病毒基因组的表达及病毒感染对宿主细胞

二、环状双链DNA病毒复制
• （一）猴肾病毒SV40基因组复制
• 双链DNA复制类似于质粒的复制形成 复制叉。 • 复制起始信号：TTAACGTTAA • 依赖于宿主复制酶，但复制开始需要 病毒编码的T蛋白。是早期区唯一转录 的蛋白。
（二）乙型肝炎病毒的复制
• Hepatitis：乙型肝炎病毒则为一种具有被膜 的小环状双链DNA病毒(图6一17)。虽然乙 型肝炎病毒的基因组DNA呈环状，但其两 条单链都是线状分子。
五、RNA病毒基因组
• （一）单链RNA噬菌体 • 目前知道的RNA噬菌体有4组，其中有2组 的分子生物学研究较清楚。所有单链RNA 噬菌体的基因组都很小，只有3 500到4 500个核昔酸，为单正链RNA，被包裹在20 面体的壳体之中。 • 含有4个基因，分别编码壳体成分A蛋白和 外壳蛋白、裂解酶以及病毒复制酶的R亚基， 但后二者为重叠基因。
• 所有逆转录病毒都具有一个编码逆转录酶 (reverse transcriptase)的基因( pol基因)。逆转录 酶为一种依赖于RNA的DNA聚合酶，可将病毒基 因组RNA逆转录成线状双链DNA，叫做原病毒 (provirus)。这种双链DNA比基因组RNA稍长，因 为其两端接有300 -- 1000bp的特殊的长末端重复 序列。 • 逆转录的详细过程现在还不很清楚。双链DNA分 子合成后就整合到宿主细胞基因组中，随宿主基 因一起遗传和表达。
第一节 病毒基因组的组织
• 一、双链DNA噬菌体基因组 各种病毒的基因组可分成4大类，即双链DNA、 单链DNA、双链RNA. • （一）烈性双链DNA噬菌体 • 1、T偶列噬菌体 • T开头的偶列噬菌体研究比较详细。 • 基因组很大，如T4含60个以上基因。 • 其基因组可分为早期和晚期两个区。
三、植物双链DNA病毒基因组
• 在高等植物中，目前已知的唯一双链 DNA病毒为花椰菜花叶病毒( caulimovirus , CaMV )，其基因组为环状双链DNA分子， 长8 024bp，具有7个编码区，都位于负链 上(图6一5)。
三、植物双链DNA病毒基因组
Baidu Nhomakorabea
四、单链DNA病毒基因组
• 单链病毒主要见原核生物，植物中也有少 数几种单链病毒。 • （一）细菌单链DNA病毒 • 廿面体形单链DNA病毒主要有cpX174 , M13，这种病毒的基因组均为单链环状 DNA分子，侵染宿主细胞后，病毒首先通 过合成基因组DNA的互补链，形成双链环 状分子，即所谓复制型(replicative form)。
（二）脊椎动物大双链DNA病毒
• 1、疱疹病毒基因组：HSV经口腔、呼吸道、 生殖道粘膜和破损皮肤等多种途径侵入机 体。人感染非常普遍，感染率达80～90%， 常见的临床表现是粘膜或皮肤局部集聚的 疱疹，偶尔也可发生严重的全身性疾病， 累及内脏，为一些致癌的可疑因子。
（二）脊椎动物大双链DNA病毒
• （二）温和性双链DNA噬菌体 • 1、λ 噬菌体 bacterio phage • 有些噬菌体侵人宿主细胞后，并不一 定马上裂解宿主细胞，其基因组与缩 主DNA结合，并随宿主DNA一复制。 • λ噬菌体是最为熟知的温和性噬菌体之 一，线状双链DNA，编码30-40蛋白质。 两端有12个碱基的尾巴，所以λDNA可 以形成环状结构。在宿主细胞中的复 制型为环状DNA分子，类似细菌的质 粒。
• 2、痘病毒基因组 • 在人类历史上，天花和黑死病、霍乱等瘟疫都留 下了惊人的死亡数字。从最初出现到被彻底灭绝， 伴随着天花3千多年的历程发生了太多的故事。 • Vaccinia virus 天花病毒 • vaccine • 两条单链通过磷酸二脂键结合，末端重复。表达 的特点之一是早期基因在壳体内转录，晚期基因 在缩主细胞质中转录。早期基因和晚期基因紧紧 相连，其中有些基因还相互重叠。据估计，痘病 毒基因组至少含有150多个基因。
• 1、疱疹病毒基因组 • 疱疹病毒1-HSV 和疱疹病毒2-EB病毒，EB病毒 基因组则长172kb。特点：U1-U5和末端重复。
2、痘病毒基因组 Vaccinia virus 天花病毒
