PARAMYXOVIRUS - Sezione di Microbiologia
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Facoltà <strong>di</strong> Me<strong>di</strong>cina e Chirurgia<strong>PARAMYXOVIRUS</strong>www.microbiologia.unige.itProf. Oliviero E. Varnier<strong>Sezione</strong> <strong>di</strong> <strong>Microbiologia</strong> dell’Università <strong>di</strong> Genova<strong>Sezione</strong> <strong>di</strong> <strong>Microbiologia</strong> – Dipartimento Inter<strong>di</strong>sciplinare <strong>di</strong> Scienze Chirurgiche, <strong>di</strong> <strong>Microbiologia</strong> e dei Trapianti d’Organo (DISCMIT)RILEVANZA CLINICAI paramyxovirus sono i principali patogeni in pe<strong>di</strong>atria, infatticomprendono gli agenti piú importanti delle infezioni respiratorie nei neonatie nei bambini (il virus respiratorio sinciziale e i virus parainfluenzali) e <strong>di</strong>due tra le malattie pe<strong>di</strong>atriche piú comuni e contagiose (morbillo eparotite).Le infezioni respiratorie acute sono la causa <strong>di</strong> morte <strong>di</strong> 4 milioni e del 20-40% all’anno <strong>di</strong> ricovero ospedaliero <strong>di</strong> bambini <strong>di</strong> etá inferiore ai 5 anni(OMS).Tutti i membri della famiglia PARAMYXOVIRIDAE entrano attraversol’apparato respiratorio: i patogeni respiratori si replicano esclusivamentenell’epitelio respiratorio, mentre i virus del morbillo e della parotite causanomalattie sistemiche.Il virus della rosolia, che per le proprietà chimiche e fisiche è classificatoquale togavirus, epidemiologicamente si comporta come un paramyxovirus.21
CARATTESTICHE DEI <strong>PARAMYXOVIRUS</strong>La famiglia Paramyxoviridae si <strong>di</strong>vide in 3 generi:Paramyxovirus: Virus Parainfluenzali 1-4; Virus della ParotitePneumovirus: Virus Respiratorio Sinciziale (RSV)Morbillivirus:Morbillo; Virus del Cimurro3PROPRIETÁ DEI <strong>PARAMYXOVIRUS</strong>VirioneComposizioneGenomaProteinePericapsideReplicazioneCaratteristicheSferico, pleiomorfo, <strong>di</strong>ametro <strong>di</strong> 150-300 nm, nucleocapsideelicoidale con un <strong>di</strong>ametro <strong>di</strong> 18 nmRNA (1%), proteine (73%), lipi<strong>di</strong> (20%) e carboidrati (6%)RNA, singolo filamento, lineare, non-segmentato, polaritànegativa, 16-20 kb6 proteine strutturaliContiene una glicoproteina virale con attivitá emoagglutinante(H) e talvolta neuraminidasica (HN), e una glicoproteina <strong>di</strong>fusione (F). Molto fragile.Citoplasma. I virioni gemmano dalla membrana plasmatica.Antigenicamente stabile; Virioni labili, ma altamente infettivi.42
DIFFERENZE TRA ORTHOMYXOVIRUS E <strong>PARAMYXOVIRUS</strong>ProprietáMembriMalattieDimensioniGenomaRNA nel capsideTrascrizione RNAFusione cellulareGeneticaAntigeni1 genereInfluenzavirus:Influenza A, B, CInfluenza <strong>di</strong> tipo A, B e CSensibile alle RNasiNucleoEndosomaRiarrangiamento FrequenteVariazioni ElevateOrthomyxoviridaeVirione: 80-120 nm (altamente pleiomorfi)<strong>di</strong>ametro del core: 9 nmRNA singolo filamento, 8 segmenti e polaritánegativaParamyxovirus:1. Virus parainflueanzali 1-42. Virus sendai (topo)3. Virus della parotite4. Virus della malattia <strong>di</strong> NewcastleMorbillivirus:1. Virus del morbillo2. Virus del cimurro (cane)Pneumovirus:Virus Respiratorio Sinciziale (RSV)Infezioni parainfluenzali 1-4, malattia respiratoriasinciziale, parotite e morbilloVirione: 125-250 nm, (poco pleiomorfi) <strong>di</strong>ametrodel core: 18 nmRNA singolo filamento, non segmentato e polaritánegativaResistente alle RnasiCitoplasmaMembrana plasmaticaRiarrangiamento RaroVariazioni MinimeParamyxoviridae5MORFOLOGIA 1I paramyxovirus sono i componenti maggiormente pleiomorfi della famigliaparamyxoviridae;la loro forma è sferica, hanno un <strong>di</strong>ametro è <strong>di</strong> circa 125-250 nm.Sono provvisti <strong>di</strong> pericapside, nel quale sono presenti porzioni <strong>di</strong>glicoproteine superficiali che svolgono il ruolo <strong>di</strong> attacco e fusione allacellula ospite.Il pericapside è molto fragile, rendendo le particelle virali labili e facilmenteinattivabili da agenti chimici e fisici.63
