Virologie Evelien Floor
HC11-13 RNA virussen: transcriptie & replicatie
Het maken van RNA vanuit een RNA template
is een bijzonder biologisch proces. Hierbij is
er sprake van replicatie waar geen DNA aan
te pas komt. Voor positief RNA strengs
virussen is dit proces iets minder simpel, er
vindt direct na entry replicatie plaats en pas
daarna vindt transcriptie plaats. Dit kan
echter ook complexer, er vindt dan eerst
replicatie plaats en vervolgens is er
transcriptie in subgenoom mRNAs.
Negatief strengs RNA virussen kunnen een
gesegmenteerd of niet-gesegmenteerd
genoom bevatten. Bij een negatief strengs
niet-gesegmenteerd RNA genoom kan er
direct na entry transcriptie plaatsvinden
waarbij meerdere mRNAs gevormd worden.
Bij een gesegmenteerd RNA genoom (in de
afbeelding 1 segment) kan er direct na entry
transcriptie van het segment plaatsvinden
waarbij mRNA wordt gevormd. In beide
gevallen moet voor replicatie eerste een
positief strengs RNA streng gesynthetiseerd
worden.
Uitzonderingen van beide soorten virussen
zijn ambisense en dubbelstrengs RNA
virussen.
Vereisten voor RNA-afhankelijke RNA
synthese zijn:
• RNA-afhankelijk RNA polymerase
(RdRp)
• Supplementaire eiwitten
• Template
• (Primer)
• Ribonucleoside trifosfaten (ATP, CTP, UTP, GTP)
• Metaalionen (Mg2+)
RNA-afhankelijk RNA polymerase
RNA-afhankelijk RNA-polymerase komt in de natuur niet voor in cellen (er zijn er wel enkele maar deze
kunnen geen viraal RNA repliceren), dus deze moet door het virus zelf worden gecodeerd of
meegebracht. Functies van RdRp zijn genoom replicatie en mRNA synthese. Er zijn vier klassen van
nucleïnezuur polymerases:
1. DNA-afhankelijk DNA polymerase
2. DNA-afhankelijk RNA polymerase
3. RNA-afhankelijk DNA polymerase (reverse transcriptase) (retrovirussen)
4. RNA-afhankelijk RNA polymerase
1
, Virologie Evelien Floor
Er zijn overeenkomsten tussen de verschillende
nucleïnezuur polymerases, RdRp is virus specifiek,
maar deelt alsnog gemeenschappelijk evolutionaire
voorouders met de andere polymerases. Dit is ook
terug te zien in zowel domeinen als de ruimtelijke
structuur. Alle vier de polymerases hebben dus een
gemeenschappelijke evolutionaire origine. Je
rechterhand is het beste model voor een polymerase,
waarbij de palm, duim, en vingers worden
onderscheiden. In de palmregio zitten veel
geconserveerde domeinen, en dit is het deel waar de
actie plaatsvindt.
Functies van RNA polymerase domeinen
In motief C zit een geconserveerde D die een belangrijke rol speelt bij nucleïnezuursynthese, deze is
dan ook in alle RNA polymerases aanwezig. In
motief A daarentegen zit bij RdRp virussen een D,
terwijl bij RdDp een Y zit. Het zorgt zo voor de
discriminatie tussen rNTPs en dNTPs, waarbij D238
waterstofbindingen maakt met het 2’-OH van
ribose. dNTPs hebben een H in plaats van een OH
op die plek, waardoor zij niet kunnen binden aan
deze aspartaat (D). Daarom is het bij reverse
transcriptase vervangen voor een tyrosine (Y).
De bovengenoemde aspartaat (D) is ook
essentieel voor binding aan 2 metaalionen (Mg2+).
Dit is belangrijk voor verlenging van de
complementaire streng. Een ion (1) deprotoneert
(haalt waterstofatoom weg) de 3’ OH-groep van
de aangroeiende streng. Het andere ion (2)
stabiliseert de transitie staat van de a-fosfaat van
NTP en faciliteert de release van pyrofosfaat (PPi).
Supplementaire eiwitten
Enkel de polymerases zijn niet genoeg voor replicatie en transcriptie, supplementaire eiwitten zijn
nodig. Deze kunnen van het virus afkomstig zijn, of van de gastheer. Ze zorgen voor het targeten van
RdRp naar de juist intracellulaire locatie zodat de processen tijdens virusinfectie efficiënt kunnen
verlopen. Virale replicatie en assemblage vindt meestal plaats in virus-geïnduceerde membraan
compartimenten genaamd “viral factories” of “neo-organellen”.
Viral factories
Voor Flock House Virus gebeurt dit in blaasjes in het OM van het mitochondrion, wat overigens vrij
uniek is aangezien de meeste virussen mitochondria met rust laten. Binnen coronavirussen geldt dat
RNA synthese gebeurt in gelamineerde dubbelmembraan vesicles afkomstig van het ER. Deze twee
typen vesicles komen voor bij meer virussen, wat doet vermoeden dat er twee soorten virale fabrieken
bestaan, dus de geïnvagineerde/sferules of dubbelmembraan vesicles. Het vormen van deze
2
HC11-13 RNA virussen: transcriptie & replicatie
Het maken van RNA vanuit een RNA template
is een bijzonder biologisch proces. Hierbij is
er sprake van replicatie waar geen DNA aan
te pas komt. Voor positief RNA strengs
virussen is dit proces iets minder simpel, er
vindt direct na entry replicatie plaats en pas
daarna vindt transcriptie plaats. Dit kan
echter ook complexer, er vindt dan eerst
replicatie plaats en vervolgens is er
transcriptie in subgenoom mRNAs.
