Материал: Частная вирусология 1
151
дочерних вирионов и активируются как белками вируса, так и белками инфицированной клетки. Нуклеокапсидный белок р7 служит для связи капсида с геномом. В капсиде находится также молекула затравочной РНК (тРНК lys).
Матриксный белок р17 окружает внутреннюю структуру вириона – нуклеокапсид или сердцевину (англ. – core), которая объединяет капсидный белок р24, две молекулы геномной РНК и ферменты (обратная транскриптаза, интеграза и протеаза). Внутри нуклеокапсида находится геном вируса в виде двух цепочек РНК, связанных белками р7 и р9, а также ферменты и затравочная тРНК.
Скапсидом ВИЧ-1 (белком р24) связано 200 копий циклофилина
А(CypA), заимствованного вирусом у зараженной клетки. Циклофилин
Аявляется белком (пептидолпролилизомеразой), участвующим в прикреплении белка р17 и проведении сигналов в Т-лимфоцитах.
Внутри капсида вириона находится также белок Vhr, участвующий в процессах размножения и сборки вирионов и препятствующий действию противовирусных систем. Строение ВИЧ представлено на рисунке 126.
|
gp120 |
gp41 |
|
Нуклеокапсид |
ICAM-1 |
|
|
Обратная |
|
транскриптаза |
|
Интеграза |
тРНК lys |
|
|
Протеаза |
CypA |
|
|
Капсид |
|
Матрикс |
|
Vpr |
|
Рисунок 126 – Строение вируса иммунодефицита человека. Заимствовано и адаптировано с сайта ViralZone.
Геном ВИЧ представлен двумя молекулами одноцепочечной плюсРНК. Своими 5'-концами молекулы РНК связаны с нуклеокапсидным белком р7. Этот белок имеет два аминокислотных остатка, богатых цистеином и гистидином и содержащих атом цинка (“цинковые пальцы”). В геноме ВИЧ выделяют 3 структурных гена (gag, pol, env) и 6
152
регуляторных генов (tat, rev, nef, vif, vpr, vpu). Геном вируса кодирует 9 структурных и 6 регуляторных белков.
Ген gag (англ. group antigen - групповой антиген) кодирует полипротеин-предшественник р55, который расщепляется вирусной протеазой до структурных белков р17, р24, р2, р7, р1 и р6. Матриксный белок р17 формирует сердцевину вирусной частицы. Капсидный белок р24 образует конусообразный капсид вириона. Белки р1 и р2 являются соединительными пептидами. Белок р7 формирует нуклеокапсид вириона (оболочку, покрывающую РНК). Коровый белок р6 участвует в конечных этапах образования вируса, связывая суженную часть капсида с суперкапсидной оболочкой вириона.
Ген pol (англ. polymerase - полимераза) кодирует ферменты: обратную транскриптазу и РНК-азу Н (р66/51), интегразу (р32) и протеазу (р10). Обратная транскриптаза (ревертаза или РНК-зависимая ДНКполимераза) обладает активностью обратной транскриптазы, РНК-азы и ДНК-полимеразы.
Ген env (англ. envelope - оболочка) кодирует белок gp160, который расщепляется клеточной эндопротеазой фурином в эндоплазматическом ретикулуме на поверхностный гликопротеин gр120 и трансмембранный гликопротеин gр41.
Ген tat (транс-активатор) детерминирует синтез активатора транскрипции (р14), который усиливает опосредованную РНКполимеразой II элонгацию интегрированной вирусной ДНК, стимулирует транскрипцию провирусной ДНК и транспорт РНК из ядра в цитоплазму клетки.
Ген rev определяет синтез регулятора экспрессии вирусных генов (р19), который ускоряет выход вирусных РНК из ядра в цитоплазму клетки и переключение синтеза регуляторных белков на синтез структурных протеинов.
Ген nef отвечает за синтез белкового эффектора (р27/25), усиливающего инфекционные свойства вирионов. В частности, этот белок подавляет экспрессию молекул CD4 и HLA на поверхности инфицированных клеток
Ген vif детерминирует синтез вирусного инфекционного фактора (р23), способствующего репликации вируса. Штаммы, лишенные гена vif, проникают в клетки-мишени, но не реплицируются в них, так как синтез вирусной ДНК остается незавершенным.
Ген vpr определяет синтез вирусного белка R (р15), повышающего репликацию вируса. Этот белок участвует в переносе вирусной ДНК в ядро инфицированной клетки.
153
Ген vpu у ВИЧ-1 (или vpx у ВИЧ-2) кодирует синтез вирусного белка U (р16), способствующего деградации CD4 и повышающего высвобождение вирионов из клетки.