MORFOLOGIA 2I paramyxovirus sono composti <strong>di</strong> sei proteine strutturali, analoghe aquelle del virus dell’influenza.Tre proteine sono complessate con l’RNA virale: la nucleoproteina NPforma il nucleocapside a simmetria elicoidale del <strong>di</strong>ametro <strong>di</strong> 18 nm ed éla proteina interna maggiormente rappresentata.Le proteine P ed L sono probabilmente coinvolte nell’attivitàpolimerasica della trascrizione e della replicazione dell’RNA virale.Tre proteine partecipano alla formazione del pericapside: la proteinadella matrice M si trova sul lato interno del pericapside, presenta affinitàper le proteine NP e per le glicoproteine <strong>di</strong> superficie e ha una funzioneimportante nell’assemblaggio del virione.7MORFOLOGIA 3Il nucleocapside è circondato da un rivestimento lipi<strong>di</strong>co, che si presentacome borchiato da spine <strong>di</strong> 10 nm costituite da due <strong>di</strong>verseglicoproteine <strong>di</strong> transmembrana, che non sono prominenti come nelvirus influenzale.L’attività <strong>di</strong> queste glicoproteine superficiali <strong>di</strong>stingue i tre <strong>di</strong>versi generidella famiglia dei paramyxoviridae.La glicoproteina HN può avere sia attività emoagglutinante cheneuroaminidasica ed è responsabile dell'adesione alla cellula ospite.Nel virione maturo è assemblata in un tetramero. La glicoproteina Fme<strong>di</strong>a la fusione delle membrane e l'attività emolisinica.84
SCHEMA DEL VIRIONE DEI <strong>PARAMYXOVIRUS</strong>9GENOMA 1Il genoma dei paramixovirus èun RNA lineare, a singolo filamento,a polarità negativa, conun peso molecolare <strong>di</strong> 5-7.000kD, formato da circa 15.000 nucleoti<strong>di</strong>,con una variabilità dell'or<strong>di</strong>nedel centinaio nelle <strong>di</strong>versespecie (es. Newcastle virus:15.156; RSV :15.222; virus parainfluenzaletipo 3: 15.463; virusmorbillo: 15.892).105
GENOMA 2Il genoma non è segmentato e quin<strong>di</strong> non presenta frequenti riarrangiamenti.Ogni membro del gruppo paramyxovirus è antigenicamentestabile.I genomi dei paramixovirus sono trascritti da un singolo promotoreall'estremità 3’ e contengono i geni per le proteine strutturali.I 6 geni sono arrangiati linearmente e separati da sequenze ripetute, daun segnale <strong>di</strong> poliadenilazione alla fine del gene, e dalla sequenza GAAintergenica seguita da un segnale <strong>di</strong> inizio <strong>di</strong> traduzione all'inizio del genesuccessivo.Sono inoltre presenti, in maniera variabile, anche geni non strutturali, lecui funzioni sono sconosciute.11SCHEMA DEL GENOMA DEI <strong>PARAMYXOVIRUS</strong>La ribonucleoproteina elicoidale dei paramyxovirus126
GENOMA 3il genoma del pneumovirus umano RSV è una sequenza lineare <strong>di</strong> 10geni, che presenta una sovrapposizione alla giunzione del gene M22con il gene L;vi sono inoltre due geni 1C e 1B che specificano per proteine nonstrutturali, localizzati tra il gene N e il sito promotore;il genoma del virus parainfluenzale e del virus del morbillo presentanosolo sei o sette geni; il gene P include al suo interno il gene dellaproteina non strutturale C.13PROTEINE DEI <strong>PARAMYXOVIRUS</strong>HNresponsabile (antirecettore) dell'attacco del virus ai recettori delle cellule sensibili;attività emoagglutinante + neuraminidasica (paramyxovirus);HGpriva <strong>di</strong> attività neuraminidasica (morbillivirus);nessuna attività (pneumovirus), si lega a recettori cellulari <strong>di</strong>versi dall'acido sialico, chenon sono presenti sulla superficie dei globuli rossi, per cui questi virus sono sprovvisti<strong>di</strong> attività emoagglutinante;FMNPL e Pconsiste <strong>di</strong> 2 subunità (F1 + F2), legate da ponti <strong>di</strong>solfuro, responsabili della fusionecellulare (fusogena) e dell'attività emolitica.si trova nella superficie interna del pericapside (matrice) e, probabilmente, intervienenella regolazione del processo maturativo virale.nucleoproteina; protezione dell'RNA genomico.attività RNA-polimerasica.147
