Retrovirus-Zyklus: 9 Fakten, die Sie kennen sollten

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Retroviren

Das Retroviren Sind diese Viren die Klasse von Viren mit RNA als Genom und können ihr Genom in die Wirts-DNA einfügen, ist dieser Schritt entscheidend für den Lebenszyklus eines Retrovirus oder des Retrovirus-Zyklus Dadurch wird das Genom der Wirtszelle verändert. Nach dem Eintritt in das Wirtszytoplasma synthetisiert das Retrovirus cDNA aus genomischer RNA unter Verwendung seines Enzyms umgekehrte Transkriptase. Dieser Prozess ist ungewöhnlich und daher umgekehrt zum normalen Transkriptionsprozess reverse Transkription. Das Virus ist als Retrovirus bekannt (Retro bedeutet "rückwärts"). Die im reversen Transkriptionsprozess gebildete cDNA wird mit einem als Integrase bekannten Enzym in das Genom der Wirtszelle integriert.

Nach diesem Schritt wird die retrovirale DNA als Provirus bezeichnet. Das Provirus ist jetzt Teil des Genoms der Wirtszelle. Es unterliegt der Replikation, Transkription und Translation sowie der Wirtszell-DNA. Das Provirus ist in der Lage, neue Kopien des Virus zu produzieren und zusammenzusetzen, indem es dem Retrovirus-Zyklus folgt.

Retroviren werden in drei Unterfamilien eingeteilt:

  • Oncoretroviren: Dies sind die onkogenen Viren, die verschiedene Arten von Krebs verursachen.
  • Lentiviren sind allgemein als langsame Retroviren bekannt, die bei mehreren Organismen Immundefekte verursachen.
  • Spumaviren sind auch als schaumige Viren bekannt und verursachen keine Krankheiten.

Einige schwerwiegende Krankheiten, die durch Retroviren bei Menschen und anderen Tieren verursacht werden, umfassen:

  • Krebs bei Mäusen wird durch das murine Leukämievirus (MLV) verursacht.
  • Verschiedene Krankheiten beim Menschen werden durch humane T-lymphotrope Viren (HTLVs) verursacht.
  • Das erworbene Immunschwächesyndrom (AIDS) wird durch das humane Immundefizienzvirus (HIV) verursacht.

Provirus

Es ist ein virales Genom, das in die DNA der Wirtszelle integriert ist. Ähnlich wie bei Bakteriophagen werden Proviren häufig als Prophagen bezeichnet. Der geringfügige Unterschied zwischen dem Provirus und dem Prophagen besteht jedoch darin, dass sich ein Provirus im Gegensatz zu einem Prophagen nicht vom Wirtsgenom löst (herausschneidet), selbst wenn sich die Wirtszelle im Stresszustand befindet. 

Ein Provirus kann im Zustand eines inaktiven endogenen viralen Elements existieren oder es kann eine Replikation erfahren. Die inaktiven endogenen viralen Elemente replizieren sich erst, wenn der Replikationsprozess des Wirtszellgenoms beginnt. Alle Tochterzellen des infizierten Wirts enthalten dann das Provirus. Der inaktive Zustand könnte für viele Generationen der Wirtszelle andauern. Das endogene Retrovirus bleibt immer im Proviruszustand. Dieser Prozess der Virusvermehrung ist als lysogene Reproduktion bekannt.

Die Integration des viralen Genoms in die DNA der Wirtszelle führt normalerweise zu einer produktiven oder latenten Infektion.

Produktive Infektion: Das Provirus beginnt mit der Transkription von mRNA, um neue Kopien des Virus zu produzieren, indem es die Zellmaschinerie des Wirts kapert. Eine Zunahme der Viruskopien innerhalb des Hosts Zelle führt zur Lyse seiner Zellmembran. Die Viruspartikel werden nach der Lyse der Wirtszelle freigesetzt. Sie können die anderen Nachbarzellen des Wirtskörpers infizieren.

Latente Infektion: Das Provirus bleibt die meiste Zeit transkriptionsstumm. Das Provirus wird jedoch mit der Änderung der Gesundheits- und Umweltbedingungen des Wirts transkriptionell aktiv. Die Änderung führt zur Umstellung der latenten auf die produktive Infektion.

