INTRODUZIONE alla VIROLOGIA - Sezione di Microbiologia

Facoltà di Medicina e Chirurgia
INTRODUZIONE alla VIROLOGIA
Prof. Oliviero E. Varnier
WWW.MICROBIOLOGIA.UNIGE.IT Sezione di Microbiologia – Dipartimento di Scienze Chirurgiche Diagnostiche Integrate (DISC)
CLASSIFICAZIONE TASSONOMICA
Le classificazioni si basano sulle conoscenze disponibili e
quindi possono cambiare nel tempo:
morfologiche (misura, forma, presenza o assenza di
pericapside),
fisico-chimiche (peso, densità, pH, stabilità termica e ionica)
genomiche (RNA, DNA, mappa di restrizione e sequenze)
macromolecolari (funzioni e composizione delle proteine)
proprietà antigeniche
proprietà biologiche (tropismo d’ospite, di specie, d’organo e di
tessuto)
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1

Lipid bilayer
plasma
membrane
Surface
glycoprotein
Receptor-mediated endocytosis
Fusion in endosome
e.g., Influenzavirus
Lysis of endosome
e.g., Adenovirus
cytoplasm
ADSORBIMENTO VIRALE
Transporter
(membrane
channel)
External environment
Cytoplasm
Integral
membrane
protein
ENTRATA e SCAPSIDAZIONE del VIRUS
Direct uncoating
(e.g. Paramyxoviridae)
Partial uncoating; nuclear import
(e.g., HIV-1)
coated pit coated
vesicle acidification
Travels to nuclear
membrane
Signalling
receptor
1. Surface Fusione Fusion delle membrana cellulare con il pericapside virale
2. Endocitosi mediata dal recettore: fusione nell’endosoma
Uncoating
3. Endocitosi con lisi dell’endosoma
3
4
2

ASSEMBLAGGIO DEL VIRUS: GEMMAZIONE
cytoplasm
PFU/ml
10
viral
nucleo-
capsid
8
6
4
2
viral
matrix
protein
viral
glyco-
proteins
Free Virus infectious infettivo
virion libero
CURVA DI CRESCITA
Periodo di latenza
4
Periodo
di eclissi
12 20 28 36 44 50
Totale: intracellulare + extracellulare
Ore dopo l’adsorbimento
Extracellulare
5
6
3

.
EFFETTO della REPLICAZIONE VIRALE sulla CELLULA
Sebbene la modalità di fuoriuscita del virus costituisca
una fase critica per la sopravvivenza della cellula ospite,
è importante sottolineare che i virus possono provocare
all’interno della cellula ospite una vasta gamma di
alterazioni: a modificazioni antigeniche e funzionali
compatibili con la sopravvivenza della cellula fino a
lesioni strutturali e/o funzionali importanti che esitano in
una necrosi più o meno rapida
Le principali conseguenze della replicazione virale nella
cellula ospite possono essere suddivise in: alterazioni
morfologiche, alterazioni nella sintesi delle macromolecole
cellulari, alterazione della composizione
antigene, alterazione del controllo della proliferazione
cellulare.
EFFETTI DELL’INFEZIONE VIRALE NELLE CELLULE
1. LISI E MORTE: EFFETTO CITOPATICO
1. I poliovirus distruggono le celule delle corna anteriori
2. I virus respiratori uccidono l’epitelio respiratorio
2. MINIMI DANNI:
1. Il virus dell’epatite B non causa patologia nel fegato
2. La risposta immune è la causa della maggior parte dei danni
3. TRASFORMAZIONE:
1. Papillomavirus umani e tumori genitali
2. HBV e carcinoma epatocellulare
3. Virus di Epstein Barr e linfoma di Burkitt e carcinoma nasofaringeo
4. HTLV e leucemia dell’adulto a cellule T
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8
4

