מבוא - וירוסים ורפליקציה של DNA ו-RNA

**כניסה דרך אנדוזום** בשלב הראשון, הנגיף נקשר לקולטן ACE2 הנמצא על פני ממברנת התא. לאחר הקישור, הנגיף חודר לתוך התא בתהליך של אינטרנליזציה, שבו הוא נעטף באנדוזום. בתוך האנדוזום, חלה ירידה בחומציות , תהליך שמופעל על ידי אנזימים כמו Cathepsin L. אנזים זה חותך את חלבון ה-S2 הנגיפי, מה שגורם לשינוי מבנ...

**כניסה דרך אנדוזום** בשלב הראשון, הנגיף נקשר לקולטן ACE2 הנמצא על פני ממברנת התא. לאחר הקישור, הנגיף חודר לתוך התא בתהליך של אינטרנליזציה, שבו הוא נעטף באנדוזום. בתוך האנדוזום, חלה ירידה בחומציות , תהליך שמופעל על ידי אנזימים כמו Cathepsin L. אנזים זה חותך את חלבון ה-S2 הנגיפי, מה שגורם לשינוי מבני המאפשר את מיזוג ממברנת הנגיף עם ממברנת האנדוזום. בשלב האחרון, ה-RNA הנגיפי משתחרר לציטופלזמת התא ומתחיל את תהליך ההדבקה. **כניסה דרך ממברנת התא** במסלול זה, הנגיף שוב נקשר לקולטן ACE2 על פני ממברנת התא. כאן, האנזים TMPRSS2, שנמצא גם הוא על ממברנת התא, חותך את חלבון ה-S2 הנגיפי. חיתוך זה מוביל לשינוי מבני בחלבון שמאפשר מיזוג ישיר בין ממברנת הנגיף לממברנת התא. לאחר מכן, החומר הגנטי של הנגיף משתחרר לציטופלזמת התא, ומשם מתחיל תהליך השכפול. **יש ארבע סוגים של fusion proteins** סוג אחד בנוי מרובו מאלפא הליקס, הסוג השני בנוי מעיקר מבטא-שיטס והסוג השלישי הוא תערובת של שניהם. הסוג הרביעי התגלה לא מזמן לכן אין עליו עדיין מספיק מידע. לעיתים הרצפטור לווירוס נמצא בתוך האנדוזום לכן הוא נכנס באנדוציטוזה לא ספציפית לתוכו. תופעה זו נדירה יחסית ואופיינית למשל לוירוס האבולה. אחרי שהוירוס נכנס לתוך התא, המטרה הבאה שלו היא להכניס את החומר הגנטי שלו לתוך הגרעין התאי כי יש את כל המרכיבים הנחוצים לביצוע רפליקציה. אם לוירוס אין מעטפת, הוא לא מבצע fusion עם ממברנת התא או האנדוזום, אלא יש להם חלבונים מיוחדים שיוצרים חורים בממברנת האנדוזום דרכם יוצא הוירוס ומתקדם בעזרת מיקרוטובולי אל ה-nuclear pore ושם חלבונים על גבי הווירוס נקשרים לשער הגרעין. בגלל שהחלבון קשורים לשער הגרעין והמיקרוטובולי מושכים את הוירוס בכיוון ההפוך, הקופסיד של הווירוס נקרע ויש כניסה של החומר הגנטי שלו לתוך הגרעין. נגיפים שחומר הגנטי שלהם הוא RNA לא צריכים בדרך כלל להיכנס אל הגרעין כי הם יכולים להתרבות בציטופלסמה. בוירוסים כאלה, הקשירה שלהם אל רצפטורים באנדוזום מאפשרים יצירה של חורים קטנים בו דרכם יוצא ה-RNA אל הציטופלסמה. קיימים מקרים יוצאים דופן בהם גם רנא נכנס אל תוך הגרעין כדי להתרבות. **Replication and transcription** בשלב הזה מתרחשת רפליקציה של דנא או רנא, תעתוק ועיבוד רנא וגם reverse transcription. **רפלקציית DNA** שכפול ה-DNA הוויראלי תמיד מתעכב, שכן יש צורך בביטוי חלבונים הדרושים לשכפול. לכן, קיימות תוכניות