Fast 8 % des menschlichen Genoms bestehen aus Proviren und vererbten endogenen Retroviren. Mehrere prokaryotische Viren integrieren auch Genom in ihren prokaryotischen Wirt Zelle wie Eukaryoten Viren. Prokaryotische Proviren replizieren sich im Allgemeinen, wenn sie vollständig kreisförmig sind Chromosom repliziert.

Retrovirus vs. Provirus

Die Hauptunterschiede zwischen Proviren und Retroviren sind folgende:

Proviren

  • Es ist ein virales Genom, das in das Wirtsgenom integriert ist
  • Es ist eine Phase der Replikation des Virus
  • Sie enthalten kein Enzym der reversen Transkriptase

Retroviren

  • Es ist ein RNA-Virus, das die Fähigkeit besitzt, cDNA aus RNA durch den Prozess der reversen Transkription zu synthetisieren
  • Sie sind einzelsträngige RNA-Viren
  • Sie enthalten ein Enzym, das als reverse Transkriptase bekannt ist
Retrovirus-Zyklus
Abbildung (Retrovirus-Zyklus): Lebenszyklus des Retrovirus
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hiv_gross.png

Retrovirus-Zyklus

Der Lebenszyklus oder die Replikation von Retroviren ist im Vergleich zu den anderen Organismen einzigartig. Der Replikationszyklus des Retrovirus wird in folgenden Phasen abgeschlossen:

Infektion: Die Retroviren kommen mit dem Wirt in Kontakt und infizieren die normalen Zellen des Wirtskörpers. Internalisierung: Das RNA-Genom des Retrovirus tritt in das Zytoplasma der Wirtszelle ein.

Reverse Transkription: im Wirt Zelle Zytoplasma, findet der Prozess der reversen Transkription statt. Die cDNA wird aus dem viralen RNA-Genom mit Hilfe eines Enzyms hergestellt, das als reverse Transkriptase bekannt ist, und der Prozess wird als reverse Transkription bezeichnet.

Die cDNA wird dann durch den Kernporenkomplex in den Kern der Wirtszelle eingedrungen.

Integration: Die cDNA (virale DNA) integriert sich nun mithilfe eines als Integrase bekannten Enzyms in das Genom der Wirtszelle

Virale Genexpression: virale Gene werden dann transkribiert, um mRNA zu bilden, die später translatiert wird, um virale Proteine ​​zu produzieren.

Freisetzung von Viruspartikeln: Viruspartikel werden dann aus der Wirtszelle freigesetzt, indem die Zellmembran der Wirtszelle aufgebrochen wird (lytische Phase). 

Infektionsausbreitung: Die aus den Wirtszellen freigesetzten Viruspartikel infizieren dann die benachbarten Wirtszellen. 

Virale RNA

Die RNA enthält auch genetische Informationen ähnlich der DNA. Mehrere Viren (insbesondere Retroviren) enthalten RNA-Genom und werden häufig als RNA-Viren angesehen. Ihre RNA-Genome kodieren für eine Vielzahl von Proteinen. Einige dieser Proteine ​​sind häufig an der Replikation, Transkription und reversen Transkription des viralen RNA-Genoms beteiligt. Einige der Proteine ​​schützen die virale RNA / das virale Genom, wenn das virale Partikel den Wirt berührt. Viroide sind Krankheitserreger, die nur aus RNA-Molekülen bestehen. Sie werden mit Hilfe der RNA-Polymerase der Pflanzenzelle im Körper der Wirtspflanze repliziert. Viroide kodieren für kein Protein.

RNAs sind die entscheidenden Bio-Makromoleküle, die in Retroviren vorhanden sind. Sie sind im Allgemeinen an der Proteinsynthese beteiligt und tragen die genetische Information ab DNA außerhalb des Zellkerns unentbehrlich für die Wartung.  

