3.3. Вирусы Эукариот. Разнообразие и жизненный цикл вирусов

3.3. Вирусы Эукариот.
Разнообразие и жизненный цикл вирусов эукариот.
Репликация, транскрипция, трансляция вирусов эукариот.
Цитопатические эффекты. Вирусная теория рака.
Вирусы растений, грибов и насекомых.
Вироиды, вирусоиды и прионы.
Вирусы Эукариот.
Из 6 000 известных вирусов, большая часть поражает эукариотические клетки.
Классификация вирусов разработана международным комитетом по таксономии вирусов
(ICTV)
по
признакам
структуры
генома,
генетического сходства.
1
способа
репликации,
морфологии
и
Разнообразие и жизненный цикл вирусов эукариот.
Воспроизведение вирусов эукариот.
Адсорбция: Контакт вируса и клетки хозяина, для прикрепления используются
рецепторы на поверхности мембраны клетки и вируса, так проявляется видовая и тканевая
специфичность (вирус поражает клетки, имеющие определенные антигены).
Проникновение в клетку. Вирусы проникают через мембрану в клетку сразу после
прикрепления. Механизмы различаются у оболочечных и безоболочечных вирусов.
Разработано 2 модели:

Слияние
оболочки
с
мембраной,
(парамиксовирусы,
ретровирусы),
в
образующуюся пору входит капсид. Полимераза вируса, ассоциированная с
оболочкой запускает транскрипцию вирусной РНК.

Эндоцитоз (главным образом безоболочечных вирусов).
2
Проникновение оболочечных (а и b) и безоболочесных (с) вирусов.
Репликация, транскрипция, трансляция вирусов эукариот.
Репликация и транскрипция.
«Ранние гены» направлены на синтез вирусной ДНК или РНК. Некоторые вирусы
ингибируют
синтез
белков
клетки,
другие
стимулируют
синтез
макромолекул.
Парвовирусы инфицируют животных, включая человека, длина их генома (оцДНК) около
4 400 п.н., кодирует синтез 3 пептидов, все – компоненты капсида. Вирусная ДНК
реплицируется в S фазу клеточного цикла, одновременно с ДНК хозяина.
Используя
самокомплементарную последовательность на концах молекулы ДНК, парвовирус
формирует праймер для запуска работы ДНК-полимеразы хозяина.
3
Герпесовирусы представляют группу икосаэдрических оболочечных вирусов с
линейной дцДНК, длиной около 160 000 п.н., кодирующей от 50 до 100 генов. После
внедрения ДНК превращается в кольцо и РНК-полимераза хозяина транскрибирует её с
образованием иРНК.
Поксвирусы имеют дцДНК, которая кодирует более 200 генов. Проникая по
механизму рецептор-зависимого эндоцитоза в клетку, вирус синтезирует иРНК с
помощью собственной ДНК-зависимой РНК-полимеразы.
Гепаднавирусы (гепатита В). Геном
гепаднавирусов, полная, но разорванная цепь
несет
обратную
транскриптазу,
вторая
неполная цепь с пробелом несет РНК
фрагмент.
В
клетке
хозяина
пробел
закрывается, образуя полную кольцевую
молекулу.
активности:
Белок
вируса
имеет
ДНК-полимераза,
три
обратная
транскриптаза, РНКаза.
Воспроизведение
РНК-вирусов
более
разнообразно,
нежели
ДНК-вирусов.
Выделяют 4 основных стратегии воспроизведения РНК-вирусов. Общим является наличие
РНК-зависимой РНК-полимеразы (транскриптаза) или реплицирования РНК (репликаза).
Пикорнавирусы оц+РНК вирусы. Используют свою РНК в качестве иРНК,
синтезируя на рибосомах хозяина РНК-зависимую РНК-полимеразу. Синтез оц-РНК
(репликативной формы) далее синтез оц+РНК.
Оц-РНК вирусы должны доставить в клетку хотя бы одну копию РНК полимеразы.
Пример ортомиксовирусы (вирус гриппа А).
4
Другие проблемы возникают у дцРНК-вирусов, двойная структура не позволяет
сразу же запускать трансляцию. Кроме того внедрение дуплекса запускает защитные
механизмы клетки, которые могут прервать инфекционный процесс. Вирус не только
вносит собственную РНК-полимеразу, но заключает геном в субвирусные частицы, в
которых осуществляется синтез иРНК. После выхода из частиц, иРНК транслируется на
рибосомах клетки.
Ретровирусы (ВИЧ) имеют оцРНК, однако отличаются от других вирусов тем, что
синтезируют ДНК перед транскрибцией иРНК. РНК-зависимая ДНК-полимераза (ОТ)
5
копирует +РНК, формируя –ДНК цепь. Далее синтезируется дцДНК – провирусная ДНК,
которая интегрируется с геномом хозяина, затем иРНК синтезируется полимеразой
хозяина.
иРНК вирусов в отличие от эукаротических транслируют несколько белков.
Возможен синтез полипротеина, у вирусов с сегментированными геномами каждым
сегмент кодирует протеин. Другой механизм синтез субгеномных иРНК.
Сборка капсидов и выход вирионов.
Предполагается, что процесс самосборки капсидов происходит с уменьшением
свободной энергии, нуклеиновая кислота в финале сборки попадает в готовый прокапсид.
Некоторые оболочечные вирусы используют мембрану клетки для создания оболочки.
Выход безоболочечных вирусов чаще сопровождается гибелью клеток. Некоторые вирусы
меняют актиновые филаменты цитоскелета клетки. Вирус коровьей оспы образует
длинный актиновый хвост и использует его для передвижения в цитоплазме.
Выход вируса гриппа «почкованием».
Цитопатические эффекты вирусов.