Схема строения генома ВИЧ и кодируемые им белки представлена на рисунке 127.
Гены |
|
|
|
|
|
|
gag |
|
|
tat |
env |
nef |
|
|
vif |
rev |
|
|||
|
|
|
|
|||
|
pol |
vpr vpu |
|
|
||
|
|
|
|
|||
LTR |
|
|
|
gр41 |
LTR |
|
р6 |
обратная |
|
|
|
||
|
р14 |
|
|
|||
p7 |
р23 |
gр120 |
|
|||
транскриптаза, |
|
|||||
p17 |
|
|
р19 |
Р27/25 |
||
интеграза, |
р15 |
|||||
p24 |
|
|
||||
протеаза |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Кодируемые белки |
|
|
|
|
|
|
Рисунок 127 – Строение генома вируса иммунодефицита человека и кодируемые белки.
Антигенная структура ВИЧ. У ВИЧ главными антигенами являются группоспецифические и видоспецифические антигены (сердцевинный или ядерный антиген р24), а также типоспецифические антигены (оболочечные антигены gр41 и gр120). Для ВИЧ характерна высокая антигенная изменчивость. В результате сбоев обратной транскриптазы из организма больного можно выделить серологически различные клоны вируса.
Жизненный цикл вируса иммунодефицита человека состоит из следующих стадий:
-адсорбция и проникновение вируса в клетку путем эндоцитоза;
-высвобождение вирусной РНК;
-синтез ДНК-провируса и его интеграция в геном клетки хозяина;
-синтез РНК дочерних вирионов;
-синтез белков дочерних вирионов;
-сборка и высвобождение вновь образованных дочерних вирионов из клетки путем почкования.
Полный жизненный цикл вируса протекает в течение 1-2 суток. Проникший в организм вирус вначале связывается гликопротеином
gp120 с помощью специального кармана с рецептором СD4 Т-
154
лимфоцитов и клеток макрофагального происхождения (макрофаги, дендритные и микроглиальные клетки).
Затем происходит дополнительное связывание вируса с еще одним вспомогательным трансмембранным белком (корецептором), в качестве которого выступает рецептор CCR5 на макрофагах (М-тропные вирусы) или CXCR4 на Т-клетках (Т-тропные вирусы). На рисунке 128 представлены рецепторы и корецепторы М-тропного и Т-тропного ВИЧ.
А Б Рисунок 128 – А – М-тропный ВИЧ; Б – Т-тропный ВИЧ. Заимствовано
из Интернет-ресурсов.
После этого сердцевина вируса входит в клетку путем слияния суперкапсидной оболочки вируса с плазматической мембраной клетки (рисунок 129).
CD4 |
CCR5 |
gp120
gp41
CXCR4
Рисунок 129 – Процесс проникновения сердцевины ВИЧ в клетку. Заимствовано и адаптировано из Интернет-ресурсов.
155
Проникшая в цитоплазму клетки сердцевина вириона на пути к ядру подвергается депротеинизации, в результате чего высвобождается геномная РНК и связанные с ней компоненты сердцевины. После этого с помощью вирусной обратной транскриптазы на матрице одноцепочечной вирусной РНК происходит синтез комплементарной двухцепочечной ДНК. Этот процесс происходит в цитоплазме лимфоцита и требует наличия следующих компонентов: вирусной РНК, транспортной РНК – праймера, обратной транскриптазы и нуклеозидов цитоплазмы клетки. Нуклеозиды в избытке содержатся именно в лимфоцитах. В результате обратной транскрипции образуется провирус (вирусная ДНК), который транспортируется в ядро клетки и встраивается в ядерную ДНК с помощью вирусного фермента интегразы. В дальнейшем провирус является матрицей для синтеза геномной РНК дочерних вирионов и иРНК, обеспечивающей синтез белков дочерних вирионов. Синтезированные в ядре иРНК транспортируются в цитоплазму клетки, где на рибосомах синтезируются вирусные структурные и регуляторные белки. После этого молекулы геномной РНК и вирусные белки транспортируются к местам сборки дочерних вирионов. Вначале формируется сердцевина вирионов, которая переносится к модифицированной клеточной плазматической мембране, включающей предварительно встроенные гликопротеиновые шипы. Вирионы выходят из клетки путем почкования, при этом сердцевина вируса “одевается” в измененную плазматическую мембрану клетки (рисунок 130).
Рисунок 130 – Выход вириона путем почкования. Заимствовано из Интернет-ресурсов.