第五章病毒的基因表达

病毒的基因表达第五章病毒的基因表达包括：mRNA转录

病毒或宿主特异性RNA聚合酶蛋白质翻译完全依赖于宿主的翻译体系改变宿主核糖体的合成路线

第一节病毒的基因转录及转录后加工一、病毒基因转录的特点二、病毒基因转录所需的转录酶三、病毒基因的转录启动子与转录起始四、病毒转录的终止五、病毒转录后的加工和拼接一、病毒基因转录的特点（一）病毒的早期转录和晚期转录（二）病毒的非对称性转录（三）病毒的多基因转录和单基因转录（四）不同病毒转录方式的差异（一）病毒的早期转录和晚期转录1.定义病毒的早期转录(earlytranscription)：发生在病毒的感染初期，出现在病毒基因组复制之前的转录，称为病毒的早期转录。

所转录的基因称为早期基因转录产物为早期mRNA

由早期mRNA翻译产生的早期蛋白为病毒基因组复制、晚期基因表达相关的酶和蛋白质。病毒的晚期转录（latetranscription）：在病毒基因组复制开始或复制之后，所进行的转录称为晚期转录。所转录的基因称为晚期基因转录产物为晚期mRNA

由晚期mRNA翻译产生的晚期蛋白，主要是构成病毒体所需的结构蛋白，如衣壳蛋白，包膜糖蛋白等。2.意义

表达的时序性—

对于病毒复制很重要

如噬菌体溶菌酶3.根据病毒大分子合成过程中所发生的事件的时间顺序可以将此过程人为地划分为3个连续的阶段：病毒基因组早期基因的表达病毒基因组的复制病毒基因组晚期基因的表达

一般也将病毒复制周期分为：

早-早期感染后0-2小时

早期感染后2-6小时

中期感染后6-12小时

晚期感染后12-36小时

4.某些病毒复制无严格的时序性某些病毒基因很早启动，并在整个病毒复制过程中持续工作。（二）病毒的非对称性转录所谓非对称性转录是指病毒基因的转录并不固定在一条DNA链上，其中一些基因从一条链上转录，而另一些基因从另一条链上转录，因而使转录方向有左向和右向，或者顺时针和逆时针的区别。如腺病毒、疱疹病毒、痘病毒、噬菌体等。腺病毒DNACsCl梯度离心可分为：轻链（L）或右（r）链：早期转录晚期转录重链（H）或左（l）链：早期转录CircularrepresentationoftheWSSVgenome.Arrows,positions(outerring)ofthe181

ORFs(redandblueindicatethedifferentdirectionsoftranscription);B,sitesofBamHIrestrictionenzymes(innerring;theirpositionsareinparentheses).

Yangetal,JVirol,2001,75:11811-11820（三）病毒的多基因转录和单基因转录所谓多基因转录是指多个基因联合转录在一条mRNA链上，这样的mRNA也称为多顺反子mRNA（polycistronicmRNA

）单基因转录是指一个基因单独转录在一条mRNA链上，这样的mRNA也称为单顺反子mRNA(monocistronicmRNA)。多基因转录是一种很经济的转录方式，可能有2种方式：a.大的mRNA前体即多顺反子mRNA，再降解成多个单顺反子mRNA。b.多顺反子mRNA翻译成多蛋白前体，切割形成多个蛋白质。噬菌体---多基因转录

大多数真核DNA病毒--单顺反子mRNA

有的生成多顺反子mRNA，如小RNA病毒（四）病毒转录方式的差异dsDNA-----腺病毒科ssDNA-----细小病毒科+ssRNA---冠状病毒科、披膜病毒科-ssRNA---弹状病毒科dsRNA-----呼肠孤病毒科逆转录病毒科、嗜肝DNA病毒科较特殊dsDNA能以任意一条链为模板转录出mRNAssDNAssDNA→dsDNA→转录出mRNA＋ssRNA＋ssRNA直接作为mRNA；

-ssRNAmRNA比如：冠状病毒基因组+ssRNA翻译

RNA多聚酶

-ssRNA转录6个mRNA翻译蛋白质或者或者复制转录复制冠状病毒最先是1937年从鸡身上分离出来的。1975年，正式命名了冠状病毒科。目前分为冠状病毒和环曲病毒两个属。代表株为禽传染性支气管炎病毒(Avianinfectiousbronchitisvirus，IBV)。

其它成员有：人冠状病毒(Humancoronavirus)

SARS为冠状病毒的变种，归为冠状病毒属，SARS-CoV。外膜呈日冕状或皇冠状突起直径大约60-220nm冠状病毒感染冠状病毒引起的人类疾病有两类呼吸道感染：高峰在秋冬和早春肠道感染：

