠等多种动物体内的冠状病毒有比较深入的了解。在得到,“,非典,”,冠状病毒的基因序列图后，他发现其基因片段组成部分来自老鼠和禽类体内的冠状病毒基因,;,四、负链,RNA,病毒,病毒间差异比正链,RNA,病毒更大,有较大基因组，编码更多的遗传信息,（十几到二十几,Kb,）表达难度,普遍存在分段基因组,经提纯的病毒基因组,RNA,都不具有侵染性,（未感染细胞不含,RdRp,）,有些为双意基因,各段,RNA,的分子数目,在病毒提纯物中不等,量存在,绝大部分不存在,5,帽子和,3,尾,（双意除外）,五、分段和多组分病毒基因组,分段（,segmented,）病毒基因组：基因组被分为两个,或两个以上的不同的核酸分子，但被包装在同一个病,毒粒子中,多组分（,multipartite,）病毒基因组：基因组分段后,的每个基因组片段包装在不同的病毒颗粒中,分布广泛：在人、动物和植物的病原物中都有存在,只在植物病毒中少量存在,颗粒大小上经常存在差异（基因组片段长度）,病毒基因组分段的优缺点,a,）降低包装压力,b,）降低了造成断裂的可能性，提高编码能力,c,）要求所有单个基因组片段必须被包装到一个病毒颗粒中,否则丢失,多组分病毒的有效侵染涉及所有不同病毒粒子,六、逆转录病毒,1970 Howard,Temin,和,David Baltimore,逆转录酶依赖于,RNA,的,DNA,聚合酶（,RdDp,）,1,、逆转录病毒,1,）二倍体病毒含两个基因组,RNA,拷贝,2,）还含一细胞,tRNA,逆转录合成,DNA,时的引物,3,）结构和组成,a)gag,基因病毒颗粒核心蛋白，即,DNA,结合蛋白,b),pol,基因与核酸合成和重组有关蛋白,(,多肽复合体,),逆转录酶、整合酶、,RNaseH,c),env,基因病毒颗粒被膜,d)R,10,80base,（不同病毒）的正向重复,e)U3,、,U5,一定长度,f)PBS,反转录时,tRNA,引物的,3,端结合位点,4,）逆转录过程,a),tRNA,与,PBS,结合，反转录,合成部分,DNA,负链,b),RNase,降解病毒,RNA5,末端,c),第一次跳跃,d),负链,DNA,继续合成,e)RNA,被降解，,U3,左边留下片段,作引物合成部分正链,DNA,f),第二次跳跃正链,DNA,与负链,的另一端结合,g),完成正链合成,LTR,末端,5),逆转录只能在脱壳的病毒核心颗粒中完全转换成双链,DNA,逆转录病毒核衣壳内的两条,RNA,的构象决定了,6),pol,基因产物使,双链,DNA,转座到细胞染色质,产生,原病毒,整合的为线状结构,7),逆转录对逆转录病毒的重要遗传作用,a),RdDp,的高度易错复制导致快速的遗传分化,b),以两条,RNA,作为逆转录的模板导致重组（链的突变）,8),病毒释放转录产生全长的,mRNA,U3,内含启动子,R,区内含加尾信号,表达全过程：,SSRNARNA/,DNAdsDNA,整合,mRNA,翻译包装,2,、,HIV,3,、具有逆转录过程的,DNA,病毒基因组,DNA,肝炎病毒和花椰菜花叶病毒,DNA,肝炎病毒基因组,a),为有缺口的双链,DNA,，含一逆转录酶,b),基因组为所有已知病毒中最小,负意链,3.0,3.3Kb,正意链,1.7,2.8Kb,非环状,HBV,Pre-S1,、,Pre-S2,、,S,3,种表面抗原蛋白基因,C,核心蛋白,P,逆转录酶,X,激活蛋白,dsDNA,宿主,RNApol,ssDNA(mRNA,),翻译蛋白,反转录,RNA/DNA,dsDNA,组装,宿主,DNApol,CCCDNA,第三节 病毒的复制,病毒复制过程的,8,个阶段,吸附,侵入,脱壳,复制及表达,装配,释放,成熟,由基因组复制和表达机制不同而划分的病毒类型,DNA,进入细胞核,部分转录,翻译蛋白与,DNA,结合,DNA,复制,再次转录翻译结构蛋白,组装、释放,病毒基因组类型,及复制表达途径,DNA,进入细胞核,dsDNA,转录翻译早期蛋白,再次转录翻译结构蛋白,依赖于衣壳蛋白的,ssDNA,合成,组装、释放,第四节 病毒基因的表达,一、遗传信息的表达,病毒与寄主细胞间最主要的互作在细胞器官中,进行核酸和蛋白质的合成,在有限的遗传资源中，通过严格的定量和时间、空间,上的高度特异性，实现对表达的调控,弥补遗传资源不足的方式,a),能够高效启动或阻遏基因表达的正、负调控信号,b),经常含有重叠阅读框的基因组,c),常常包含在其它基因中的调控信号,d),由一条,mRNA,合成出多种不同蛋白质的策略,二、表达的转录调控,SV40,表达的转录调控,T-,抗原,T-,抗原与复制有关,早期启动子引导表达,早期,mRNA,T,、,t,抗原,T-,抗原阻断早期启动子的转录，使其进入侵染晚期,复制起始后，晚期启动子表达,VP1,、,2,、,3,三、表达的转录后调控,1,、腺病毒的选择性拼接,（类似机制仅限于核内复制的病毒）,2,、选择性起始,mRNA,的翻译,Yp329,腺病毒基因组复制后期转录两个小,RNA,VA,RNA,VA,RNA,二者具高度二级结构，不编码任何多肽,病毒侵染细胞后刺激产生干扰素作用之一活化,一细胞蛋白激酶（已知的,DAI,或,p68,）对细胞,和病毒的翻译起始都有抑制作用,VA RNA I,与激酶结合解除其对翻译的抑制,选择性起始腺病毒,mRNA,的翻译,3,、翻译起始,AUG,前的不同序列双功能,mRNA,4,、核糖体移码机制,如：逆转录病毒转录产生两种,mRNA,经过剪接的编码包膜蛋白（其他）,未经剪接的编码,gag,、,pro,和,pol,、基因组,RNA,三基因间核糖体译码机制,a,）基因边界重复核苷酸序列如,UUUAAAC,部分核糖体经过时有,1,移码（频率较低）,滑动序列,b,）滑动序列下游,IR,形成,RNA,假结节,增加移码频率,课程结束！,复习题,1,、根据遗传物质的特性的病毒类型如何划分？,2,、,RNA,逆转录病核酸的存在形式及逆转录过程。,病毒附着蛋白与细胞受体,结合后通过,病毒外膜与细,胞膜的融合进入细胞,流感病毒的侵染,