Classe VI: RNA a singolo filamento con polarità + con intermedio a dna - i retrovirus

I retrovirus sono gli unici virus con genoma a RNA con polarità (+), per la precisione due molecole di RNA (genoma diploide), in cui il genoma non viene utilizzato come un mRNA, dopo l'ingresso del virus nella cellula. Una volta integrato nel genoma della cellula ospite, il provirus a DNA si trova sotto il controllo della cellula ospite e viene trascritto esattamente come gli altri geni cellulari. 

I retrovirus sono chiamati virus a filamento più, perché l'RNA virale codifica per i prodotti proteici. La trascrittasi inversa è responsabile della conversione del genoma (filamento più di RNA) in un filamento complementare di DNA, che si chiama filamento meno di DNA. Questo enzima ha un'attività DNA polimerasica che le permette di sintetizzare un DNA duplex dal singolo filamento prodotto dalla trascrizione inversa dell'RNA. Il secondo filamento di DNA di questo duplex si chiama filamento più di DNA. Come aggiunta necessaria a questa attività, l'enzima ha un attività RNasi H, che può degradare la parte RNA dell'ibrido RNA-DNA. L'RNA virale ha ripetizioni alle sue estremità, chiamate segmenti R. La sequenza all'estremità 5' del virus è R-U5 e la sequenza all'estremità 3' è U3-R. I segmenti R sono usati durante la conversione dalla forma a RNA a quella a DNA, per generare le ripetizioni dirette più estese che si trovano nel DNA lineare. L'accorciamento di 2 bp a ciascuna estremità della forma integrata è una conseguenza del meccanismo d'integrazione. Come altre DNA polimerasi, la trascrittasi inversa richiede un primer, che in natura è costituito da un tRNA, presente nel virione e successivamente iniettato nell'ospite. Una sequenza di 18 basi all'estremità 3' del tRNA si appaia con un sito posto a 100-200 basi all'estremità 5' di una delle molecole di RNA virale. Il tRNA può anche appaiarsi con un altro sito vicino all'estremità 5' dell'altro RNA virale, contribuendo così alla formazione di un dimero fra gli RNA virali. La sintesi in vitro procede fino all'estremità, generando una breve sequenza di DNA chiamata strong stop minus DNA. Questa molecola non si trova in vivo perché la sintesi continua con la trascrittasi inversa che cambia stampo, portando con sé il DNA nascente sul nuovo stampo. Questo è il primo salto da uno stampo all'altro. In questa reazione, la regione R al terminale 5' dello stampo di RNA è degradata dall'attività di RNasi H della trascrittasi inversa. La sua rimozione permette alla regione R a un estremità 3' di appaiarsi con il DNA appena sintetizzato e la trascrizione inversa continua quindi attraverso la regione U3 nel corpo centrale dell'RNA. Il risultato di questo scambio e dell'estensione è quello di aggiungere un segmento U3 all'estremità 5'. In tratto di sequenza U3-R-U5 si chiama long terminal repeat (LTR, lunga ripetizione terminale) perché una serie simile di eventi aggiunge un segmento U5 all'estremità 3', generando la stessa struttura U5-R-U3. Adesso bisogna generare il filamento più del DNA e la LTR all'altra estremità. Per questo la trascrittasi inversa innesca la sintesi del filamento più del DNA da un frammento di RNA che rimane dopo la degradazione della molecola originale di RNA.
Uno strong stop plus DNA viene generato quando l'enzima raggiunge l'estremità dello stampo. Questo DNA viene quindi trasferito all'altra estremità di un filamento meno. Il DNA è rilasciato probabilmente da una reazione di spostamento, quando un secondo ciclo di sintesi del DNA parte da un frammento primer più a monte, e usa la regione R per appaiarsi con l'estremità 3' di un filamento meno di DNA. Questo DNA a doppio filamento richiede quindi il completamento di entrambi i filamenti per generare un LTR duplex a ciascuna estremità.