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天花是由天花病毒引起的一种烈性传染病，是人类的死敌，在人类历史上曾 经杀死亿万人类。18世纪欧洲蔓延天花，死亡人数曾高达1亿5千万人以上。 世界上曾有两个戒备森严的实验室保存着很少量的天花病毒，它们被冷冻在 －70℃的冰箱里，等待着对它们的终审判决。这两个实验室一个在莫斯科， 另一个在美国的亚特兰大。
第二节、病毒基因组复制
• 一、线状双链DNA病毒基因组复制 • （一）T7 噬菌体基因组复制 • 噬菌体基因组复制所需的各种蛋白质都由 自身基因组编码，这些蛋白质具有复制双 链DNA的基本活性，依赖宿主基因组的活 性因子。
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如前所述，T基因组为线状双链DNA，其 两端都有长约160bp的额外重复序列。但是 这种线状DNA分子复制时并不产生单个基 因组单位，而是形成一段很长的、由多个 基因组单位首尾衔接在一起的复合基因组 (图6一14)。
五、RNA病毒基因组
• （一）单链RNA噬菌体
（二）多细胞动物单链RNA病毒基因组
• 1、微小RNA病毒： • 感冒致病因子、脑炎心肌致病因子病毒，动物口 蹄疫致病因子病毒，甲肝病毒，脊髓灰质炎致病 因子病毒。 • 尽管上述各类病毒基因组的结构非常相似，但它 们的RNA序列几乎不存在任何同源性，即使在同 一类病毒如鼻病毒和脊髓灰质炎病毒中也只有几 种蛋白质具有44- 65%的序列同源性。 • 只编码3种蛋白。
（一）哺乳动物小分子DNA病毒
• 1. 猴肾病毒sv40，是多瘤病毒的代表，其基因组 较小，为环状双链DNA分子，长5 243bp，只有 噬菌体基因组的10%，编码10种分子量为20kD的 蛋白质。 • 2.腺病毒基因组腺病毒基因组的大小约为sv40基因 组的6倍，为线状双链DNA分子，其中腺病毒5 (Ad5)的DNA长36kb。在每一条单链的末端有一 颠倒重复。所有这些晚期基因都由宿主细胞的 RNA聚合酶ll转录，转录子都具有5'帽子结构和3 多聚A尾巴。 • 腺病毒对呼吸道、胃肠道、尿道和膀胱、眼、肝 脏等均可感染，人腺病毒约1/3的已知血清型通常 与人类疾病相关，但一种血清型可引起不同的临 床疾患；相反，不同血清型也可引起同一种疾患。
• 2、 T奇列噬菌体 • T7 比较清楚含53个基因，是双链线状的。间隔序 列很短。 • 基因组可分成早期、中期和晚期三部分。早期区 有10个基因，其产物的功能是克服宿主细胞对其 人侵的限制作用，包括RNA聚合酶、蛋白质激酶 以及一些与复制有关的酶类的基因。 • 中间区最大，载有22个基因，编码DNA结合蛋白、 内切和外切核酸酶、溶菌酶、引物酶、DNA聚合 酶以及若干种未知功能的蛋白质。 • 晚期区有21个基因，大多数编码壳体和尾部蛋白。
七、植物内病毒和拟病毒
• 植物中有一种基因组非常特殊的致病因 子叫做类病毒(viroid )。类病毒为一种裸露 的RNA分子，长240 -- 350个核昔酸，为单 链环状结构，其分子内许多区域都可进行 碱基配对，所以呈一种棒状、近于双螺旋 的结构。类病毒基因组不编码任何蛋白质， 如马铃薯块根类病毒(patato spindle tuber viroid)。
• 其整合到宿主细胞有特异性，病毒与插入 有关的区域叫attp，长240bp。在宿主中叫 attB，25bp。因此插入区域始终位于特定 位点。 • 整合与2种酶有关，整合酶integrase 和宿主 整合因子integration Host factor • 从溶原性周期进人裂解周期必须从细菌染 色体上切割下来，形成复制型DNA。切割 过程由切割酶催化，即通过重组形成环状 DNA。
第六章 病毒基因组的表达及病毒感染对宿主 细胞的遗传效应
• 1.病毒(virus)是细胞中一类复合大分子寄生物，只 有在寄主细胞中才能复制。 • 2.病毒的复制由自身基因型所决定，但必须利用 宿主细胞的能量代谢和核酸蛋白质合成机制。 • 3.病毒粒子只能含有一种核酸，要么是DNA，要 么就是RNA，二者不能同时存在于同一病毒粒子 之中。 • 4.病毒能够自我复制，产生连续的后代，所以它 们又类似生物体。
• 两端都有160bp 重复序列 • 形成很长的多基 因单位的复合基 因组
（三）痘病毒的复制
• 痘病毒则以另一种方式复制其基因组， 即复制是从基因组内部的复制启始区开始， 最后通过双向复制，将原基因组两端的单 链发夹环转变成双螺旋.