Negatief strengs RNA virussen kunnen een
gesegmenteerd of niet-gesegmenteerd
genoom bevatten. Bij een negatief strengs
niet-gesegmenteerd RNA genoom kan er
direct na entry transcriptie plaatsvinden
waarbij meerdere mRNAs gevormd worden.
Bij een gesegmenteerd RNA genoom (in de
afbeelding 1 segment) kan er direct na entry
transcriptie van het segment plaatsvinden
waarbij mRNA wordt gevormd. In beide
gevallen moet voor replicatie eerste een
positief strengs RNA streng gesynthetiseerd
worden.
Uitzonderingen van beide soorten virussen
zijn ambisense en dubbelstrengs RNA
virussen.
Vereisten voor RNA-afhankelijke RNA
synthese zijn:
• RNA-afhankelijk RNA polymerase
(RdRp)
• Supplementaire eiwitten
• Template
• (Primer)
• Ribonucleoside trifosfaten (ATP, CTP, UTP, GTP)
• Metaalionen (Mg2+)
RNA-afhankelijk RNA polymerase
RNA-afhankelijk RNA-polymerase komt in de natuur niet voor in cellen (er zijn er wel enkele maar deze
kunnen geen viraal RNA repliceren), dus deze moet door het virus zelf worden gecodeerd of
meegebracht. Functies van RdRp zijn genoom replicatie en mRNA synthese. Er zijn vier klassen van
nucleïnezuur polymerases:
1. DNA-afhankelijk DNA polymerase
2. DNA-afhankelijk RNA polymerase
3. RNA-afhankelijk DNA polymerase (reverse transcriptase) (retrovirussen)
4. RNA-afhankelijk RNA polymerase
1
, Virologie Evelien Floor
Er zijn overeenkomsten tussen de verschillende
nucleïnezuur polymerases, RdRp is virus specifiek,
maar deelt alsnog gemeenschappelijk evolutionaire
voorouders met de andere polymerases. Dit is ook
terug te zien in zowel domeinen als de ruimtelijke
structuur. Alle vier de polymerases hebben dus een
gemeenschappelijke evolutionaire origine. Je
rechterhand is het beste model voor een polymerase,
waarbij de palm, duim, en vingers worden
onderscheiden. In de palmregio zitten veel
geconserveerde domeinen, en dit is het deel waar de
actie plaatsvindt.
Functies van RNA polymerase domeinen
In motief C zit een geconserveerde D die een belangrijke rol speelt bij nucleïnezuursynthese, deze is
dan ook in alle RNA polymerases aanwezig. In
motief A daarentegen zit bij RdRp virussen een D,
terwijl bij RdDp een Y zit. Het zorgt zo voor de
discriminatie tussen rNTPs en dNTPs, waarbij D238
waterstofbindingen maakt met het 2’-OH van
ribose. dNTPs hebben een H in plaats van een OH
op die plek, waardoor zij niet kunnen binden aan
deze aspartaat (D). Daarom is het bij reverse
transcriptase vervangen voor een tyrosine (Y).
De bovengenoemde aspartaat (D) is ook
essentieel voor binding aan 2 metaalionen (Mg2+).
Dit is belangrijk voor verlenging van de
complementaire streng. Een ion (1) deprotoneert
(haalt waterstofatoom weg) de 3’ OH-groep van
de aangroeiende streng. Het andere ion (2)
stabiliseert de transitie staat van de a-fosfaat van
NTP en faciliteert de release van pyrofosfaat (PPi).
Supplementaire eiwitten
Enkel de polymerases zijn niet genoeg voor replicatie en transcriptie, supplementaire eiwitten zijn
nodig. Deze kunnen van het virus afkomstig zijn, of van de gastheer. Ze zorgen voor het targeten van
RdRp naar de juist intracellulaire locatie zodat de processen tijdens virusinfectie efficiënt kunnen
verlopen. Virale replicatie en assemblage vindt meestal plaats in virus-geïnduceerde membraan
compartimenten genaamd “viral factories” of “neo-organellen”.
Viral factories
Voor Flock House Virus gebeurt dit in blaasjes in het OM van het mitochondrion, wat overigens vrij
uniek is aangezien de meeste virussen mitochondria met rust laten. Binnen coronavirussen geldt dat
RNA synthese gebeurt in gelamineerde dubbelmembraan vesicles afkomstig van het ER. Deze twee
typen vesicles komen voor bij meer virussen, wat doet vermoeden dat er twee soorten virale fabrieken
bestaan, dus de geïnvagineerde/sferules of dubbelmembraan vesicles. Het vormen van deze
2
