Virologie Evelien Floor
HC5-7 structuur virions
Functie van het virion
Virions beschermen het genoom buiten en binnenin een organisme voor de pH, temperatuur, straling
en enzymatische afbraak. Transmissie van een virion vindt plaats door aanhechting en penetratie van
de gastheercel. Er is echter een paradox: enerzijds moet het virion stabiel zijn voor invloeden van
buitenaf maar anderzijds moet dit ook reversibel zijn op
het moment van entry. Dit wordt opgelost door
metastabiliteit van virale eiwitten.
Metastabiele eiwitten zijn nog niet in de minimale vrije
energie conformatie. In principe zijn de eiwitten
metastabiel tot een trigger ervoor zorgt dat de energie
barrière wordt overschreden tot een stabiele staat.
Functies van virale eiwitten:
• Bescherming van het genoom
o Vormen van een stabiele beschermende eiwitmantel
o Specifieke herkenning en verpakking van het DNA of RNA genoom
o Interactie met gastheercel membranen om een envelop te vormen
• Afgifte van het genoom
o Binden aan externe receptoren op de gastheercel
o Transmissie van signalen die leiden tot ontmanteling van het genoom
o Induceren van fusie met gastheercel membranen
o Interactie met interne componenten van de geïnfecteerde cel voor transport van het
genoom naar de juiste plaats in de cel
• Andere functies
o Interacties met cellulaire componenten voor transport naar intracellulaire locaties
voor assemblage
o Interacties met cellulaire componenten voor een efficiënte infectieuze cyclus
Terminologie van virale componenten:
• Subunit à enkel gevouwen polypeptideketen
• Structurele unit (asymmetrische unit) à de unit waarin een of meerdere eiwitten kunnen
zitten: meer van dezelfde of meerdere verschillende
• Capside (coat) à de eiwitmantel rondom het DNA of RNA genoom
• Nucleocapside (coat) à het nucleïnezuur-eiwit complex verpakt in het virion; wordt gebruikt
wanneer dit complex een afzonderlijke substructuur van een deeltje is
• Envelop (viraal membraan) à de van de gastheercel afgeleide lipidebilaag die virale
glycoproteïnen bevat
• Virion à het infectieuze virus partikel
Analyse van de virion structuur
De meeste virus deeltjes zijn 20-400 nm groot en daarom niet zichtbaar onder de lichtmicroscoop.
Enkel hele grote virussen, zoals pokkenvirussen, zijn te zien als kleine puntjes.
Technieken voor analyse van virus structuren:
• Elektronen microscopie
• Cryo-elektron microscopie
• Tomografie
• X-ray kristallografie
1
, Virologie Evelien Floor
Elektronen microscopie
Om een virus zichtbaar te maken onder de elektronen microscoop wordt gebruik gemaakt van negative
staining. Virussen absorberen weinig tot geen elektronen, om het contrast te vergroten wordt deze
kleuring gebruikt. Zware metalen worden toegevoegd en blijven rondom het virusdeeltje liggen. Deze
metalen absorberen wel elektronen waardoor de virusdeeltjes zichtbaar worden. Met elektronen
microscopie kan een resolutie van 50-75 Å behaald worden. Hiermee kan dan de generale morfologie
bepaald worden.
Cryo-elektron microscopie
Met behulp van cryo-elektron microscopie kan een nog hogere resolutie van 2 Å behaald worden.
Virusdeeltjes worden op een rooster aangebracht waarna ze plotseling tot een temperatuur van -160
°C worden gebracht: quickvreezing. Er ontstaat een geordende waterlaag zonder ijskristallen waardoor
het virusdeeltje niet beschadigd en de structuur behouden blijft. Deze lage temperatuur zorgt er ook
voor dat de elektronen weinig schade aanrichten.
Het nadeel is dat deze techniek niet samengaat met de negative staining. Er wordt daarom een
optische techniek gebruikt: meerdere foto’s maken die net buiten focus zijn waardoor een contrast
ontstaat. In het geval dat alle virusdeeltjes identiek zijn, kunnen meerdere deeltjes gebruikt worden
om de 3D structuur te bepalen: particle averaging. De enige vereiste van deze techniek is dan ook dat
de partikels identiek zijn aan elkaar. Dit is echter niet altijd zo, veel virussen zijn pleomorf (veelvormig).
