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Positive strand(+)RNA virus,所謂的Positive strand是指該RNA相當於mRNA,可直接進入內質網合成蛋白質。Negative strand (-)RNA virus其(-)RNA必須先用病毒顆粒內預先(在之前宿主細胞內)合成的RNA polymerase製造(+)RNA,才能合成病毒繁殖所需的蛋白。(+)RNA virus內沒有預先合成的RNA polymerase,(-)RNA virus內有預先合成的RNA polymerase。
圖一:Influenza A virus是(-)RNA virus,其Genomic RNA有8個片段,每個片段都有預先合成的RNA polymerase(vRNP,Viral RNA-dependent RNA polymerase)附著其上。
對人類有致病性的Positive strand(+)RNA virus包括新冠病毒、C型肝炎病毒、登革熱病毒、諾羅病毒等台灣人熟知的病毒。這類病毒有兩個主要的Open reading frame(ORF)製造Polyproteins,然後切割成數個蛋白:
1. Structural proteins: 主要用來製造組裝病毒顆粒所需的蛋白。
2. Nonstructural proteins:主要用來製造合成病毒Genomic RNA及Subgenomic RNA所需的多種蛋白組成的Replication complex,蛋白其中之一有RNA polymerase活性。
最簡單的(+)RNA virus是Alphavirus,其Nonstructural proteins只有4個,即Nsp1、Nsp2、Nsp3、Nsp4。Alphavirus有三十多種是人類的致病病毒,其中 Chikungunya virus可經由蚊蟲傳給人,在台灣偶而可見從國外輸入「屈公病」,主要症狀是皮疹及關節炎。
Alphavirus的Genomic RNA及其複製如下圖:
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4635493/
圖二:前半段(--------)是Orf1,製造Nonstructural proteins;後半段是Orf2,製造Structural proteins。病毒進入細胞後,Genomic RNA先從Orf1製造一段Polyprotein(P1-2-3-4),它有內生性的Protease活性,可自動分解成各種不同的Nsp。若把Nsp4切割出來形成P123-P4 replication complex,可合成(-)RNA。若4個Nsp都切割出來形成P1-P2-P3-P4 replication complex,可從(-)RNA合成(+)RNA。(+)RNA即病毒的Genomic RNA。P1-P2-P3-P4 replication complex也可從(-)RNA合成製造Structural protein的Subgenomic RNA(Genomic RNA的後半段)。
如果把Alphavirus(+)RNA前面那一段合成Nonstructural polyproteins的RNA接上一段疫苗蛋白的mRNA,此mRNA就相當於圖二的Subgenomic RNA,被P1-P2-P3-P4 replication complex從(-)RNA源源不斷製造出來:
https://www.nature.com/articles/s41434-020-00204-y
圖三:A)即傳統的RNA疫苗。B)是Self-amplifying RNA疫苗。如果把B)的RNA轉變成cDNA,移植到Plasmid DNA上,用Promoter驅動Self-amplifying RNA在細胞內表現(cDNA--->RNA),就可注射Plasmid DNA Lipid nanoparticle當疫苗,讓細胞自動表現Self-amplifying RNA--->疫苗蛋白。
Self-amplifying RNA vaccine的危險性在除了在全身細胞表現疫苗蛋白之外,也會表現P1-P2-P3-P4 replication complex。Plasmid DNA會隨機崁進染色體中,危險性更高。
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