Альфавирустар: құрамы, құрылысы және жұқпалы қасиеттері
Alphavirus
Альфавирустар – RNA вирустарының туысы, адамдар мен жануарларға жұғады. Көбінесе масалар арқылы таралады, арбовирустар тобына жатады. Вирустар туралы біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Вирустар туысы
Genus of viruses
Альфавирус – РНК вирустарының туысы, Togaviridae тұқымындағы жалғыз туыс. Альфавирустар Балтимор вирустарының жіктелуінің IV тобына жатады, оң бағытталған, бір тізбекті РНК геномымен сипатталады. Барлығы 32 альфавирус белгілі, олар адамдар, кеміргіштер, балықтар, құстар және жылқы сияқты ірі сүтқоректілер, сондай-ақ омыртқасыздарға жұқтырады. Омыртқалылар мен буынтық аяқтылардың екеуін де жұқтыра алатын альфавирустар екі қожайынды альфавирустар деп аталады, ал Eilat вирусы және Yada yada вирусы сияқты жәндіктерге ғана тән альфавирустар олардың тиімді буынтық аяқты векторларымен шектеледі. Түрлер мен жекелемелер арасындағы жұқтыру көбінесе масалар арқылы жүзеге асады, бұл альфавирустарды арбовирустар – яғни буынтық аяқтылар таратып жүйетін вирустар тобының мүшесі етеді. Альфавирус бөлшектері қабықшамен оралған, 70 нм диаметрге ие, көбінесе шар тәрізді (бірақ сәл плеоморфты) және 40 нм изометриялық нуклеокапсидке ие.
Alphavirus is a genus of RNA viruses, the sole genus in the Togaviridae family. Alphaviruses belong to group IV of the Baltimore classification of viruses, with a positive sense, single stranded RNA genome. There are 32 alphaviruses, which infect various vertebrates such as humans, rodents, fish, birds, and larger mammals such as horses, as well as invertebrates. Alphaviruses that could infect both vertebrates and arthropods are referred dual host alphaviruses, while insect specific alphaviruses such as Eilat virus and Yada yada virus are restricted to their competent arthropod vector. Transmission between species and individuals occurs mainly via mosquitoes, making the alphaviruses a member of the collection of arboviruses – or arthropod borne viruses. Alphavirus particles are enveloped, have a 70 nm diameter, tend to be spherical (although slightly pleomorphic), and have a 40 nm isometric nucleocapsid.
Геном
Альфавирустар – кішкентай, шар тәрізді, қаптамалы вирустар, олардың геномдары бір тізбекті оң мағыналы РНК-дан тұрады. Геномның жалпы ұзындығы 11 000-ден 12 000 нуклеотидге дейін жетеді, және 5’ қапшысы мен 3’ поли(А) құйрығы бар. Геномның 5’ екі бөлігінде төрт құрылымдық емес белок гендері кодталған, ал үш құрылымдық белок геномның 3’ үштен бір бөлігімен сәйкес келетін субгеномдық мРНК-дан аударылады. Геномда екі ашық оқу кадры (ОРФ) бар: құрылымдық емес және құрылымдық. Біріншісі құрылымдық емес және вирустық РНК-ның транскрипциясы мен репликациясы үшін қажетті ақуыздарды (nsP1–nsP4) кодтайды. Екіншісі үш құрылымдық белокты кодтайды: ядролық нуклеокапсидтік белок C және гетеродимер түзе отырып байланысатын P62 және E1 қабықшалық белоктары. Вирустың жасушалық мембранасына бекітілген беткі гликопротеиндер рецепторларды тануға және мембраналық бірігу арқылы жасушаларға енуге жауапты.