Das genetische Material von HIV besteht aus

Das HIV (Human Immunodeficiency Virus) ist ein Retrovirus, das AIDS (Acquired Immunodeficiency Syndrome) verursacht, das im körpereigenen Immunsystem versagt. Der Zustand von AIDS macht unseren Körper anfälliger für pathogene Infektionen und ist sogar für die Prognose verschiedener Krebsarten verantwortlich. HIV ist ein Retrovirus und gehört zur Familie der Retroviridae. Es wird als Retrovirus bezeichnet, da sie im Gegensatz zu allen anderen Viren ihre genetische Information eher in RNA als in DNA speichern und mit Hilfe eines Enzyms, das als reverse Transkriptase bekannt ist, eine Kopie von cDNA (komplementäre DNA) aus ihrem RNA-Genom als erstellen sobald sie in die Wirtszelle eintreten.

Sie erwerben zelluläre Wirtsmaschinerie, um virale Partikel zu synthetisieren oder zu reproduzieren. Das HIV hat zwei Kopien der einzelsträngigen Positiv-Sense-RNA (+ ssRNA) als Genom, das von einem konischen Kapsid aus Proteinen umhüllt ist. Darüber hinaus enthält HIV Enzyme wie Integrase, Ribonuklease, Protease und reverse Transkriptase, die zur Entwicklung eines Retrovirus erforderlich sind. 

HIV strc
Abbildung (Retrovirus-Zyklus): HIV-Genom und -Struktur
"HIV-Virion-Struktur”(CC BY 2.0) durch NIAID

RNA-Viren benötigen ihre eigene Versorgung mit bestimmten Enzymen, weil

Retroviren (RNA-Viren) enthalten RNA als genetisches Material oder Genom. Im Gegensatz dazu enthalten die Wirtskörperzellen DNA als Genom. Um das Genom in die DNA der Wirtszelle zu integrieren, synthetisiert das Retrovirus cDNA aus seinem RNA-Genom durch reverse Transkription. An diesem Prozess ist das Enzym Reverse Transkriptase beteiligt braucht eine RNA Vorlage zur Synthese von cDNA. Um cDNA aus RNA zu synthetisieren, tragen Retroviren ihre eigenen Enzyme zur Replikation und Rekombination des viralen Genoms mit der Wirtszell-DNA, da die Wirtszell-DNA keine Gene für solche Enzyme hat.

Teminismus

Es ist eine Theorie, die auf der reversen Transkription basiert (tritt hauptsächlich im Retrovirus-Zyklus auf). Teminismus wird verwendet, um zu erklären, dass die RNA auch als Matrize für die cDNA-Bildung dienen kann. Der Prozess beginnt, sobald das Retrovirus in den Körper des Wirts gelangt. Der Prozess der reversen Transkription läuft im Zytoplasma von Wirtszellen ab. Die RNA aus dem Retrovirus tritt in den Nukleo-Protein-Komplex ein. Der reverse Transkriptionsprozess erzeugt einen linearen DNA-Duplex mit langen terminalen Wiederholungen (LTRs), die allgemein als terminale Duplikationen bekannt sind. Die terminalen Duplikationen sind im retroviralen RNA-Genom nicht vorhanden.

Nach dem zentralen Dogma:

DNA -> mRNA -> Protein

Die DNA kodiert durch den Transkriptionsprozess für mRNA, und diese mRNA kodiert durch den Translationsprozess weiter für Protein.

Teminismus ist die einzige bekannte Ausnahme des zentralen Dogmas, das von Retroviren gezeigt wird. Die Viren, die das RNA-Genom enthalten, durchlaufen eine Phase in ihrem Lebenszyklus. Ihre RNA wird als Matrize für die Synthese verwendet DNA durch das Enzym Reverse-Transkriptase-Aktion. Ihre Fähigkeit zur reversen Transkription wird sehr oft auf dem Gebiet der Molekularbiologie genutzt.

