HIV基因的复制和逆转录PPT课件

生化案例讨论,1,问题讨论？,HIV基因组的复制过程？（参考章节：DNA的生物合成、RNA的生物合成） 逆转录如何导致HIV基因突变？HIV基因突变的生物学意义？（参考章节：DNA的生物合成）,2,首先了解下：,HIV的基因组结构及功能,3,4,一、 HIV的基因组结构及功能,HIV基因组为单股正链RNA二倍体，每条RNA链长约9.8kb，两条链的5端借氢键形成二聚体。与其他逆转录病毒相同，HIV的基因结构从5端到3端依次为5LTR-gag-pol-env-3LTR。5端有帽状结构m7G5ppp5GmpNp，3端有polyA序列。除三个编码结构蛋白的基因gag、pol、env外，HIV还有较其他逆转录病毒更多的调节基因（regulatory gene）和附加基因(accessory gene)，其编码的的调节蛋白在病毒的整个感染及复制过程中具有非常重要的作用，目前已发现至少有7种：tat、rev、nef、vpr、vpu、vpx和vif。,5,1长未端重复序列：,HIV基因组两端的长未端重复序列（long terminal repeat, LTR）不编码病毒产物，对于病毒基因表达的起始和调节至关重要，其上有许多细胞转录因子的结合位点，可分为调节单位、核心转录单位和反式激活效应元件单位（TAR）三个不同的调控功能区。,6,2 Gag基因：,gag基因能编码约500个氨基酸组成的聚合前体蛋白，经蛋白酶水解形成P17，P24核蛋白，使RNA不受外界核酸酶破坏。gag基因编码几种病毒核心蛋白（衣壳蛋白）,7,3 Pol基因：,Pol基因编码聚合酶前体蛋白，经切割形成蛋白酶、整合酶、逆转录酶、核糖核酸酶H，均为病毒增殖所必需。 pol基因编码3种酶：反转录酶、蛋白酶和整合酶,8,4 Env基因,env基因编码约863个氨基酸的前体蛋白并糖基化成gp160，gp120和gp41。gp120含有中和抗原决定簇，已证明HIV中和抗原表位，在gp120 V3环上，V3环区是囊膜蛋白的重要功能区，在病毒与细胞融合中起重要作用。gp120与跨膜蛋白gp41以非共价键相连。gp41与靶细胞融合，促使病毒进入细胞内。实验表明gp41亦有较强抗原性，能诱导产生抗体反应。env基因编码插入病毒外膜磷脂双层中的糖蛋白。,9,其他调节基因和附加基因,5TaT 基因编码蛋白可与LTR结合，以增加病毒所有基因转录率，也能在转录后促进病毒mRNA的翻译。 6Rev基因产物是一种顺式激活因子，能对env和gag中顺式作用抑制序去抑制作用，增强gag和env基因的表达，以合成相应的病毒结构蛋白。 7Nef基因编码蛋白P27对HIV基因的表达有负调控作用，以推迟病毒复制。该蛋白作用于HIv cDNA的LTR，抑制整合的病毒转录。可能是HIV在体内维持持续感集体所必需。,10,其他调节基因和附加基因,8Vif基因对HIV并非必不可少，但可能影响游离HIV感染性、病毒体的产生和体内传播。 9VPU基因为HIV-1所特有，对HIV的有效复制及病毒体的装配与成熟不可少。 10Vpr基因编码蛋白是一种弱的转录激活物，在体内繁殖周期中起一定作用。,11,二、,DNA的反转录合成（Reverse transcription）,12,中心法则：,13,逆转录病毒和逆转录酶,14,逆转录病毒细胞内的逆转录现象,15,反转录病毒： RNA病毒，含有反转录酶 反转录：在反转录酶的作用下以RNA为模板合成DNA的过程。 反转录酶：以RNA为模板指导三磷酸脱氧核苷酸合成互补DNA（cDNA）的酶,16,1、反转录酶以tRNA为引物合成双链cDNA,RNA指导的DNA聚合酶活性； DNA指导的DNA聚合酶活性； RNAse H的活性（是指它能够从53和35两个方向水解DNA-RNA杂合分子中的RNA）。 然而：反转录酶中不具有35外切酶活性，因此没有校正功能,反转录酶有3种酶的活性：,17,反转录酶的结构,18,2、反转录病毒在宿主细胞内的主要活动,（一）反转录合成双链cDNA,（二）双链cDNA插入宿主染色体形成原病毒,原病毒或前病毒：存在于真核染色体中和反转录病毒RNA基因组相对应的双链DNA序列。,19,反转录病毒RNA基因组和原病毒,20,反转录病毒RNA基因组转变为双链cDNA的途径,21,问题4：,HIV基因组的复制过程？HIV的复制.swf,22,gag基因编码几种病毒核心蛋白（衣壳蛋白）; pol基因编码3种酶：反转录酶、蛋白酶和整合酶; env基因编码插入病毒外膜磷脂双层中的糖蛋白。