Il DNA a doppio filamento che si forma attraverso questa reazione è noto come DNA provirale o provirus e risulta essere più lungo dell'RNA virale poiché ha una copia in più delle regioni U3 e U5. Quindi nel DNA provirale, ad ogni estremità, c'è una ripetizione diretta delle sequenze U3-R-U5. Questa sequenza è nota come LTR. In tutte le cellule infettate si possono osservare tre forme di DNA provirale: la forma lineare, una forma circolare con uno LTR e una forma circolare con due LTR. La prima e la terza sono infettive. Successivamente l'integrazione del DNA lineare è catalizzata da un singolo prodotto virale, l'integrasi, che agisce sia sul DNA retrovirale che sul DNA bersaglio. L'estremità del DNA bersaglio sono importanti tanto che le mutazioni di queste impediscono l'integrazione. La caratteristica più conservata è la presenza della sequenza dinucleotidica CA vicino all'estremità di ciascuna ripetizione invertita. L'integrasi porta insieme le estremità del DNA lineare in un complesso ribonucleoproteico e converte le estremità nette in estremità sfalsate rimuovendo le basi esterne alla CA conservata. I siti bersaglio sono scelti a caso rispetto alla sequenza e vengono tagliati in modo sfalsato dall'integrasi. Le estremità 5' generate dal taglio del DNA bersaglio sono unite covalentemente alle estremità 3' rientranti del DNA virale. A questo punto, entrambi i terminali del DNA virale sono uniti per un filamento al DNA bersaglio. La regione a singolo filamento è riparata da enzimi cellulari e nel corso di questa reazione le 2 basi sporgenti a ciascuna estremità 5' del DNA virale sono rimosse, con il risultato che il DNA virale integrato ha perso 2 paia di basi all'estremità sinistra della sequenza U3 al terminale 5' e 2 paia di basi all'estremità destra della sequenza U5 al terminale 3'. A ciascuna estremità del genoma retrovirale integrato si trova una breve ripetizione diretta di DNA bersaglio.
Una volta integrato, il genoma verrà trascritto ad opera della RNA polimerasi II dell'ospite insieme agli altri geni cellulari. La sequenza U3 funzionerà come regione regolativa presentando dei promotori da cui parte la trascrizione.
Una tipica sequenza retrovirale contiene tre o quattro geni, che in questo caso identificano regioni codificanti ciascuna delle quali dà in realtà origine a molteplici proteine inseguito a reazioni di modificazione-maturazione. Un tipico genoma retrovirale con tre geni è organizzato nella sequenza gag-pol-env. L'mRNA retrovirale ha una struttura convenzionale e possiede un cappuccio all'estremità 5' ed è poliadenilato all'estremità 3'. L'mRNA può trovarsi in due forme; quella a lunghezza intera è tradotta per dare le poliproteine Gag e Pol. Il prodotto Gal è tradotto leggendo a partire dal codone di inizio fino al primo codone di terminazione che deve essere aggirato per esprimere Pol. Meccanismo diversi sono usati da virus diversi per procedere oltre il codone di terminazione di gag, secondo la relazione fra i moduli di lettura gag e pol. Quando gag e pol vengono lette senza interruzione, una soppressione da parte di un glutammil-tRNA che riconosce il codone di terminazione permette di generare una singola proteina, mentre quando gag e pol sono in moduli di lettura diversi, si verifica un frameshift ribosomiale per generare una singola proteina. La poliproteina Env è espressa, invece, in un altro modo: un splicing genera un messaggero subgenomico più breve che è tradotto nel prodotto Env. Il gene gag dà origine ai componenti proteici del core nucloproteico del virione, il gene pol codifica per funzioni che riguardano la sintesi e la ricombinazione dell'acido nucleico, mentre, il gene env codifica per componenti dell'involucro della particella che sequestra anche componenti della membrana citoplasmatica cellulare. Comunque sia i prodotti Gag o Gag-Pol che Env sono poliproteine che vengono tagliate da una proteasi per rilasciare le singole proteine che si trovano nei virioni maturi. Quindi ricapitolando una volta trascritto il genoma virale integrato avremo un trascritto genomico che rappresenterà il genoma dei virioni, mentre altri trascritti andranno a costituire con diverse modalità come abbiamo visto le proteine, indispensabili per il perdurare degli stessi virioni, che andranno a interagire con la membrana plasmatica per la formazione del virione attraverso gemmazione.