Polyomaviridae é unha familia de virus cuxos hóspedes naturais son principalmente mamíferos e aves, que se adoitan denominar poliomavirus. En 2019 recoñecíanse nesta familia catro xéneros e 102 especies, nove das cales non están asignadas a ningún xénero. Catorce destas especies poden infectar seres humanos, mentres que outras, como o SV40 (Simian Virus 40), foron identificados en humanos en menor medida. A maioría destes virus son moi comúns e tipicamente asintomáticos na maioría das poboacións humanas estudadas. O virus BK está asociado con nefropatías en pacientes de transplantes renais e en transplantes de órganos sólidos non renais, o virus JC con leucoencefalopatía multifocal progresiva, e o virus de célula de Merkel con cancro de célula de Merkel.
Estrutura e xenoma
miniatura|Representación dunha cápside viral icosaédrica de 72 pentámeros do poliomavirus murino VP1, coloreada de maneira que as áreas da superficie máis próximas ao centro interior aparecen azuis e as áreas máis distantes en vermello. Procedente de . Os poliomavirus son virus de ADN bicatenario con envoltura cun xenoma circular de aproximadamente 5 000 pares de bases. O xenoma está empaquetado dentro dunha cápside viral duns 40-50 nanómetros de diámetro, que ten forma icosaédcrica (simetría T=7). A cápside está composta por 72 capsómeros pentaméricos dunha proteína chamada VP1, que pode autoensamblarse formando un icosaedro pechado; de modo que cada pentámero de VP1 está asociado cunha molécula dunha soa das outras dúas proteínas da cápside, chamadas VP2 e VP3. miniatura|Estrutura do xenoma do virus WU, un poliomavirus humano. A rexión temperá móstrase á esquerda e contén as proteínas TAg (antíxeno tumoral); a rexión tardía está á dereita e contén as proteínas da cápside. O xenoma dun poliomavirus típico codifica entre 5 e 9 proteínas, e está dividido en dúas rexións transcricionais chamadas rexións temperá e tardía debido ao momento durante a infección en que se transcriben. Cada rexión é transcrita pola ARN polimerase II da célula hóspede como un só pre-ARNm que contén múltiples xenes. A rexión temperá xeralmente codifica dúas proteínas, os antíxenos tumorais pequeno e grande, producidos por empalme alternativo. A rexión tardía contén as tres proteínas estruturais da cápside, VP1, VP2 e VP3, producidas utilizando sitios alternativos de comezo da tradución. Outros xenes adicionais e outras variacións deste esquema poden verse nalgúns virus: por exemplo, os poliomavirus de roedores teñen unha terceira proteína chamada antíxeno tumoral mediano na rexión temperá, que é extremadamente eficiente en inducir a transformación celular; o SV40 ten unha proteína da cápside adicional, a VP4; nalgúns exemplos os virus teñen proteínas reguladoras adicionais chamadas agnoproteínas expresadas a partir da rexión tardía. O xenoma tamén contén unha rexión reguladora ou de control non codificante que contén os promotores das rexións temperás e tardías, sitios de comezo da transcrición e a orixe de replicación.
Virus Estrutura Simetría Cápside Arranxo xenómico Segmentación xenómicaPoliomavirusIcosaédricaT=7Non envoltoCircularMonopartito
Replicación e ciclo vital
miniatura|esquerda|A VP1 do poliomavirus murino en complexo co glicano GT1a. O GT1a móstrase en amarelo e o monómero VP1 con superficie branca e un esqueleto proteico azul. Móstrase unha complexa rede de enlaces de hidróxeno, moitos deles mediados pola auga, na superficie de unión or medio en liñas laranxas, cos residuos proteicos participantes indicados con barras. As mutacións dos dous residuos mostrados en ciano na parte inferior da figura poden afectar significativamente á patoxenicidade. Procedente de .