Tomografie
Een alternatieve techniek om toch tot een 3D structuur van pleomorfe virussen te komen is via
tomografie. Hierbij worden vanuit verschillende hoeken elektronen microscopie foto’s gemaakt die
samen worden gevoegd tot een 3D structuur. Een nadeel is dat de resolutie niet zo hoog is als bij cryo-
elektronen microscopie.
X-ray kristallografie
Eiwitten van virussen of andere organische verbindingen kunnen met deze techniek gekristalliseerd
worden. Hier is ook weer een vereiste dat de partikels identiek zijn aan elkaar. Het eiwit, of virus
partikel, wordt zodanig geconcentreerd en vervolgens wordt de vloeistof verdampt. Na vele
verdamping is het eiwit genoodzaakt te precipiteren ofwel te kristalliseren. Kristallen zijn heel
regelmatig opgebouwd, als deze worden beschoten met röntgenstralen worden deze afgebogen:
diffractie. Meten van het diffractiepatroon geeft allemaal spots die informatie geven over de positie
van de elektronen. Aan de hand daarvan kan bepaald worden waar de elektronen zich bevinden en
kunnen de atomen ingevuld worden.
Zo kan een 3D structuur van een eiwit bepaald worden op een atomair niveau. Veel virussen kunnen
niet gekristalliseerd worden, door enkel een eiwit te kristalliseren kan in sommige gevallen wel de 3D
structuur van het virus verder voorspeld worden.
De eerste virusstructuur die met x-ray kristallografie is opgehelderd was het tomato bushy stunt virus.
Dit was mogelijk omdat dit een plantenvirus is en deze in grote hoeveelheden opgekweekt kunnen
worden.
Structuur van virionen
Er is veel variatie in virion structuren maar er zijn wel algemene principes. Het minimale aantal eiwitten
waaruit een virus is opgebouwd is 60 eiwitten. Een virus kan het niet permitteren dat dit 60
verschillende eiwitten zijn want daarvoor is het genoom te klein. Daarom maken ze gebruik van een
of meer type eiwitten waardoor regelmatigheid in de structuur ontstaat. Er zijn twee vormen van
symmetrie in de eiwit mantel: helicaal en icosaedraal.
2
HC5-7 structuur virions
Functie van het virion
Virions beschermen het genoom buiten en binnenin een organisme voor de pH, temperatuur, straling
en enzymatische afbraak. Transmissie van een virion vindt plaats door aanhechting en penetratie van
de gastheercel. Er is echter een paradox: enerzijds moet het virion stabiel zijn voor invloeden van
buitenaf maar anderzijds moet dit ook reversibel zijn op
het moment van entry. Dit wordt opgelost door
metastabiliteit van virale eiwitten.
Metastabiele eiwitten zijn nog niet in de minimale vrije
energie conformatie. In principe zijn de eiwitten
metastabiel tot een trigger ervoor zorgt dat de energie
barrière wordt overschreden tot een stabiele staat.
Functies van virale eiwitten:
• Bescherming van het genoom
o Vormen van een stabiele beschermende eiwitmantel
o Specifieke herkenning en verpakking van het DNA of RNA genoom
o Interactie met gastheercel membranen om een envelop te vormen
• Afgifte van het genoom
o Binden aan externe receptoren op de gastheercel
o Transmissie van signalen die leiden tot ontmanteling van het genoom
o Induceren van fusie met gastheercel membranen
o Interactie met interne componenten van de geïnfecteerde cel voor transport van het
genoom naar de juiste plaats in de cel
• Andere functies
o Interacties met cellulaire componenten voor transport naar intracellulaire locaties
voor assemblage
o Interacties met cellulaire componenten voor een efficiënte infectieuze cyclus
Terminologie van virale componenten:
• Subunit à enkel gevouwen polypeptideketen
• Structurele unit (asymmetrische unit) à de unit waarin een of meerdere eiwitten kunnen
zitten: meer van dezelfde of meerdere verschillende
• Capside (coat) à de eiwitmantel rondom het DNA of RNA genoom
• Nucleocapside (coat) à het nucleïnezuur-eiwit complex verpakt in het virion; wordt gebruikt
wanneer dit complex een afzonderlijke substructuur van een deeltje is
• Envelop (viraal membraan) à de van de gastheercel afgeleide lipidebilaag die virale
glycoproteïnen bevat
• Virion à het infectieuze virus partikel
Analyse van de virion structuur
De meeste virus deeltjes zijn 20-400 nm groot en daarom niet zichtbaar onder de lichtmicroscoop.