VARIABILITÁ NUCLEOTIDICA DEI <strong>PARAMYXOVIRUS</strong>15REPLICAZIONE 1Tutte le fasi della replicazione (16-24 ore) hanno luogo nel citoplasmaanche se la strategia replicativa è simile a quella dell'influenza. Laproduzione <strong>di</strong> nucleocapsi<strong>di</strong> in eccesso è responsabile della presenza <strong>di</strong>caratteristici corpi inclusi. La formazione <strong>di</strong> sincizi è assai frequente.La prima fase dell’infezione è l’adsorbimento del virus alla cellula bersaglio,me<strong>di</strong>ato dalla proteina HN del virus parainfluenzale o dalla proteina H delvirus del morbillo o dalla proteina G dei pneumovirus.Successivamente il virus penetra all’interno della cellula con un processome<strong>di</strong>ato dalla proteina F1, che viene sintetizzata ed espressa comeprecursore F0 e, solo al momento dell’infezione, il precursore viene clivatoda proteasi prodotte dalla cellula bersaglio, in subunità (F1e F2) unite da unponte <strong>di</strong>solfuro.La proteina F1 espone un dominio idrofobico amino-terminale, che puòcausare sia la fusione del pericapside con la membrana cellulare sia laformazione <strong>di</strong> sincizi cellulari.168
REPLICAZIONE 2La prima necessità dei paramyxovirus, che hanno un genoma ad RNA apolarità negativa, è <strong>di</strong> trascrivere il proprio genoma che deve svolgere ladoppia funzione <strong>di</strong> stampo sia per la trascrizione dei messaggeri, sia per lapropria replicazione.La trascrizione avviene nel citoplasma, me<strong>di</strong>ata da una RNA-polimerasiRNA-<strong>di</strong>pendente associata al virione, che è probabilmente un prodotto delgene L.Gli mRNA prodotti sono monocistronici. La sequenza lineare dei geni ètrascritta con una frequenza decrescente con l’aumentare della <strong>di</strong>stanza dalsito del promotore ed infatti la maggior parte <strong>di</strong> trascritti <strong>di</strong> una cellulainfettata è del gene NP, localizzato all’estremità 3’ del genoma.17REPLICAZIONE 3La sintesi delle proteine avviene nel citoplasma, mentre le glicoproteinevengono sintetizzate e glicosilate secondo la sequenza secretoria.Il complesso proteico della polimerasi virale (probabilmente P+L) èresponsabile anche della replicazione e, ignorando i segnali <strong>di</strong> stop traun gene e l’altro, sintetizza uno stampo <strong>di</strong> RNA a polarità positiva, da cuivengono copiati i genomi per la progenie.In questo processo, è sorprendente che le proteine esponganovariazioni antigeniche minime, dopo lunghi perio<strong>di</strong> <strong>di</strong> tempo; unapossibile spiegazione è che tutti gli amminoaci<strong>di</strong>, che formano lastruttura primaria delle glicoproteine <strong>di</strong> membrana, siano coinvolti in unruolo strutturale o funzionale, lasciando pochissime possibilità <strong>di</strong>mutazioni che non provochino la per<strong>di</strong>ta <strong>di</strong> funzionalità.189
SCHEMA DELLA TRADUZIONE DEI <strong>PARAMYXOVIRUS</strong>I precursori del nucleocapside sonoprodotti in largo eccesso:parte <strong>di</strong> questi migrano in siti dellamembrana dove, per mezzo dellaproteina M, si compattano con HN eF0;il resto forma i caratteristici corpi <strong>di</strong>inclusione intracitoplasmatici nellacellula bersaglio.I virus completi terminano il loro ciclo<strong>di</strong> replicazione gemmando19CICLO REPLICATIVO DEI <strong>PARAMYXOVIRUS</strong>2010
ADSORBIMENTO DEI <strong>PARAMYXOVIRUS</strong> AI RECETTORI CELLULARI2111