O ciclo vital dos poliomavirus empeza coa súa entrada na célula hóspede. Os receptores celulares para os poliomavirus son residuos de ácidos siálicos de glicanos, normalmente gangliósidos. A adhesión dos poliomavirus ás células hóspede depende da unión da VP1 a glicanos sialilados da superficie celular. En certos virus ocorren interaccións adicionais na superficie celular; por exemplo, o virus JC crese que debe interaccionar co receptor 5HT2A e o virus de célula de Merkel co heparán sulfato. Porén, en xeral as interaccións virus-célula están mediadas por moléculas comúns da superficie celular, e, por tanto, probablemente non son un contribuínte importante do tropismo de tipo celular observado en cada virus. Despois de unirse a moléculas da superficie celular, o virión é endocitado e entra no retículo endoplásmico (un comportamento único entre os virus non envoltos coñecidos), onde a estrutura da cápside viral probablemente se ve alterada pola acción dos encimas disulfuro isomerases da célula hóspede.
Os detalles do tránsito ao núcleo non están claros e poden variar entre distintos poliomavirus. Informouse frecuentemente que unha partícula de virión intacta, aínda que distorsionada, pasa desde o retículo endoplasmático ao citoplasma, onde o xenoma se libera da cápside, posiblemente debido á concentración baixa de calcio no citoplasma. Tanto a expresión dos xenes virais coma a replicación do xenoma viral teñen lugar no núcleo da célula usando a maquinaria do hóspede. Os xenes temperáns (que comprenden como mínimo o antíxeno tumoral pequeno (ST) e o antíxeno tumoral grande (LT)) exprésanse primeiro, a partir dunha febra monocatenaria de ARN mensaxeiro orixinada por empalme alternativo. Estas proteínas serven para manipular o ciclo celular da célula hóspede, o que desregula a transición da fase G1 á fase S, cando se replica o xenoma da célula hóspede, porque a maquinaria de replicación do ADN da célula hóspede é necesaria para a replicación do xenoma viral. O mecanismo preciso desta desregulación depende do virus; por exemplo, o antíxeno tumoral grande (LT) do SV40 pode unirse directamente ao p53 da célula hóspede, pero o LT do poliomavirus murino non. O LT induce a replicación do ADN a partir da rexión de control non codificante (NCR) do xenoma viral, despois do cal redúcese a expresión do ARNm temperán e empeza a expresión do ARNm tardío, que codifica as proteínas da cápside viral. A medida que empezan estas interaccións, os LTs pertencentes a varios poliomavirus, incluíndo o poliomavirus de célula de Merkel, presentan un potencial oncoxénico. Describíronse varios mecanismos para regular a transición desde a expresión de xenes temperáns á dos tardíos, como a implicación da proteína LT na represión do promotor temperán, a expresión duns ARNm tardíos non terminados con extensións complementarias aos ARNm temperáns, e a expresión de microARNs reguladores. A expresión de xenes tardíos ten como resultado a acumulación de proteínas da cápside viral no citoplasma da célula hóspede. Os compoñentes da cápside entran no núcleo para encapsidar novo ADN xenómico viral. Os novos virións poden ensamblarse en factorías virais. O mecanismo da liberación viral da célula hóspede varía segundo o poliomavirus; algúns expresan proteínas que facilitan a saída da célula, como a agnoproteína ou a VP4. Nalgúns casos, os altos niveis de virus encapsulados causan a lise da célula, liberándose os virións.
Virus Detalles do hóspede Tropismo de tecido Detalles da entrada Detalles da saída Sitio de replicación Sitio de ensamblaxe TransmisiónPoliomavirusMamíferos; avesSistema respiratorio; riles, cerebroEndocitose de receptor celularLiseNúcleoNúcleoOral-fecal
Proteínas virais Antíxenos tumorais (T)
O antíxeno tumoral grande xoga un papel clave na regulación do ciclo de vida viral ao unirse á orixe viral da replicación do ADN, onde promove a síntese de ADN. Ademais, como os poliomavirus dependen da maquinaria da célula hóspede para replicarse, a célula hóspede debe estar en fase S para que esta empece. Debido a isto, o antíxeno T grande tamén modula vías de sinalización celular para estimular a progresión do ciclo celular ao unirse a varias proteínas de control celulares. Isto conséguese por un ataque a dúas bandas ao inhibir os xenes p53 supresores de tumores e a membros da familia do retinoblastoma (pRB), e estimular as vías de crecemento ao unirse ao ADN celular, á ATPase-helicase, á asociación da ADN polimerase α, e unirse a factores do complexo de preiniciación da transcrición. Esta estimulación anormal do ciclo celular é unha forza poderosa para a transformación oncoxénica.