המיועדות לעכב את ייצור חלבוני הקפסיד, כדי למנוע יצירת קפסידים ריקים ללא תוכן גנומי. וירוסים עם גנום קטן תלויים יותר בחלבוני המארח לצורך שכפול. עם זאת, גם הווירוסים הקטנים מקודדים חלבונים שמאפשרים להם לשלוט באנזימי התא המארח. בנוסף, מעורבים בתהליך חלבונים נוספים, כמו חלבונים מסייעים, הליקאזות, אקסונוקלאזות, אנזימים הקשורים לקישור לאתרי התחלת השכפול ואנזימים למטבוליזם של נוקליאוטידים. רוב הווירוסים בעלי גנום DNA משכפלים את עצמם בגרעין התא, אך וירוסים ממשפחת הפוקסווירוסים מבצעים את השכפול בציטופלזמה לכן הם צריכים להביא איתם יותר אנזימים. יש וירוסים שיש להם מזלגות שכפול זהים לאלו שמתרחשים בזמן רפליקציה בבני אדם, כמו נגיפי פפילומה, פוליאומה, הרפס ורוטרווירוסים. תהליך אחרים נקרא strand displacement ובו תוך כדי סינתזה של הגדיל החדש יש יציאה של הגדיל הישן. בחלק מהמקרים יש דנא מעגלי ובו יש נקודת ORI שגורמת לשכפול לשני הצדדים. שיטה נוספת לרפליקציה נקראת rolling circle שאותה עושים נגיפי הרפס למשל. הדנא של הוירוסים האלה הוא בדרך כלל לינארי אבל הוא מתעגל וכך יוצר מקטעי דנא המשכיים במעגל שנקראים **קונקטמרים**. רצפי הדנא החוזרים יחתכו למולקולות נפרדות של דנא כאשר הוירוס ייארז בקופסיד. לנגיפי ההרפס יש שלושה ORI כנראה כדי לאפשר להם לבצע רפליקציה בסוגים שונים של תאים. וירוסים מפעילים לעיתים קרובות את מנגנוני הסינתזה והשכפול של ה-DNA בתא המארח, שכן הם זקוקים להם לצורך שכפול גנומי. תהליך זה מתבצע לרוב באמצעות תוצרים של early gene שמבוטאים בשלבים הראשונים של ההדבקה. **רפליקציית רנא** האנזים המשמש לשעתוק ושכפול RNA חייב להיות נוכח בתוך חלקיק הווירוס בוירוסים בעלי RNA עם גדיל שלילי. לעומת זאת, בוירוסים בעלי RNA עם גדיל חיובי, אין הכרח שהאנזים יהיה נוכח מראש בווריון. RNA dependent RNA polymerase (RdRP) הוא אנזים שיודע לשכפל רנא לרנא והוא משומש גם כדי לשכפל את הגנום של הוירוס וגם כדי לייצר מרנא. - מבנה ה-RNA הוא מרכיב חיוני, שכן הוא מתווך אינטראקציות עם חלבונים ואנזימים, משמש כאות לאריזת הגנום, וממלא תפקידים רגולטוריים מרכזיים.  כאשר נגיף **רנא חיובי** נכנס לתא הוא יכול להתחיל מיד את הטרנסלציה, לכן הוא לא צריך להביא יחד איתו RdRP. בתא המאחסן, הוירוס הופך להיות **שלילי** ורק לאחר מכן אפשר לייצר רנא חיובי חדש. הגדיל השלילי משמש כתבנית בלבד, בעוד שהגדיל החיובי מתפקד גם כגנום וגם כ-mRNA. בווירוס הפוליו (Flavivirus), הגדיל החיובי כולל כיפת 5' וזנב Poly-A, בעוד שבגנום של נגיף הפוליו (Poliovirus) מאפיינים אלו אינם קיימים. וירוס הקורונה שייך למשפחה שנקראת **nidovirales** שבהם יש רצף ארוך של רנא אבל הוא מחלקים לאזורים וכל אחד יכול לעבור ביטוי באופן אינדיבידואלי. הוירוס הזה הוא חיובי לכן חלקו מתורגם ישירות לרנא-תלוי-רנא פולימראז. הפולימראז