Når et retrovirus kommer inn i cellen oversettes virus RNA til dobbelttrådet DNA med enzymet revers transkriptase og så kan cellens maskineri brukes til å masseprodusere nye viruspartikler (virioner). Retrovirusgenomet inneholder to like enkelttrådete RNA-molekyler som kan danne en dimer. RNA har en poly-A hale i 3’-enden og hette i 5’-enden og blir laget fra vertscellens RNA-polymerase II. RNA eromgitt av flere nukleokapsidproteiner som pakker RNA. LTR er lange terminale repeterte sekvenser, og det lineære virusgenomet inneholder genene gag, pol og env som via transkripsjon danner et primært transkript. Transkriptet blir deretter samlet oversatt (translatert) til et polyprotein som spaltes av enzymet protease opp i sine enkelte delenzymer. Genet gag koder for indre strukturproteiner i viruset. Genet pol koder for protease som spalter polyproteinet, integrase som viruset bruker for å sette virusgenomet inn i vertsgenomet, samt revers transkriptase som oversetter virus-RNA til DNA. Genet env koder for proteiner i kapsid og proteinkappen.
Tenkt utseende på et retrovirus. Diameter på viruspartiklene er ca. 100 nanometer (nm). Proteiner fra gag inngår i virus-kapsidet. Genet pro koder for proteaser som spalter proteiner som skal inngå i dannelsen av nye virusparikler. Genet pol lager virus DNA og sørger for inkorporering i vertsgenomet. Genet env deltar når viruset skal inn i vertscellene og gjør dem forskjellig fra retrotransposoner (retroelementer). Kappen inneholder lipider fra plasmamembranen til vertscellen når viruset er på vei ut, samt glykoproteiner kodet av env. I tillegg til revers transkriptase (RNA-avhengig DNA-polymerase) og integrase koder viruset for DNA-avhengig DNA-polymerase, ribonuklease H (RNase H) som deltar i den reverse transkripsjonen.
RNA virus har mer ustabilt genom med flere mutasjoner enn DNA virus. Retrovirus ble tidligere inndelt inn i hovedgrupper onkoretrovirus som kan forårsake kreft hos noen arter, lentiretrovirus som kan gi immunsvikt, samt spumaretrovirus. HIV (“Human Immunodeficiency Virus”, humant immunsviktvirus) som infekterer T-lymfocytter i immunsystemet og gir AIDS.
Humant T-lymfotropisk virus (HTLV1-4) kan forårsake T-celle leukemi e.g. mycosis fungoides er et ortoretrovirus og onkovirus i gruppen deltaretrovirus.
Rous sarcoma virus som gir kreftsvulster hos fugler er eksempler på retrovirus. Retrovirus er omgitt av en protein kappe som omgir RNA-genomet inneholder genene gag som koder for strukturenzymer, pol som koder for enzymene revers transkriptase, og endonuklease (integrase); og env som koder for proteiner til kappen. Viruset kan integreres som et stabilt provirus i vertscellens DNA. HIV-viruset inneholder i tillegg flere andre mindre gener som via forskjellig spleising kan lage mange forskjellige genprodukter.
Rous sarcoma virus er et retrovirus som inneholder et gen src (sarcoma) som kan gi kreft hos kyllinger, RNA tumorvirus, oppdaget av Peyton Rous. Peyton Rous fikk sammen med Charles B Huggins nobelprisen i fysiologi eller medisin i 1966 for "oppdagelsen av tumorinduserende virus". Rous tok celler fra tumorer hos høner og injiserte dem i friske kyllinger og oppdaget at et retrovirus kunne overføre kreft. I starten var det vanskelig å finne at det samme kunne skje hos pattedyr.
\(\displaystyle\dots\text{verts DNA}\sim \text{LTR}-gag-pro-pol-env-scr-\text{LTR}\sim \text{verts DNA} \dots\)
Genet scr fra tumorretrovirus koder for tyrosin kinase. Tyrosin kinaser er enzymer (protein kinaser) som deltar i regulering av cellesyklus og signaloverføring i cellene. Man kan også finne rester av scr i genomet hos eukaryoter, som i noen tilfeller viker som onkogen.