The alphaviruses are small, spherical, enveloped viruses with a genome of a single strand of positive sense RNA. The total genome length ranges between 11,000 and 12,000 nucleotides, and has a 5’ cap and a 3’ poly A tail. The four non structural protein genes are encoded in the 5′ two thirds of the genome, while the three structural proteins are translated from a subgenomic mRNA colinear with the 3′ one third of the genome. There are two open reading frames (ORFs) in the genome, nonstructural and structural. The first is non structural and encodes proteins (nsP1–nsP4) necessary for transcription and replication of viral RNA. The second encodes three structural proteins: the core nucleocapsid protein C, and the envelope proteins P62 and E1, which associate as a heterodimer. The viral membrane anchored surface glycoproteins are responsible for receptor recognition and entry into target cells through membrane fusion.
Құрылымдық ақуыздар
P62-нің протеолитикалық пісіп жетілуі E2 және E3 нысандарына айналады, бұл вирустың беткі қабатында өзгеріске алып келеді. E1, E2 және кейде E3 гликопротеин "төбелері" бірлесіп E1/E2 димерін немесе E1/E2/E3 тримерін құрайды, онда E2 ортадан төбелерге дейін созылады, E1 төбелер арасындағы кеңістікті толтырады, ал E3, егер болса, төбелердің алыс шетінде орналасады. Вирус эндосоманың қышқылдығына ұшырағанда E1, E2-ден бөлініп, E1 гомотримерін құрайды, бұл жасушалық және вирус мембраналарын біріктіруге қажетті бірігу кезеңі үшін маңызды. Альфавирустық гликопротеин E1 – II класс вирустық біріктіру ақуызы, ол құрылымдық тұрғыдан грипп вирусы мен ЖИТС-ке тән I класс біріктіру ақуыздарынан өзгеше. Semliki Forest вирусының құрылымы флавивирустық гликопротеин E-нің құрылымына ұқсас, оның біріншілік тізбегі бір-біріне сәйкес келетін үш құрылымдық доменнен тұрады. E2 гликопротеині цитоплазмалық домені арқылы нуклеокапсидпен өзара әрекеттеседі, ал оның эктодомені жасушалық рецептормен байланысуға жауапты. Көптеген альфавирустар перифериялық E3 ақуызын жоғалтады, бірақ Семики вирустарында ол вирус бетінде сақталады.
The proteolytic maturation of P62 into E2 and E3 causes a change in the viral surface. Together the E1, E2, and sometimes E3, glycoprotein "spikes" form an E1/E2 dimer or an E1/E2/E3 trimer, where E2 extends from the centre to the vertices, E1 fills the space between the vertices, and E3, if present, is at the distal end of the spike. Upon exposure of the virus to the acidity of the endosome, E1 dissociates from E2 to form an E1 homotrimer, which is necessary for the fusion step to drive the cellular and viral membranes together. The alphaviral glycoprotein E1 is a class II viral fusion protein, which is structurally different from the class I fusion proteins found in influenza virus and HIV. The structure of the Semliki Forest virus revealed a structure that is similar to that of flaviviral glycoprotein E, with three structural domains in the same primary sequence arrangement. The E2 glycoprotein functions to interact with the nucleocapsid through its cytoplasmic domain, while its ectodomain is responsible for binding a cellular receptor. Most alphaviruses lose the peripheral protein E3, but in Semliki viruses it remains associated with the viral surface.
Құрылымдық емес ақуыздар
Төрт құрылымдық емес ақуыз (nsP1–4), бір полибелок ретінде түзіледі және вирустың көбейту механизмін құрайды. Полибелоктың өңделуі қатаң реттеледі, ал P2/3 қосылысындағы бөліну геном көбейту кезінде РНК матрицасын пайдалануға әсер етеді. Бұл орын тар жарықтың түбінде орналасқан және оған қол жеткізу қиын. Бөлінуге дейін nsP3, nsP2-ні айналдыратын сақина тәрізді құрылым жасайды. Бұл екі ақуыздың арасында кең интерфейс бар. nsP2-де цитопатиялық емес вирустарды немесе температураға сезімтал фенотиптерді тудыратын мутациялар P2/P3 интерфейс аймағында жинақталады. P3 мутациялары, nsP2 цитопатиялық емес мутацияларының орналасқан жеріне қарама-қарсы, P2/3-тің тиімді бөлінуіне кедергі келтіреді. Бұл өз кезегінде РНК инфекциялық қабілетіне әсер етіп, вирустық РНК өндірісінің деңгейін өзгертеді.