ASSEMBLAGGIO e MATURAZIONE del VIRUS del VAIOLO nel CITOPLASMA
LISI
F. A. Murphy, School of Veterinary Medicine, University of California, Davis.
http://www.vetnet.ucdavis.edu/fam_graphics/download.html
LIBERAZIONE
GEMMAZIONE ATTRAVERSO LA MEMBRANA
PLASMATICA
NON TUTTI I VIRIONI LIBERATI SONO INFETTIVI
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GEMMAZIONE E MATURAZIONE di HIV
DEFINIZIONI: PROTEINE VIRALI
PROTEINE STRUTTURALI
Tutte le proteine presenti nel virione maturo
PROTEINE NON-STRUTTURALI
Proteine codificate dal virus che non sono inserite
nel virione
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EFFETTI sull’OSPITE
PUÒ INIBIRE DNA, RNA O
LA SINTESI PROTEICA DELL’OSPITE
I MECCANISMI E LE MODALITÀ VARIANO
EFFETTO CITOPATICO
QUALSIASI CAMBIAMENTO IDENTIFICABILE
NELLA CELLULE OSPITI
MODIFICAZIONI MORFOLOGICHE
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ALTERAZIONI MORFOLOGICHE
Durante un’infezione virale le cellule possono andare
incontro a un cambiamento morfologico che viene definito
effetto citopatico.
Nelle colture cellulari il più comune effetto citopatico è
rappresentato da un arrotondamento delle cellule, che
appaiono molto rifrangenti.
Molte altre alterazioni possono tessere osservate: rotture
dei cromosomi, perdita di componenti intracellulari e
disaggregazione del citoscheletro.
Il blocco delle biosintesi cellulari può contribuire al danno
cellulare.
Virus incapaci di alterare la sintesi delle macromolecole
cellulari possono dare effetti citopatici molto evidenti.
ALTERAZIONI MORFOLOGICHE
Per alcuni virus, adenovirus e alcuni paramixovirus,
l’effetto citopatico è causato principalmente da
componenti strutturali, come le proteine pentoniche e la
proteina F.
In particolare, quest’ultima può dare luogo alla
formazione di un peculiare effetto, detto sinciziogeno,
nel quale le cellule si fondono a formare policariociti o
sincizi, ossia cellule giganti multinucleate.
Questo processo avviene per fusione delle membrane
citoplasmatiche a opera di glicoproteine virali inserite
sulla membrana della cellula infetta e viene nterpretato
come un meccanismo attraverso il quale le cellule
infette catturano le cellule non infette arruolandole nella
produzione di virus.
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EFFETTO CITOPATICO VIRALE
ALTERAZIONI MORFOLOGICHE
Questo processo avviene per fusione delle
membrane citoplasmatiche a opera di glicoproteine
virali inserite sulla membrana della cellula infetta e
viene interpretato come un meccanismo attraverso il
quale le cellule infette catturano le cellule non infette
arruolandole nella produzione di virus.
Oltre all’effetto citopatico alcuni virus possono portare
alla formazione di inclusioni che si localizzano nel
nucleo e/o nel citoplasma. Si tratta di masse amorfe
costituite da ammassi di proteine virali non montate
e/o di materiale cellulare alterato.
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ALTERAZIONI MORFOLOGICHE
Le inclusioni si formano anche in vivo e per molti anni
la loro presenza nelle sezioni istologiche ha
rappresentato un importante ausilio diagnostico. A tal
riguardo possiamo ricordare le inclusioni da:
rabdovirus presenti nelle cellule nervose (corpi
del Negri),
poxvirus rilevabili nelle cellule epiteliali (corpi del
Guarneri)
virus herpes simplex presenti anche loro nelle
cellule epiteliali (inclusioninucleari).
ALTERAZIONI nella SINTESI delle MACROMOLECOLE CELLULARI
Inclusioni Nucleari In Cellule Infetta da HSV-1
Alcuni virus possono provocare una drastica inibizione della
sintesi delle macromolecole cellulari. Questo fenomeno è
associato a una disaggregazione dei poliribosomi, che
risultano così disponibili per la traduzione delle proteine virali, e
all’arresto della divisione della cellula.
Peculiare è l’effetto dei picornavirus, che entro poche ore
dall’infezione provocano una riduzione di oltre il 90%, della
sintesi di tutte le macromolecole cellulari (shutt off).
Alcuni virus, come herpes simplex, inibiscono preferenzialmente
la sintesi del DNA, mentre altri, oltre a ridurre la sintesi
delle proteine e del DNA, bloccano anche il trasferimento degli
mRNA cellulari dal nucleo al citoplasma.
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ALTERAZIONE della COMPOSIZIONE ANTIGENE
I virus che fuoriescono dalla cellula ospite
mediante un processo di gemmazione
inseriscono, sulla membrana cellulare, proteine e
glicoproteine virali.
In questo modo si viene a modificare la
costituzione antigene della superficie cellulare,
che, come noto, è la porzione accessibile agli
effettori delle risposte immuni specifiche.