HIV
HIV-virus og har stor genetisk variasjon via mutasjoner og rekombinasjon mellom forskjellige virus og kan deles inn i gruppen HIV-1 og HIV-2. HIV-1 er videre inndelt i undergrupper alfabetisk A-P. HIV-2 med undergruppen A-H er i slekt med simian immunsviktvirus (SIV) som finnes hos en gruppe primater, mangabeer (Cercocebus). Jo lenger et HIV-virus er inkorporert som et provirus i et individ før de blir overført til neste individ, desto større mulighet er det for viruset å endre sitt genom. Dessuten pågår det en kontinuerlig kamp mellom immunsystemet og viruset som kan føre til virusseleksjon. HIV (humant immunsviktvirus) er et retrovirus som kan føre til sykdommen AIDS (ervervet immunsviktsyndrom). Kapsidet kommer inn i blodceller via sår, ureine sprøyter ol. Kapsidet inneholder to identiske RNA enkelttråder. Kapsidet blir nedbrutt enzymatisk og RNA blir oversatt til DNA katalysert av enzymet revers transkriptase som ikke har korrekturlesing. Enkelttrådet RNA (ssRNA) blir brukt som templat (oppskrift) for en ny tråd med DNA, og danner et hybrid RNA-DNA molekyl. RNA fjernes og enkelttrådet DNA er templat for å lage den andre komplementære DNA-tråden, og produktet er dobbelttrådet DNA. HIV-DNA settes inn i vertscellens DNA som et latent provirus, katalysert av enzymet integrase og replikeres sammen med vertscellens genom når cellen deler seg. Etter en latensperiode blir viruset aktivt og produserer nye HIV ved å bruke vertscellens synteseapparat. HIV kommer ut av cellen via knoppskyting og tar med seg deler av cellens ytre membran. Vertsceller for HIV er celler i immunsystemet, blant annet hjelper T-lymfocytter som har en viktig rolle som gir immunitet mot patogener. Kappen på HIV er en tolaget fettmembran som har likhetstrekk med en plasmamembran, med utvekster og overflatesukkerproteiner (gp120) som kjenner igjen proteinet CD4 på overflaten av hjelper T-celler, makrofager og monocytter (uferdige makrofager). Binding mellom gp120 og CD4 gir fusjon mellom virusmembran og plasmamembranen til immunceller. HIV vil over tid ødelegge immunsystemet til verten og antall hjelper T-celler i blodet synker fra ca. 800 per ml til 0.
Et generelt medfødt forsvar mot virus som kommer inn via munnen er magesyre i magesekken. Et annet er komplementsystemet som består av proteiner i plasma og kroppsvæske som deltar i forsvaret i kroppen og inaktiverer patogene inntrengere, i tillegg til å tiltrekke lymfocytter via kjemotaksis.
Immunsystemet skal gjenkjenne fremmed materiale, fjerne det, å må kunne skille selv fra ikke-selv. Fremmedstoffer virker som et antigen og gir en unik immunrespons. I beinmargen er det stamceller som danner blodceller av type leukocytter som omfatter makrofager og granulocytter. Lymfocyttene har evne til å kjenne igjen molekyler fra patogenet. I tillegg blir det laget T-lymfocytter (hjelper-T-celler og cytotoksiske T-celler, etter modning i thymus (brissel) er de inaktive) og B-lymfocytter. I starten er det bare få immunceller som kan gjenkjenne fragmenter fra patogenet. Antigenpresenterende celler eller makrofager må presentere for T-cellene antigenfragmenter (epitoper). Dette får dem til å dele seg og danne kloner. Det trengs hjelper T-celler for å aktivere cytotoksiske T-celler som dreper celler infektert med virus eller patogen. T-celleresponsen kalles cellemediert immunrespons. B-cellene er derimot ansvarlig for væskebasert humoral immunrespons. B-cellene er også inaktive når de modnes. Mens T-celler krever at et antigen forekommer på en antigenpresenterende celle, så kan B-celler kjenne igjen og binde antigener i væske og blod. B-celler deler seg og danner en klon. Aktive B-celler kan skille ut store mengder av protein (antistoffer) i blodet som bindes til antigenet og får en merkelapp for destruksjon e.g. via komplementsystemet.
Taksononi retrovirusfamilien Retroviridae
Innen taksonomi er Retroviridae delt i underfamilien ortoretrovirus (Orthoretrovirinae) med alfa-, beta-, delta-, epsilon- og gammaretrovirus samt lentivirus (Lentivirus) som kan gi immunsvikt. HIV er et lentivirus.
Underfamilien skumretrovirus (Spumaretrovirinae, l. spuma – skum) som ikke er tilknyttet noen sykdommer.
Se International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV).
Retrovirus og evolusjon av pattedyr
Retrovirus har en viktig funksjon av dyr hvor virusgenomet i form av et provirus inngår som en del av genomet i verten som blir invadert av viruset. Endogene retrovirus er rester av viruselementer finnes i genomet hos virveldyrene (vertebrater) og har fått nye funksjoner.
Syncytin-1 er et protein som kobler sammen celler, blant annet fester embryo i livmorslimhinnen, trofoblastfusjon. Syncytin-1 er kodet av genet ERVW1 (endogent retrovirus gruppe W) som inneholder rester av et retrovirus, og finnes hos østaper (smalneser, Catarrhini). Syncytin har med likhetstrekk med glykoproteiner fra kappen (env) hos retrovirus som deltar i gjenkjennelse av overflateproteiner og fusjon med plasmamembranen under infeksjonsprosessen
Proteinet syncytin-2 deltar implantering av embryo i livmora genet og er kodet av genet ERVFRD-1 endogene retrovirus gruppe FRD konservert hos primatene.