A proteína do antíxeno tumoral pequeno tamén pode activar varias vías celulares que estimulan a proliferación celular. Os antíxenos T pequenos dos poliomavirus teñen como diana a proteína fosfatase 2A (PP2A), un regulador de multisubunidades clave de moitas vías como a Akt, a vía da proteín quinase activada por mitóxeno (MAPK), e a vía da proteína quinase activada polo estrés (SAPK). O antíxeno T pequeno do poliomavirus de célula de Merkel codifica un dominio único, chamado dominio de estabilización do LT (LSD), que se une e inhibe a ligase E3 FBXW7 regulando oncoproteínas celulares e virais. A diferenza do SV40, o antíxeno T pequeno do MCV transforma directamente células de roedores in vitro.
O antíxeno tumoral mediano utilízase en organismos modelo desenvolvidos para estudar o cancro, como o sistema MMTV-PyMT, no que o T mediano está acoplado ao promotor de MMTV. Alí, funciona como un oncoxene, mentres que o tecido no que se desenvolve o tumor está determinado polo promotor de MMTV.
Proteínas da cápside
A cápside dos poliomavirus consta dun compoñente principal, a proteína da cápside maior VP1, e un ou dous compoñentes menores, proteínas da cápside menores VP2 e VP3. Os pentámeros de VP1 forman a cápside viral icosaédrica pechada e no interior da cápside cada pentámero está asociado cunha molécula ou ben de VP2 ou ben de VP3. Algúns poliomavirus, como o poliomavirus de célula de Merkel, non codifican ou expresan a VP3. As proteínas da cápside exprésanse a partir da rexión tardía do xenoma.
Agnoproteína
A agnoproteína é unha pequena fosfoproteína multifuncional que se encontra na parte codificante tardía do xenoma dalgúns poliomavirus, especialmente no virus BK, virus JC e SV40. É esencial para a proliferación nos virus que a expresan e pénsase que está implicada na regulación do ciclo vital do virus, concretamente na replicación e saída dos virus da célula hóspede, mais non se coñece o mecanismo exacto.
Taxonomía
Os poliomavirus son membros do tradicional grupo I de virus (virus de ADN bicatenario). Na clasificación dos poliomavirus fixéronse varias propostas de revisións conforme se descubrían novos membros do grupo. Anteriormente, os poliomavirus e papilomavirus, que comparten moitas características estruturais pero teñen organizacións xenómicas moi diferentes, estaban clasificados xuntos na familia, agora obsoleta, dos Papovaviridae. (O nome Papovaviridae deriva de tres abreviaturas: Pa por Papillomavirus, Po por Polyomavirus e Va por "vacuolantes.") Os poliomaviruses foron divididos en tres grandes clados (é dicir, grupos relacionados xeneticamente): o clado SV40, o clado aviario e o clado do poliomavirus murino. Unha posterior reclasificación proposta polo Comité Internacional de Taxonomía de Virus (ICTV) recomendou dividir a familia Polyomaviridae en tres xéneros: Xénero Orthopolyomavirus (especie tipo SV40) Xénero Wukipolyomavirus (especie tipo poliomavirus KI) Xénero Avipolyomavirus (especie tipo poliomavirua aviar)
Non obstante, o actual sistema de clasificación do ICTV recoñece catro xénenros e 102 especies, das cales nove non puideron asignarse a ningún xénero. Este sistema mantén a distinción entre os virus aviarios e os mamalianos, agrupando o subconxunto aviario no xénero Gammapolyomavirus. Xénero Alphapolyomavirus, especie tipo Mus musculus polyomavirus 1 (poliomavirus murino) Xénero Betapolyomavirus, especie tipo Macaca mulatta polyomavirus 1 (SV40) Xénero Deltapolyomavirus, especie tipo Human polyomavirus 6 Xénero Gammapolyomavirus, especie tipo Aves polyomavirus 1
As seguintes especies non foron asignadas a ningún xéenro: Ailuropoda melanoleuca polyomavirus 1