,3、原病毒DNA转录产生病毒RNA,具有自我复制能力的反转录病毒基因组含有3个基因：,23,直接翻译产生多蛋白Gag和Gag-Pol。 含有包装信号，因此构成完整的病毒基因组。 大约一半初级转录产物经过剪接加工形成gag-pol mRNA和env mRNA。,原病毒初级转录产物有3种重要功能：,24,初级转录产物多蛋白Gag-Pol，经过蛋白酶水解，可产生反转录酶、蛋白酶和整合酶。 多蛋白Gag经过加工，生成4种病毒衣壳蛋白。 env基因编码的Env蛋白，经过加工以后插入病毒外膜磷脂双层。 这些病毒蛋白和病毒RNA基因组可以迅速组装成许多新的反转录病毒颗粒。,4、病毒RNA经翻译和包装形成反转录病毒颗粒,25,简单地重温下HIV感染的过程,26,1、吸附及穿入,HIV-1感染人体后，病毒选择性的吸附于靶细胞的CD 4受体上，病毒包膜发生构象改变，外膜糖蛋白gp120的V3区与宿主细胞的CCR5或CXCR4结合，引起跨膜糖蛋白gp41区段HIV-1感染人体后，病毒选择性的吸附于靶细胞的CD 4受体上，病毒包膜发生构象改变，外膜糖蛋白gp120的V3区与宿主细胞的CCR5或CXCR4结合，引起跨膜糖蛋白gp41区段与靶细胞膜上的融合结 构域发生融合，使病毒核衣壳穿入宿主细胞。 与靶细胞膜上的融合结 构域发生融合，使病毒核衣壳穿入宿主细胞。,27,2、脱衣壳和逆转录,病毒进入细胞后包裹在病毒衣壳内的病毒RNA，在与亲环素结合的衣壳蛋白p24的辅助下出胞。这一过程对环孢菌素A敏感。紧接着病毒RNA利用自身逆转酶的RNA依赖的DNA聚合酶和RNA酶活性进行逆转录，最后合成病毒基因组的双链DNA分子(cDNA)。,28,3、cDNA变为DNA,环化cDNA在环化酶的作用下形成以共价或非共价结合的双链环状DNA分子。其中非共价结合的环状DNA是整合到宿主染色体上的形式，抗病毒药对此无效。大多数新合成的病毒DNA以游离、非整合的共价结合的环状DNA形式保留在细胞浆内，它没有转录作用，但有致病理变化作用，抗病毒药对以这种形式存在的病毒有效， 可使病毒载量下降。,29,4、转录出正链RNA,cDNA插入细胞基因组成为前病毒，然后以前病毒为模板，转录出正链RNA，即为病毒基因组。,30,问题5：,逆转录如何导致HIV基因突变？HIV基因突变的生物学意义？,31,一、多种因素通过不同形式可引起DNA损伤,碱基开环和糖苷键断裂引起碱基丢失 辐射或氧化损伤等引起碱基改变 化学因素可引起核苷酸插入或缺失 辐射和化学损伤可引起DNA链断裂 物理和化学因素可引起DNA链间或链内交联,32,二、DNA损伤的结果:,其一，导致复制或转录障碍其二，导致复制后产生基因突变,33,遗传物质的结构改变而引起的遗传信息改变，均可称为突变。,在复制过程中发生的DNA突变称为DNA损伤(DNA damage)。,从分子水平来看，突变就是DNA分子上碱基的改变。,三、突变：,34,四、突变的意义,（一）突变是进化、分化的分子基础 （二）突变导致基因型改变 （三）突变导致死亡 （四）突变是某些疾病的发病基础,35,五、HIV的高突变率：,HIV的突变率极高，基因组的点突变每天都可发生，导致HIV频发表位突变。 HIV为逆转录病毒，反转录酶中不具有35外切酶活性，因此没有校正功能，DNA损伤修复能力较差，所以由反转录酶催化合成的DNA出错率比较高，因而HIV的变异频率非常高，每一轮复制都会引入约10个碱基的错误。,36,六、HIV基因突变的生物学意义,高的变异频率使世界不同地区甚至同一感染个体不同时期HIV的基因组都有较大差异，即产生许多HIV的亚型 。,37,HIV的亚型及分布,根据HIV gag和env区的基因序列，目前HIV-1可分为M、N和O三个进化组，两个进化组之间序列的异质性超过45%。依据env区序列，M组又可分为A-J 10个亚型，亚型之间序列的异质性为30%。A和D亚型主要见于中非；B亚型见于北美、欧洲、澳大利亚等；C亚型在南非、印度及中国；E亚型在中非、泰国及中国；F亚型在巴西和扎伊尔；G亚型在俄罗斯、台湾及加蓬；H亚型见于非洲；I亚型在塞浦路斯；J亚型在非洲。O组最初从喀麦隆分离而来，主要分布于喀麦隆、加蓬等国。N组为新近分离的一个组，其具体分布有待进一步调查。,38,关键词,DNA的反转录合成 反转录病毒 反转录 反转录酶 DNA损伤及修复 突变,39,谢谢大家！,40,