polyprotein

Kurs: Basvetenskap 6

Typ	Viral proteinstrategi — ett enda långt translationsprodukt som klyvs proteolytiskt
Förekomst	Picornavirus, Flavivirus, HIV och andra Retrovirus, Togavirus
Nyckelenzym	Virusegna proteaser (3C/3CL, NS3, HIV-proteas)
Klinisk relevans	Måltavla för Proteashämmare vid HIV och Hepatit C
Nyckelbegrepp	Löser problemet att eukaryot mRNA är monocistroniskt

Vad är det?

• Ett polyprotein är en enda lång polypeptidkedja som translateras från ett kontinuerligt öppet läsramsavsnitt och därefter klyvs till flera funktionella proteiner.
• Strategin används av virus vars genom måste koda för många proteiner men som är begränsade av att värdcellens ribosomer normalt bara translaterar ett protein per mRNA (monocistroniskt).
• Klyvningen kallas posttranslationell processning och utförs av virusegna eller cellulära proteaser.

Varför virus använder polyproteiner

• Eukaryota ribosomer initierar translation vid 5’-cap och kan inte starta internt — flera separata gener på samma mRNA kan därför inte läsas var för sig.
• Polyproteinstrategin ger ett kompakt genom, viktigt för virus med storleksbegränsade kapsider.
• Ger automatisk stökiometrisk kontroll — alla proteiner produceras i samma molära mängd initialt.
• Möjliggör temporal reglering genom att klyvningen sker i en bestämd ordning med olika hastighet.

Exempel per virusfamilj

Familj	Exempel	Polyprotein	Proteas
Picornavirus	Poliovirus, Enterovirus, Rhinovirus, Hepatit A	Ett enda polyprotein → P1 (kapsid), P2, P3	2A och 3C/3CD
Flavivirus	Hepatit C, Denguevirus, TBE-virus, Gula febern-virus	Ett polyprotein i ER-membranet	NS2-3 och NS3/NS4A + värdsignalpeptidas
Retrovirus	HIV	Gag, Gag-Pol (via ribosomalt frameshift), Env	HIV-proteas (aspartatproteas)
Togavirus	Chikungunyavirus, rubellavirus	Icke-strukturellt (nsP1-4) och strukturellt	nsP2-proteas
Coronavirus	SARS-CoV-2	pp1a och pp1ab (frameshift)	PLpro och 3CLpro (Mpro)

Picornavirus i detalj

• Genomet är positiv enkelsträngat RNA som fungerar direkt som mRNA — infektiöst i sig.
• Saknar 5’-cap; i stället finns VPg kovalent bundet och en IRES (internal ribosome entry site) som rekryterar ribosomen.
• 2A-proteas klyver först cis mellan P1 och P2, och klyver dessutom värdcellens eIF4G → host shutoff av cap-beroende translation medan viral IRES-driven translation fortsätter.
• 3C-proteas (och prekursorn 3CD) utför merparten av de resterande klyvningarna.
• VP0 klyvs autokatalytiskt till VP2 + VP4 först vid packning av genomet — ett mognadssteg som gör partikeln infektiös.

HIV i detalj

• Gag-polyproteinet (Pr55) klyvs av HIV-proteas till matrix (p17), kapsid (p24), nukleokapsid (p7) och p6.
• Gag-Pol (Pr160) bildas i cirka 5 % av fallen genom −1 ribosomalt frameshift och ger proteas, Reverst transkriptas och Integras.
• Env-prekursorn gp160 klyvs av värdcellens furin i Golgi till gp120 + gp41.
• Klyvningen sker under och efter knoppningen — omogen partikel blir mogen med konisk kapsid.
• Proteashämmare (t.ex. Darunavir, Lopinavir, atazanavir) blockerar detta steg → icke-infektiösa omogna virioner.

Klinisk och farmakologisk relevans

• Proteashämmare vid HIV: peptidomimetika som binder aspartatproteasets aktiva säte; kombineras med ritonavir som CYP3A4-boostrare.
• Hepatit C: NS3/4A-proteashämmare (glekaprevir, grazoprevir — suffix -previr) ingår i moderna DAA-regimer med > 95 % SVR.
• SARS-CoV-2: nirmatrelvir hämmar 3CLpro, kombineras med ritonavir (Paxlovid).
• Resistens uppstår genom mutationer i proteasets substratficka — hög mutationsfrekvens hos RNA-virus utan korrekturläsning.
• NS3/4A vid HCV klyver dessutom MAVS och TRIF → blockerar Interferon-svaret; en immunevasionsmekanism.

Klinisk pärla

Läkemedelssuffixet -previr signalerar alltid en viral proteashämmare (HCV, SARS-CoV-2), medan -navir betecknar HIV-proteashämmare. Suffixet -buvir står i stället för HCV-polymerashämmare. Att kunna dessa gör att man kan resonera om verkningsmekanism även för preparat man aldrig sett.

Tenta-fokus

Polyproteinstrategin är kopplad till att viruset har positiv enkelsträngad RNA-genom eller är retrovirus. Negativa RNA-virus (Influensavirus, Rabiesvirus, Morbillivirus) använder i stället separata mRNA och behöver inte polyprotein. Detta är en klassisk jämförelsefråga.

Kopplingar

• Picornavirus — klassiskt polyproteinvirus
• HIV — Gag och Gag-Pol som terapeutisk måltavla
• Proteashämmare — läkemedelsklassen som blockerar klyvningen
• Hepatit C — NS3/4A-proteashämmare i DAA-behandling
• 3C — picornavirusets huvudproteas
• 2A — proteas med host shutoff-funktion
• Reverst transkriptas — kodas i Gag-Pol-polyproteinet
• SARS-CoV-2 — pp1ab och 3CLpro