Enkel hele grote virussen, zoals pokkenvirussen, zijn te zien als kleine puntjes.
Technieken voor analyse van virus structuren:
• Elektronen microscopie
• Cryo-elektron microscopie
• Tomografie
• X-ray kristallografie
1
, Virologie Evelien Floor
Elektronen microscopie
Om een virus zichtbaar te maken onder de elektronen microscoop wordt gebruik gemaakt van negative
staining. Virussen absorberen weinig tot geen elektronen, om het contrast te vergroten wordt deze
kleuring gebruikt. Zware metalen worden toegevoegd en blijven rondom het virusdeeltje liggen. Deze
metalen absorberen wel elektronen waardoor de virusdeeltjes zichtbaar worden. Met elektronen
microscopie kan een resolutie van 50-75 Å behaald worden. Hiermee kan dan de generale morfologie
bepaald worden.
Cryo-elektron microscopie
Met behulp van cryo-elektron microscopie kan een nog hogere resolutie van 2 Å behaald worden.
Virusdeeltjes worden op een rooster aangebracht waarna ze plotseling tot een temperatuur van -160
°C worden gebracht: quickvreezing. Er ontstaat een geordende waterlaag zonder ijskristallen waardoor
het virusdeeltje niet beschadigd en de structuur behouden blijft. Deze lage temperatuur zorgt er ook
voor dat de elektronen weinig schade aanrichten.
Het nadeel is dat deze techniek niet samengaat met de negative staining. Er wordt daarom een
optische techniek gebruikt: meerdere foto’s maken die net buiten focus zijn waardoor een contrast
ontstaat. In het geval dat alle virusdeeltjes identiek zijn, kunnen meerdere deeltjes gebruikt worden
om de 3D structuur te bepalen: particle averaging. De enige vereiste van deze techniek is dan ook dat
de partikels identiek zijn aan elkaar. Dit is echter niet altijd zo, veel virussen zijn pleomorf (veelvormig).
Tomografie
Een alternatieve techniek om toch tot een 3D structuur van pleomorfe virussen te komen is via
tomografie. Hierbij worden vanuit verschillende hoeken elektronen microscopie foto’s gemaakt die
samen worden gevoegd tot een 3D structuur. Een nadeel is dat de resolutie niet zo hoog is als bij cryo-
elektronen microscopie.
X-ray kristallografie
Eiwitten van virussen of andere organische verbindingen kunnen met deze techniek gekristalliseerd
worden. Hier is ook weer een vereiste dat de partikels identiek zijn aan elkaar. Het eiwit, of virus
partikel, wordt zodanig geconcentreerd en vervolgens wordt de vloeistof verdampt. Na vele
verdamping is het eiwit genoodzaakt te precipiteren ofwel te kristalliseren. Kristallen zijn heel
regelmatig opgebouwd, als deze worden beschoten met röntgenstralen worden deze afgebogen:
diffractie. Meten van het diffractiepatroon geeft allemaal spots die informatie geven over de positie
van de elektronen. Aan de hand daarvan kan bepaald worden waar de elektronen zich bevinden en
kunnen de atomen ingevuld worden.
Zo kan een 3D structuur van een eiwit bepaald worden op een atomair niveau. Veel virussen kunnen
niet gekristalliseerd worden, door enkel een eiwit te kristalliseren kan in sommige gevallen wel de 3D
structuur van het virus verder voorspeld worden.
De eerste virusstructuur die met x-ray kristallografie is opgehelderd was het tomato bushy stunt virus.
Dit was mogelijk omdat dit een plantenvirus is en deze in grote hoeveelheden opgekweekt kunnen
worden.
Structuur van virionen
Er is veel variatie in virion structuren maar er zijn wel algemene principes. Het minimale aantal eiwitten
waaruit een virus is opgebouwd is 60 eiwitten. Een virus kan het niet permitteren dat dit 60
verschillende eiwitten zijn want daarvoor is het genoom te klein. Daarom maken ze gebruik van een
of meer type eiwitten waardoor regelmatigheid in de structuur ontstaat. Er zijn twee vormen van
symmetrie in de eiwit mantel: helicaal en icosaedraal.
2