Ингибирование синтеза РНК, ДНК и белков.

Повреждение эндосом с выходом гидролаз.

Изменение антигенов мембраны клетки, атака собственной иммунной системы,
возможен синцитий.

Токсический эффект вирусных белков.

Формирование включений, разрушение структур.

Хромосомные нарушения.
6

Злокачественная трансформация.
Персистирующие, латентные инфекции.
Острые инфекции (грипп) развиваются быстро, персистирующие инфекции могут
длиться годами. Хронические инфекции – слабые клинические симптомы, вирусы
обнаруживаются (гепатит В, ВИЧ). Латентные инфекции – репродукция вирусов
останавливается, симптомов и вирусных частиц не обнаруживается (вирус герпеса,
цитомегаловирус, Эппштейна-Барр вирус, вызывающий мононуклеоз). Причины –
изменение антигенов вирусов, процессы уменьшения вирулентности, делеции вызывают
образование дефектных интерферирующих частиц, затрудняющих репродукцию вируса.
Цитопатические эффекты. Вирусная теория рака.
Вирусы и рак.
Неоплазия (аномальный клеточный рост) приводит к образованию опухоли.
Доброкачественные опухоли не способны к метастазированию. Злокачественные опухоли
образуют вторичные опухоли. Канцерогенез – сложный процесс, который может быть
инициирован мутагенами, однако для его проявления требуются еще одно событие
(другой химический канцероген или вирус). Возможно, от 30 до 60% опухолей
вызываются неправильным питанием и курением.
Онкогены привносятся в геном вирусами, либо находятся в виде протоонкогенов.
Вирусы которые приводят к развитию рака – онковирусы. Все известные дцДНК
онковирусы человека запускают злокачественную трансформацию по одному механизму.
Вирусы кодируют белок, связывающий и блокирующий клеточные супрессоры опухолей
(Rb и р53). Rb необходим для поддержания нормального клеточного цикла, р53 тормозит
клеточный цикл и запускает апоптоз в ответ на повреждение ДНК. Это способствует
пролиферации опухолей. Ретровирусы переносят протоонкогены либо встраиваясь в
геном вблизи протоонкогенов.
На сегодняшний день известно о влиянии вирусов на 8 типов злокачественных
заболеваний человека.

Вирус
Эппштейна-Барр
(герпесвирус)
вызывает
лимфому
Баркетта
назофарингиальную карциному.

Вирус гепатита В ассоциирован с гепатоцеллюлярной карциномой.

Вирус гепатита С вызывает цирроз печени, приводящий к раку печени.
7
и

Герпесвирус8 человека и ВИЧ ассоциированы с саркомой Капоши.

Паппиломавирус вызывает рак шеи.