感染在全世界非常普遍，成人〉儿童我国人群中和抗体阳性率在30%至60%.披膜病毒科甲病毒属：虫媒病毒，蚊传播鸟、爬行动物、两栖类、哺乳动物（人）发热、皮疹、脑炎、出血热风疹病毒属：只有1种病毒，即风疹病毒宿主仅限于人，但猴也敏感呼吸道传播风疹本身并不严重，但孕妇感染后，病毒可通过胎盘传给胎儿，引起各种先天性畸形，称为先天性风疹综合征。直径为40～70nm，核心为直径25～35nm4.－ssRNA－ssRNAmRNA转录弹状病毒科，狂犬病毒属，狂犬病毒12kb，75×175nm5.dsRNA以dsRNA中的负链RNA mRNA转录逆转录病毒＋ssRNAcDNAdsDNA整合到宿主染色体DNA上以原病毒dsDNA为模板转录多个mRNA分子多个蛋白质

转录全长RNA，不能编码蛋白质，作为子代病毒的基因组逆转录第一节病毒的基因转录及转录后加工一、病毒基因转录的特点二、病毒基因转录所需的转录酶三、病毒基因的转录启动子与转录起始四、病毒转录的终止五、病毒转录后的加工和拼接二、病毒基因转录所需的转录酶

(一)病毒利用宿主的RNA聚合酶

原核DNA病毒:细菌的RNA聚合酶如λ噬菌体

原核细胞只有一种RNA聚合酶。大肠杆菌的RNA聚合酶由5个亚基组成

σ亚基是一种蛋白因子，其主要功能:

识别启动子，并负责模板链的选择和RNA链合成的起始真核DNA病毒和逆转录病毒主要利用真核细胞的RNA聚合酶疱疹病毒嗜肝DNA病毒花椰菜花叶病毒腺病毒多瘤病毒乳头瘤病毒细小病毒真核细胞有三种RNA聚合酶，即：RNA聚合酶I——核仁，rRNA（核糖体RNA）RNA聚合酶Ⅱ——核质mRNA前体（信息RNA）RNA聚合酶Ⅲ——核质tRNA及其他小分子RNA

通常RNA聚合酶Ⅱ催化病毒的基因转录腺病毒是由RNA聚合酶Ⅲ催化合成的（二）病毒粒子携带的转录酶有的DNA病毒携带RNA聚合酶如痘病毒,由8个亚基组成，复杂少见-ssRNA病毒dsRNA病毒携带有转录酶由于这些dsRNA病毒或-ssRNA病毒的转录酶具有复制酶的功能，故又称为转录/复制酶。（三）病毒在复制循环中自身编码的转录酶通过宿主RNA聚合酶催化病毒早期转录，产生早期mRNA翻译为病毒转录酶。

如T7噬菌体：

＋ssRNA病毒编码转录/复制酶比如：冠状病毒基因组

+ssRNA翻译

RNA多聚酶

-ssRNA转录6个mRNA翻译蛋白质复制

(四)病毒蛋白和宿主蛋白共同构成的转录酶

由病毒的特异蛋白与宿主细胞蛋白共同构成的,且比例各不相同对宿主细胞RNA聚合酶的某个亚基进行替代或修饰。

晚期基因晚期mRNA晚期蛋白依赖宿主细胞:sv40、细小病毒自身编码合成携带：痘病毒不携带：腺病毒早期表达DNA依赖性DNA聚合酶病毒编码的RNA依赖性DNA聚合酶逆转录病毒科：RNA→DNA→RNA嗜肝DNA病毒科花椰菜花叶病毒科DNA→RNA→DNA逆转录酶转录DNA

RNA-------蛋白质逆转录翻译复制复制/转录原核病毒：噬菌体完全依赖宿主:逆转录病毒DNA病毒：DNA依赖性RNA聚合酶自身编码RNA依赖性RNA聚合酶dsRNA-ssRNA一般携带+ssRNA复制时合成RNA噬菌体：由病毒蛋白与宿主蛋白共同组成宿主与自身蛋白共同构成的：T4第一节病毒的基因转录及转录后加工一、病毒基因转录的特点二、病毒基因转录所需的转录酶三、病毒基因的转录启动子与转录起始四、病毒转录的终止五、病毒转录后的加工和拼接三、病毒基因的转录启动子与转录起始原核和真核DNA病毒:启动子和转录起始位点真核DNA病毒还含有增强子序列真核-ssRNA病毒:没有转录启动子转录起始与先导序列区以及基因接头区的特定核苷酸序列有关。(一)DNA噬菌体基因转录的启动子(promoter)启动子：DNA分子的一个区段，RNA聚合酶在此结合并起始转录。

DNA噬菌体的基因组有类似于原核生物的转录启动子，其序列一般为20-200bp，RNA聚合酶通过识别和结合这一特殊序列，可使DNA双螺旋解开，以启动病毒mRNA的合成。1.－10区（－10左右的一段核苷酸序列中大都包含TATAAT序列，又称TATA框，TATAbox）在距离转录起始位点第一个核苷酸的上游－13–