Teminismus 1
Abbildung (Retrovirus-Zyklus): Teminismus ist die einzige Ausnahme des zentralen Dogmas https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Extended_Central_Dogma_with_Enzymes.jpg

RNA-Enzyme

RNA-Enzyme (Ribozyme) sind die RNA-Moleküle, die die Fähigkeit aufweisen, die Reaktionen mehrerer biochemischer Pfade zu katalysieren. Das RNA-Enzym erleichtert Reaktionen wie das Spleißen von RNA (eine posttranslationale Modifikation in Eukaryoten). Im Jahr 1982 wurde erstmals festgestellt, dass RNA als Biokatalysator wie Enzyme und auch als genetisches Material fungiert. Dies wurde weiter durch die RNA-Welthypothese gestützt, die die Bedeutung von RNA für die Entwicklung der prä-biotischen autonom replizierenden (selbstreplizierenden) Systeme nahe legt.

Die Ribozyme sind auch an der Peptidbindungsbildung, Ligierung und Spaltung von DNA- und RNA-Komplexen beteiligt. RNA-Enzyme sind an der Verknüpfung der ribosomalen RNA (rRNA) der großen Untereinheit des Ribosoms mit den Aminosäuren während der Translation und Proteinsynthese beteiligt. RNA-Enzyme sind auch an der tRNA-Biosynthese (Transfer-RNA) und der Replikation von Viren beteiligt. Hairpin-Ribozyme, Leadzyme, VSribozyme und Hammerhead-Ribozyme sind üblich Beispiele für RNA-Enzyme.

Ribozym 1
Abbildung (Retrovirus-Zyklus): katalytische Wirkung von Ribozym
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribozyme.jpg

Schlussfolgerungen

Dieser Artikel behandelt die retroviralen Lebenszyklusaspekte und den Unterschied zwischen Proviren und Retroviren. Um mehr über Retroviren und reverse Transkriptase zu erfahren, Klicke hier

FAQs

Q1. Was macht den Reverse-Transkriptase-Prozess weniger genau und fehleranfällig? Gibt es eine Möglichkeit, ihn genauer zu machen?

Antworten: Da die reverse Transkriptase nicht in der Lage ist, das polymerisierte Produkt Korrektur zu lesen, ist der Prozess der reversen Transkription sehr fehleranfällig. Engineered Reverse Transkriptase kann das Problem von Fehlern lösen.

Q2. Wird die reverse Transkriptase von der normalen Zelle des Menschen nicht verwendet?

Antworten: Unser Körper hat eine bestimmte Art von reverser Transkriptase, die als Telomerase bekannt ist und für die Synthese von telomerer DNA verantwortlich ist. 

Q3. Weiß jemand, wie ein Retrovirus wie HIV dsDNA aus 2 + ssRNA-Molekülen und einer reversen Transkriptase herstellen kann?

Antworten: Retroviren sind durch das Vorhandensein des Enzyms Reverse Transkriptase und des RNA-Genoms gekennzeichnet. Sie produzieren dsDNA aus ssRNA mit Hilfe des Enzyms Reverse Transkriptase und integrieren dann ihr Genom in das Wirtsgenom. Dann transkribiert und translatiert das integrierte retrovirale Genom (Provirus) mit den Viruspartikeln (Retrovirus-Zyklus). 

Q4. Wenn die reverse Transkriptase die RNA liest, liest sie von 3 'bis 5'.

Antworten: Reverse Transkriptase bindet an das 5'-Ende der RNA-Matrize. Es synthetisiert DNA in Richtung 5 '-> 3.'

Liest aber die RNA-Vorlage in Richtung 3 '-> 5.'

Q5. Kann eine reverse Transkriptase eine mRNA in DNA transkribieren?

Antworten: Ja, es kann DNA aus mRNA synthetisieren. Insbesondere wird häufig die reverse Transkriptase verwendet, um cDNA-Bibliotheken aus mRNA-Matrizen zu konstruieren.

Q6. Welche Viren sind Retroviren?

Antworten: Die Viren, die RNA als Genom enthalten, werden als Retroviren bezeichnet. 

Q7. Ist Ribozym ein Protein?

Antworten: Ribozyme sind RNA-Moleküle und können in einigen Fällen durch RNA-Protein-Komplexe variieren. Ribosomen sind katalytisch aktiv.

Q8. Sind Retrovirus-Infektionen immer unheilbar und tödlich? 

Antworten: Spumaviren (eine Klasse von Retroviren) verursachen keine Krankheiten. Nicht alle retroviralen Infektionen sind tödlich. 

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