바이러스 genome은 크게 세가지 종류의 단백질을 encoding한다.

nucleocapsid protein, structural protein, nonstructural protein

Envelope을 가지냐 가지지 않느냐에 따라 조금씩 달라지긴 하겠지만, 바이러스 구조는 여러개의 subunit으로 반복 구성된 capsid를 가지고, 이러한 capsid가 nucleotide와 같이 binding하고 있으면 둘을 합쳐 nucleocapsid라고 부른다. 막이 있는 경우는 structural protein의 일종인 antigen protein을 막 단백질로 가지고, 막과 capsid를 연결하는 matrix protein을 가진다.

Capsid

capsid의 역할은 크게 3가지로 구분된다.

1. Protective role
	- 외부 환경으로부터 genome을 보호
2. Recognition role
	- cellular receptor와 binding
3. Logistic role
	- cell 안에서 virus 입자의 이동을 통제

capsid가 되기 위해서는 아래 조건들을 충족해야한다.

1. 적은 수의 gene으로 만들어질 수 있어야 한다
	- 바이러스는 크기가 작아 큰 크기의 유전자는 담을 수 없다.
2. 안정적인 구조가 있어야 한다.
3. self-assembly될 수 있어야 한다. (특히 viral genome과 capsid가 specific하게 encapsidation될 수 있어야 함)
4. infection 동안에 dismantling이 가능해야 한다.
	- 바이러스 genome이 cell 안으로 노출되어야 증식할 수 있다.
5. Meta-stable structure를 갖는다.
	- cellular internalization, membrane escape 등의 process에 에너지를 필요로 하기 때문에 그런 에너지를 저장하는 형태로 만들어져야 한다.

크게 두 가지 종류의 구조를 갖는다.

1. Helical symmetry
	- 반복되는 단순하고 쉬운 구조를 가져 생산에 용이함
    - package에 따로 구조적인 제한이 없다.
    - cooperative binding을 통해 assemble
2. Icosahedral symmetry
	- 2-, 3-, 5-fold building blocks
    - 20 equiateral facets + 12 vertices
    - 60배수 개의 subunit을 가짐 (T-value)

• n-fold axis : 그 점과 정 반대편에 있는 점을 잇는 축을 중심으로 몇번 회전시켜야 제자리로 돌아올 수 있는지
• T (Triangulation number) : icosahedral 구조를 이루는 단위삼각형이 몇개의 하위 삼각형으로 이루어져 있는건지. 하나의 최소단위삼각형은 3개의 subunit을 가짐.
• T 값 구하기 : T = H² + HK + K², H,K는 가장 가까이 있는 pentameric structure 간의 거리를 나타냄.
• subunit 개수 구하기 : T 3(subunit/min triangle) 20(facet of icosaheral)

icosaheral structure를 갖는 바이러스의 subunit들은 종종(가장 많이 발현되는 형태 중 하나) 𝛽-barrel jelly roll 구조를 갖는다.
예로 Poliovirus도 그러한데, VP1, VP2, VP3가 각각 사다리꼴 기둥의 subunit 역할을 하고 있으며, 아래쪽에 VP4가 N-term에 myristate를 달고 다니며 virion interalize 때 membrane을 disruption 시킨다. 완성된 capsid complex는 각각 plateau와 canon 구조를 갖는데, Viral recepter와 binfing하는 지점은 Canon에 있다. Ab로 인한 neutralization을 최소화 하기 위해 들어간 곳에 binding site가 있는 것으로 예상된다.

이런 𝛽-barrel jelly roll 구조는 다양한 바이러스들에서 관찰이 되는데, 모두 한 strain에서 나와서 그랬다기보단 자연적으로 이러한 형태가 가장 적합하므로 서로 다른 종에서 각기 선택되어 온것으로 보인다. 이를 "convergent evolution"이라고 한다.

Viral Life cycle

크게는 entry, genome replication, exit. 세가지로 나눌 수 있다.

Viral Entry

Attachment → penetration → cytoplasmic trafficking → uncoating

Attachment

1. Attachment factor : 바이러스를 cell 표면에 recruit 하고 holding 해주는 물질, nonspecific, facilitating host factor
   e.g.) Heparan sulfate proteoglycan (HSPG) : ionic interaction mediated nonspecific membrane interaction, facilitating the infection.
2. Viral receptor : specific(determines tissue tropism)하며 essential함. infection에 필수적. carbohydrate, phospholipid, glycoproteins...뭐든 될 수 있음
   e.g.) co-receptor : CD4, CCRS, CXCR4 → HIV-I co-receptor
   e.g.) Affinity Purification : HBV → NTCP; virus binding 할 수 있는 모든 receptor를 다 뽑아서 MS 돌려서 찾아내는 방식
   e.g.) Inhibition by Mab : Poliovirus → Pvr; Mab library를 random cell에 친 다음 virus와 경쟁적 interaction하는 cell을 screening
   e.g.) Functional cloning : non-susceptible cell에 receptor를 expression 시켜서 susceptible cell로 만들어 infection 교차확인

Penetration

1. Direct fusion : retrovirus
2. Receptor-Mediated Endocytosis+escape by membrane fusion : influenza virus
   • clathrin(adenovirus, influenza), Caveolar(SV40), Macrosome(Herpesvirus) mediated endocytosis
3. Receptor-Mediated Endocytosis+escape by membrane lysis : adenovirus