－4位碱基处有一段序列，叫－10区(Pribnowbox)；典型的-10区的保守序列为TATAAT，其中第6个碱基全是T，故称为保守T；由于－10区富AT序列，因而易于变性和解链。目前认为－10区是RNA聚合酶的牢固结合区。－35区—35区位于－10区的左侧，其共同序列为TTGACA，是RNA聚合酶对模板的初始结合位点。

目前认为转录酶首先识别和结合于－35区，然后酶移向－10区。（二）真核DNA病毒基因转录的启动子和增强子

有类似于DNA噬菌体的启动子结构，但所处的位置不同。1.TATAbox

真核DNA病毒与真核生物一样，在其基因转录起始位点的上游有一个保守的启动子序列。它由TATAAAA组成，称为TATAbox。其位置在-30－-20区。ttT

TTTCAATbox和GCbox

真核DNA病毒在转录起始位点上游－110－－40区还有另外两种启动子序列。一个启动子序列为GGCCAATCT，其中CAAT序列相当保守，故称为CAATbox。另一个启动子序列为CCGCCC或GGCGGG，称为GCbox。

CAATbox、GCbox虽然不参与转录起始点的确定，但与一些细胞转录因子结合可以促进转录。

T

ATA增强子增强子（enhancer）是指能使与它连锁的上游或下游基因转录频率明显增加的DNA序列。在SV40基因组中首次发现了增强子序列，它含有2个正向重复序列。增强子的特点：转录增强效应明显，使基因转录频率增加10－200倍，甚至上千倍。增强效应与位置无关，不论增强子是在基因的上游或下游，均表现增强效应增强子一般为重复序列，长度在50bp以上增强效应有严格的组织和细胞特异性对其所作用的基因无专一性，将增强子重组到基因组的任何位点，与其邻近的基因转录都能发挥增强效应。有的病毒增强子还受外部信号的调控。如：激素—受体复合物结合到该增强子序列上之后，可以促进上下游基因的转录。帽子位点帽子位点(capsite)存在于启动子的下游，它是真核DNA病毒mRNA的转录起始位点（第一个核苷酸掺入位置）病毒基因转录模板链帽子位点的碱基一般为T，这样mRNA掺入的第一个核苷酸就是ATP有的病毒基因仅有一个帽子位点，有的病毒基因有几个帽子位点（三）负链RNA病毒

没有启动子，位于或靠近RNA分子3’末端，长10－20个核苷酸的特殊序列是RNA多聚酶的识别信号。四、病毒转录的终止在噬菌体DNA模板链上发现有转录终止位点，即终止子(terminator)这些终止子具有共同的结构特征：终止子上游存在有反向重复序列，由此段DNA转录产生的RNA易于形成发夹结构终止子的下游有一段由4-8个A组成的序列，因而转录产物的3’端带有寡聚U

五、病毒转录后的加工和拼接（一）真核病毒：真核病毒初转录产物都需要经过加工，拼接，才能形成有功能的mRNA。

5’端带帽

3’端加尾切除内含子，拼接病毒mRNA5’端的戴帽7甲基化鸟苷酸三磷酸，m7GTP帽子结构的功能核糖体识别mRNA的信号，无帽子结构不能结合增加病毒mRNA的稳定性，免遭核酸酶攻击帽子结构能被蛋白质合成起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。几乎所有研究过的动物病毒的mRNA3’端都有poly（A）尾不是直接转录形成.

在RNA末端腺苷酸转移酶或称poly（A）聚合酶的催化下，将ATP残基连接到病毒mRNA的3’端.病毒mRNA3’端加poly（A）尾关于poly（A）功能的问题，至今不清。可能主要与mRNA在细胞质中的稳定性有关

poly（A）短的mRNA半衰期也短

poly（A）长的mRNA半衰期也长3.病毒mRNA前体的拼接拼接仅见于在核内复制的DNA病毒。两个例外：逆转录病毒mRNA是从整合的cDNA上转录正粘病毒的复制与细胞核有特殊的联系它们的RNA转录本也有拼接

病毒内含子两端也有类似于真核生物结构基因的拼接供体和受体信号：

5’端GU3’端AG通过宿主细胞的拼接体系识别该信号，可以促进病毒mRNA前体的拼接。5’端GU和3’端AG对mRNA前体的拼接是非常重要的，任何一个碱基发生突变和缺失都不能正确拼接mRNA前体。病毒mRNA前体的拼接在真核细胞中存在多种丰富的小分子RNA，在细胞核中的小RNA分子叫做核内小RNA（smallnuclearRNA，snRNA）。

其中U1-U6snRNA参与mRNA拼接，它们与核内的几种蛋白质结合形成核内小核糖核蛋白（smallnuclearribonucleoprotein），并与mRNA前体共同组成一个拼接体，完成拼接。

有时病毒利用自身编码的“拼接体RNA”和调节蛋白来完成拼接。真核生物U－RNP与mRNA前体套索拼接过程真核生物U－RNP与mRNA前体套索拼接过程病毒mRNA前体的拼接