לאחר מכן מייצר עותקים חלקיים של הגנום (subgenomic RNAs) שלא חייבים להיות בדיוק מאותו גדיל או מאותו גנום, מה שתורם לקומבינציות האפשריות השונות של וירוסים. נגיפי קורונה מיוחדים גם בגלל העובדה שיש להם אקזו-נוקלאז ולכן יש להם בקרה עם טעויות, בקרה שלא קיימת כמעט אצל נגיפי רנא אחרים. **נגיף רנא שלילי,** כאמור, חייב להביא איתו RdRP כי הוא לא יכול להיות מתורגם ישירות אלא צריך קודם להפוך לחיובי/מרנא. רק מהרנא החיובי אפשר לייצר גנום שלילי חדש. יש מאזן מבוקר בין יצירה של מרנא שמופק לחלבוני הקפסיד לבין יצירה של הגנון החדש. מצד אחד הגנום לא יכול להיות מיוצר לפני שאין את כל חלבוני הקפסיד ומצד שני יש חשש שהחלבוני ייבנו לקפסיד טרם יצירת הגנום ולכן הוא יהיה ריק. מי שמבקר את שני התהליכים יחד הם חלבוני הגרעין (N proteins). בנגיף ה-VSV החלבונים נקשרים לרנא ומונעים מהרנא פולימראז לקפוץ בין מקטעים שונים, כך שמתקבל הגנום השלם. נגיף ה-influenza הוא נגיף רנא שמתרבה בתוך הגרעין. יש לו שמונה סגמנטים שכל סגמנט מייצר חלבון אחר, פרט לשניים שעוברים ספלייסינג לשני חלבונים -- סך הכל 10 חלבונים. האינפלואנזה משתמש ב-cap של מרנא של התא המארח על ידי חיתוך שלו באמצעות אנזים מתאים. ה-cap הזה משומש כפריימר כדי לאפשר לוירוס לייצר לעצמו מרנא והוא גם מעלה את היעילות של יצירת המרנא בגלל תכונות ה-cap שלו. לתופעה זו קוראים cap snatching. בקצה הרנא הנגיפי יש רצפים של U שמונעים מהרנא פולימראז להמשיך לסנתז כי הם מעוגנים לרנא עצמו. למרות שהרנא פולימראז תקוע, הוא מנסה להתקבל אבל מחליף אחורה, כך שמתקבל שהוא מסנתז כמה פעמים את האזור הזה ויוצר רצפים חוזרים של A שמתפקדים כ-POLY-A. אם בשלב הזה יש חלבוני N, הרנא פולימראז לא מצליח להחליק אחורה, לכן לא מיוצר מרנא והוא ממשיך ליצירה של הגנום כולו. **ברנא דו-גדילי** יש פולימראז אבל הוא לא קשור ל-RNA עצמו. המשמעות היא שהפולימראז מופעל בנפרד מה-RNA ומתחיל לעבוד כאשר הנגיף נכנס לתא המארח. למשל בוירוס ה-Reovirus הפולימראז אף פעם לא יוצא מהקפסיד והרנא נכנס לשם כדי לייצר מרנא. הקפסיד יישארו שלם ברובו והתפרק רק חלקית כדי לאפשר לנוקלאוטידים להיכנס. יצירה של גנום תתרחש רק בקפסיד חדש. פולימראזות RNA (RdRP) מאופיינות בשיעור שגיאות גבוה מכיוון שאין להן מנגנוני תיקון מובנים. במהלך סינתזת RNA, מתרחשת טעות אחת לכל 10³--10⁴ נוקלאוטידים, כך שבגנום באורך 10,000 בסיסים תתרחש בהכרח מוטציה אחת לפחות. כאשר נוצרות אלפי נגיפים חדשים, כל עמדה בגנום עשויה לעבור שינוי. יוצאת הדופן היא סדרת Nidovirales, שמכילה אקסונוקלאז (ExoN) המאפשר תיקון שגיאות, ובכך תורמת ליכולת הנגיפים להכיל גנומים גדולים בהרבה בהשוואה לנגיפי RNA אחרים. לדוגמה, בפוליו זוהו שיירים גנומיים השולטים בדיוק תהליך השכפול, ומידע זה נוצל לפיתוח חיסונים יעילים.