"viral envelope - cellular membrane fusion"

• metastable form으로 존재하는 단백질에 저장된 에너지가 일종의 driving force로 작용함
  e.g.) HA protein (influenza, trimeric)

• immature : 처음 생산 시 HA0의 한 덩어리 상태로 존재하다가 cellular secretory pathway를 거치며 glycosylation, host furin protease에 의한 cleavage가 일어나면 HA1+HA2 형태로 activation됨. 이때 잘리면서 생긴 N-term end가 hydrophobic한 'arm'이 됨
• prefusion form (metastable) : hydrophobic한 부분이 평소엔 숨겨져 있다가 근처에 membrane이 존재하며, pH변화(neutral to ~5), viral receptor signal 등의 que가 오면 conformational change가 이루어짐
• postfusion form (most stable) : → hydrophobic domain이 펼쳐지며 반대쪽 membrane에 anchor → 다시 conformational change를 하며 host membrane을 envelope로 끌고와 fusion 시킴

"penetration - membrane uncoating"
Paramyxovirus, retrovirus 같은 경우는 여러 protein들이 함께 viral receptor와 binding해서 conformational change를 통해 cell로 Internalized 된다.
이때 fusion peptide가 양쪽 막에 연결되면서 HA protein과 유사한 membrane fusion을 일으킨다.

Intracellular Trafficking

cell 안에 들어간 virion은 replication 등의 life cycle을 위해 특정 위치로 이동한다. 주로 replication에 필수적인 transcription machinary가 핵 안에 있기 때문에, DdRp systmem을 별도로 가지고 있지 않은 바이러스는 대부분 일단 핵 안으로 들어간다.

이때 바이러스 입자는 cell 안에서 방향성을 가진 이동을 위해 microtubule을 타고 이동하며,이는 Dynein이라는 trafficking protein을 통해 이루어진다. adenovirus처럼 envelope 째로 이동하는 경우도 있고, herpes virus처럼 uncoating이 일어난 이후에 capsid인 채로 이동하는 경우도 있다.

이런 viral gene 들이 nucleus로 이동하기 위해 사용하는 host systme이 NLS이다.(사실 NLS는 바이러스 연구를 통해 처음으로 밝혀졌다)
signal mediated 하게 nucleus로 이동하는 것은 동일하더라도 그 방식에서 차이가 난다.

1. Segmented genomes enter nucleus separatiely
	- uncoated된 protein과 genome이 NLS 매개로 핵으로 따로 들어감
2. Viral DNA enters nucleus through the portal
	- capsid에 존재하는 일종의 개구멍 (protal)이 핵공과 연결되어 그 틈으로 genome이 들어간다.
3. Viral particle is dismantaled
	- capsid가 분해되며 permeabilized되면서 genome이 빠져나와 핵으로 들어감
4. Viral capsid is small enough
	- 바이러스 입자가 엄청 작아서 그냥 핵공을 통째로 통과한다.

Uncoating

adenovirus의 경우...protein VI를 이용해 endosome을 터트려버림.

Viral Exit

capsid assembly → release → maturation

Capsid assembly

picornavirus : reverserble하게 capsid와 genome이 함께 packaging됨
adenovirus : concerted mechanism : 특정 RNA or DNA 자체가 signlaing으로 작용해서 specific하게 encapsidation됨

Release

1. Sequential mechanism : capsid assembly가 먼저 일어나고 그 다음 envelopment가 일어남
2. concerted mechanism : 막 주위에 capsid가 Ag protein과 binding하고, 그 부분이 함께 budding되면서 envelopment됨

이런 release는 gag protein에 PTAP, LYPXnL 등의 Late domain이 존재하면 이 부분은 ESCRT의 Alix나 ESCRT-0가 인식해서 만들어짐

Maturation

budding 이후에 일어나는 과정으로 retrovirus의 경우는 'pol gene'에 있는 viral protease(PR)에 의해 gag protein이 cleavage되며 morphologicla change가 일어남

Viral infection type

1. Persistant infection : cell을 파괴하지 않고 virion이 release되는 경우
	- HBV, HCV
2. Lytic infection : cell을 lysis하며 virion이 release됨
	- Influenza, Adenovirus
3. Latent infection : 특정한 que가 있기 전까진 escape하지 않고 cell 안에서 버팀
	- HIV, Herpes
4. Transforming infection : host genome에 자기 genome을 integration
	- HPV
5. Abortive infection : 감염은 시키는데 아무것도 안함

cell to cell spread

1. membrane fusion : 막 표면에 viral antigen을 표지해서 막끼리 붙여버리는 경우. 핵이 여러개인 세포(**Syncytium**)가 발견된다.
	- retrovirus
2. tight juction : cell끼리 adhesion 시켜서 굉장히 가깝게 위치하게 만들어두고 옆 cell로 타고 넘어간다.
	- HCV
3. neural synapse : synapse 사이에 활발하게 vesicle transfection이 일어나는 것을 이용해서 다른 neural cell로 감염
	- Herpes
4. Virological synapse : viral한 일종의 synapse를 만들어서 cell로 하여금 신경세포처럼 다른 cell과 vesicle transfection을 하게 성질을 바꿈
	- HIV