ALTERAZIONE della COMPOSIZIONE ANTIGENE
In vivo, le cellule così modificate possono
diventare bersaglio dei meccanismi immuni,
sia umorali sia cellulari, che vengono messi in
atto dall’organismo per difendersi contro il
virus.
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ALTERAZIONE del CONTROLLO della PROLIFERAZIONE CELLULARE
Virus appartenenti a diverse famiglie importanti
in patologia umana possono interferire con
meccanismi che regolano la proliferazione
cellulare.
Un importante processo fisiologico coinvolto
nel mantenimento dell’equilibrio tra morte e
moltiplicazione cellulare è l’apoptosi, o morte
cellulare programmata.
ALTERAZIONE del CONTROLLO della PROLIFERAZIONE CELLULARE
Virus appartenenti a diverse famiglie importanti
in patologia umana possono interferire con
meccanismi che regolano la proliferazione
cellulare.
Uno dei più importanti processi fisiologici
coinvolti nel mantenimento dell’equilibrio tra
morte e moltiplicazione cellulare è l’apoptosi, o
morte cellulare programmata.
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ALTERAZIONE del CONTROLLO della PROLIFERAZIONE CELLULARE
Questo processo, altamente regolato, oltre ad avere
un ruolo nel differenziamento e nell’omeostasi
tissutale, viene anche utilizzato dal sistema immune
per l’eliminazione di cellule potenzialmente dannose,
quali quelle infettate da virus.
Di conseguenza, per sfuggire all’eliminazione da parte
della risposta apoptotica diversi virus hanno evoluto
meccanismi che contrastano i segnali coinvolti nella
morte della cellula.
ALTERAZIONE del CONTROLLO della PROLIFERAZIONE CELLULARE
Virus appartenenti a diverse famiglie importanti in
patologia umana possono interferire con meccanismi
che regolano la proliferazione cellulare.
Un importante processo fisiologico coinvolto nel
mantenimento dell’equilibrio tra morte e
moltiplicazione cellulare è l’apoptosi, o morte
cellulare programmata.
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ALTERAZIONE del CONTROLLO della PROLIFERAZIONE CELLULARE
Questo processo, altamente regolato, oltre ad avere
un ruolo nel differenziamento e nell’omeostasi
tissutale, viene utilizzato dal sistema immune per
l’eliminazione di cellule potenzialmente dannose,
quali quelle infettate da virus.
Per sfuggire all’eliminazione da parte della risposta
apoptotica diversi virus hanno evoluto meccanismi
che contrastano i segnali coinvolti nella morte della
cellula.
NON INFETTATA1188 INFETTATA DA HIV
INFETTATA DA HIV
(ad alto ingrandimento)
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ALTERAZIONE del CONTROLLO della PROLIFERAZIONE CELLULARE
Virus appartenenti a diverse famiglie importanti in
patologia umana possono interferire con meccanismi che
regolano la proliferazione cellulare.
Un importante processo fisiologico coinvolto nel
mantenimento dell’equilibrio tra morte e moltiplicazione
cellulare è l’apoptosi, o morte cellulare programmata.
Questo processo, altamente regolato, oltre ad avere un
ruolo nel differenziamento e nell’omeostasi tissutale,
viene utilizzato dal sistema immune per l’eliminazione di
cellule potenzialmente dannose, quali quelle infettate da
virus.
Per sfuggire all’eliminazione da parte della risposta
apoptotica diversi virus hanno evoluto meccanismi che
contrastano i segnali coinvolti nella morte della cellula.
EFFETTO CITOPATICO
QUALSIASI CAMBIAMENTO IDENTIFICABILE NELLA
CELLULE OSPITE
MODIFICAZIONI MORFOLOGICHE
CAMBIAMENTI MORFOLOGICI
MORTE
APOPTOSI
CRESCITA INCONTROLLATA
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COLTURE CELLULARI in vitro
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16

slides from CDC
slides from CDC
COLTURE CELLULARI TESSUTALI
epiteliali epitelioidi fibroblastiche
CELLULE EPITELIALI: ADENOVIRUS
Non-infettate Infezione precoce Infezione tardiva
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CELLULE EPITELIALI: VIRUS RESPIRATORIO SINCIZIALE (RSV)
slides from CDC
non infettate Effetto citopatico da RSV
CELLULE FIBROBLASTICHE: VIRUS HERPES SIMPLEX
slides from CDC
Non infettate Infezione precoce Infezione tardiva
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slides from CDC
CELLULE FIBROBLASTICHE: POLIOVIRUS
Non infettate Infezione precoce Infezione tradiva
IL TEST delle PLACCHE
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IL TEST delle PLACCHE
IL TEST delle PLACCHE
PLAQUE ASSAY
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40
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Diluizione 1:10 Diluizione 1:100 Diluizione 1:10.00
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