（三）痘病毒的复制
其两端具有单链的发 卡环结构,复制从内部 开始，双向复制. 病毒必须合成自己的 聚合酶才能复制。
• （一）细菌单链DNA病毒基因组复制 • 当病毒正链进入细胞后，首先合成引物 RNA，在利用宿主DNA聚合酶合成负链 DNA，然后再除掉引物。
四、单链RNA病毒基因组的复制
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大多数单正链RNA病毒基因组的复制都 需要一种RNA复制酶(RNA replicase)，这 种酶是在病毒RNA进人宿主细胞后合成的。 同DNA聚合酶和RNA聚合酶相似，RNA复 制酶催化单链模板RNA链的互补合成，其 合成机制与DNA复制和RNA转录基本相同。 需要复制酶，进入宿主后合成的。 • 当双链RNA形成之后，互补的两条单链又 作用下一轮RNA合成的模板。 • 且只有一条链起作用-编码基因。
（二）乙型肝炎病毒的复制
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受乙型肝炎病毒感染的细胞含有大量与正链 DNA结合的负链DNA，其中大多数都比基因组 DNA链短。负链DNA是在未成熟的类核心颗粒中 以RNA为模板合成的，随着负链不断延长，RNA 模板不断降解(图6-18)。所以乙型肝炎病毒也同 逆转录病毒一样，能通过逆转录进行复制。
三、单链DNA病毒的复制
二、哺乳动物小分子DNA病毒
二、哺乳动物双链DNA病毒基因组
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真核生物病毒非常复杂，可分为： 1、双链有包膜 包疹 2、双链无包膜 3、单链无包膜 4、不完全双链有包膜 等 主要以4种病毒为例进行讨论，即多瘤病毒 (polyomavirus )、腺病毒(aden• ovirus) ,疤疹病毒(herpesvirus)和痘病毒 (poxvirus) 。
• 2、黄病毒基因组 • 绝大多数由吸血昆虫等传播，脑炎病，登 革热、黄热病。
• 3、棒状病毒 • 狂犬病rabies virus 和水疱性口炎病毒，单 链RNA。棒状。
• 4、大RNA 病毒：流感病毒 • virus)也是一种单负链RNA病毒，但其基因 组由8条RNA分子组成。每一RNA都编码不 同蛋白质. • 流感病毒与其他RNA病毒的另一主要差别就 是其复制依赖于宿主细胞核。如果通过实验 操作或用药物处理将细胞核除掉，流感病毒 就不能在细胞中进行复制。
• （三）植物单链RNA病毒 • 90%的植物病毒是RNA。除了基因组RNA 许多植物还有若干较小的mRNA，功能为扩 增如外壳蛋白等。 • 大多数正链mRNA与真核基因mRNA相似。
• （四）卫星病毒基因组Satellite virus • 高等真核生物的某些DNA和RNA病毒还具 有卫星病毒(satellite virus)或卫星RNA，如 烟草坏死病毒( tobacco necrasisvirus , TN V)的卫星病毒为一条包裹在不同颗粒中的 mRNA分子，编码卫星病毒的外壳蛋白。 • 其病毒其复制完全依赖帮助病毒,干扰病毒 的复制,可能是病毒的寄生生物。
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（五）双链RNA病毒基因组 桑蚕细胞质多角病毒。 哺乳动物呼肠孤病毒 轮状病毒
六、逆转录病毒基因组
• 逆转录病毒(retrovirus)是自然界广泛存在的一种单正链 RNA病毒，有数百种变异体。根据其生物学特征，形态特 征以及基因组结构，可将其分成三组。 • 第一组为癌病毒(oncovirus )，它是爬行动物、鱼类、鸟类、 啮齿动物、猫科动物以及灵长目动物的与癌变有关的逆转 录病毒，如劳氏肉瘤病毒。 • 第二组为慢病毒( lentivirus )，损伤神经和诱发慢性肺炎， 如绵羊髓鞘脱落病毒(visna virus )以及艾滋病毒(human immunodefeciency virus, HIV)等。 • 第三组为泡沫病毒(spumavirus) ,能在几种哺乳动物不出 现病症的情况下进行持续感染。