Т-клеточный лимфотропный вирус I и II ассоциированы с Т-клеточной лейкемией.
Возможные последствия вирусной инфекции.
Вирусы растений, грибов и насекомых.
Вирусы растений.
Строение капсидов вирусов растений аналогично вирусам животных и бактерий.
Почти все они РНК-вирусы, лишь небольшая часть – ДНК-вирусы. Внедрение в клетку
происходит при механическом повреждении клеточной стенки насекомыми. Насекомые
также могут переносить вирусы между растениями, и даже быть промежуточными
хозяевами некоторых вирусов. Большинство РНК-вирусов растений +оцРНК, после
8
подготовки (ВТМ), происходит трансляция РНК. Сборка ВТМ из компонентов и РНК
показана на рисунке.
Вирусы грибов и простейших.
Большинство миковирусов выделено из Penicillium и Aspergillus. Они содержат
дцРНК и сферические полиэдрические капсиды от 25 до 50 нм в диаметре. Известно о
возникновении заболеваний грибов, но не обнаружено цитопатических или токсических
эффектов.
Обнаружены
также
вирусы
(линейная
дцДНК)
инфицирующие
фотосинтезирующих простейших. Гигантский Мимивирус (400 нм и 800 000 п.н.) дцДНК
обнаружен у Acanthamoeba polyphaga.
Амеба, инфицированная гигантскими вирусными частицами мимивируса.
9
Вирусы насекомых.
Насекомые переносят вирусы желтой лихорадки, болезни Западного Нила,
нескольких типов энцефалитов. В качестве основных хозяев насекомых используют
Baculoviridae, Reoviridae, Iridoviridae, Polydnaviridae.
Многие инфекции насекомых связаны с образованием телец включений. Личинки
заражаются, поедая листья контаминированные тельцами включений. В тканях личинок
их концентрация доходит до 1010 на личинку.
Инфицирование вирусами личинок насекомых, для сравнения на правой
фотографии представлена здоровая и зараженные личинки.
Вироиды, вирусоиды и прионы.
Вироиды и вирусоиды – инфекционные агенты, состоящие из РНК.
Вироиды вызывают более 20 болезней растений, представляют замкнутые
кольцевые фрагменты оцРНК длиной 250-370 нуклеотидов. Локализуются в ядре или
цитоплазме, не кодируют белковых продуктов и не могут реплицировать себя.
Воспроизведение происходит с помощью ДНК-зависимой РНК полимеразы клетки
хозяина.
Синтез
РНК
на
матрице
вироидной
РНК
приводит
к
образованию
комплементарной оцРНК, которая в свою очередь используется для синтеза вироидной
РНК.
10
Сравнение размеров бактерии, вирусов и вироида (х 40 000) .
Механизмы патогенности вироидов не выяснены, предполагается, что болезнь
вызывается ответом эукариотической клетки (РНК-сайленсинг), в норме необходимым
для защиты от дцРНК вирусов. Вироид гибридизуется с участками иРНК хозяина,
заставляя защиту клетки атаковать полученный гибрид, в результате происходит
остановка экспресии генома клетки.
Вирусоиды – похожи на вироиды, кодируют один или несколько продуктов.
Вирусоид гепатита D человека длиной 1 700 нуклеотидов, упаковывается под оболочку
вируса гепатита В человека.
11
Прионы
–
протеиновые
инфекционные
частицы
вызывают
ряд
нейродегенеративных заболеваний.
Одно из прионных заболеваний – губчатая энцефалопатия (коровье бешенство),
болезнь куру, фатальная семейная бессоница, болезнь Крейцфельда-Якоба, синдром
Герштманна-Штраусслера-Шейнкера. Исход – прогрессирующая дегенерация головного
мозга и смерть. Вспышка коровьего бешенства в Соединенном Королевстве и Франции в
90-х унесла жизни более 90 человек. Заражение происходило с употреблением
зараженного мяса. Куру обнаружена в одном из племен Новой Гвинеи, и связанна с
каннибалистическими обычаями, в настоящее время болезнь полностью уничтожена.
Прионные заболевания животных и человека относят к «конформационным»
болезням, вызванным нарушением процессов формирования пространственной структуры
некоторых белков, приводящим к изменениям клеточной физиологии. При амилоидных и
прионных заболеваниях происходит вне- или внутриклеточное накопление белковых
агрегатов фибриллярной структуры, состоящих из растворимых в норме клеточных
белков.
Первое обнаруженное
прионное заболевание – «скрэйпи» овец. Агент,
вызывающий скрэйпи, получил название «прион» (prion –proteinacious infectious particle).
Этот агент представляет собой белок, названный PrP (Prion Protein). PrP является
мембранным белком, который в основном экспрессируется в клетках центральной
нервной системы и лимфоретикулярной ткани. Нормальная форма белка PrP обозначается
PrPC. Патологическая форма этого белка, обуславливающая инфекционность, была
названа PrPSc (форма PrP, связанная со scrapie). PrPSc неотличим от PrPC по
аминокислотной последовательности, но имеет другую конформацию.
Для прионов отмечено штаммовое разнообразие.
12
Нормальная молекула приона (1) перемещается на поверхностную мембрану, где
участвует в передаче нервного импульса. Если такая молекула встречается в клетке с
"неправильным" раскрученным прионом (2), она приобретает ее конфигурацию.
Постепенно накапливаясь, аномальные прионы формируют на поверхности нейрона
фибриллы и бляшки (3).
13