Four nonstructural proteins (nsP1–4) which are produced as a single polyprotein constitute the virus' replication machinery. The processing of the polyprotein occurs in a highly regulated manner, with cleavage at the P2/3 junction influencing RNA template use during genome replication. This site is located at the base of a narrow cleft and is not readily accessible. Before cleavage, nsP3 creates a ring structure that encircles nsP2. These two proteins have an extensive interface. Mutations in nsP2 that produce noncytopathic viruses or a temperature sensitive phenotypes cluster at the P2/P3 interface region. P3 mutations opposite the location of the nsP2 noncytopathic mutations prevent efficient cleavage of P2/3. This in turn affects RNA infectivity altering viral RNA production levels.
Вирусология
Вирустың диаметрі 60–70 нанометрді құрайды. Ол қабықшамен қамтылған, шар тәрізді және ~12 килобазалық оң жіптік РНК геномға ие. Геном екі полипротеинды кодтайды. Бірінші полипротеин төрт құрылымдық емес бірліктен тұрады: N-терминалынан C-терминалына қарай – nsP1, nsP2, nsP3 және nsP4. Екіншісі – құрылымдық полипротеин, ол бес экспрессиялық бірліктен тұрады: N-терминалынан C-терминалына қарай – Капсид, E3, E2, 6K және E1. Субгеномдық оң жіптік РНК – 26S РНК теріс жіптік РНК аралықтан көбейтіледі. Бұл вирустың құрылымдық ақуыздарын синтездеу үшін матрица ретінде қызмет етеді. Көптеген альфавирустар вирустық РНК синтезін реттеуге қатысатын сақталған домендерге ие. Диаметрі 40 нанометрлік нуклеокапсид капсид ақуызының 240 данасын қамтиды және T = 4 икосаэдрлік симметрияға ие. Вирустың E1 және E2 гликопротеиндері липидтік екі қабатқа енген. Жеке E1 және E2 молекулалары гетеродимерлерді құру үшін бірігеді. E1–E2 гетеродимерлері E2 ақуызы мен нуклеокапсид мономерлері арасында бір-бір байланыс жасайды. E1 және E2 ақуыздары вирус пен жаңақ жасуша арасындағы байланысты қамтамасыз етеді. Бірнеше рецепторлар анықталды, оларға прогибитин, фосфатидилсерин, гликозаминогликандар және АТФ синтетазасының β-бөлімі (дәйектеме қажет) жатады. Көбейтілу цитоплазмада, атап айтқанда, плазмалық мембрананың инвагинацияларынан бөлінген "сфералар" деп аталатын аймақтарда жүреді. Әрбір кешен ішкі диаметрі 50 нм болатын мұндай бір аймақты алып жатыр. Вириондар плазмалық мембрана арқылы бүршіктеп жетіледі, онда вирус кодтаған беткі гликопротеиндері E2 және E1 сіңіріледі. Бұл екі гликопротеин көптеген серологиялық реакциялар мен тесттердің нысаны болып табылады, соның ішінде нейтрализация және гемагглютинацияны тежеу. Альфавирустар осы реакцияларда әртүрлі антигендік қиылыс реакцияларын көрсетеді, бұл жеті антигендік кешенге, 32 түрге және көптеген субтиптер мен вариацияларға негіз болады. E2 ақуызында нейтралдайтын эпитоптар басым, ал E1 ақуызында көбірек сақталған, қиылыс реакциялы эпитоптар бар.
The virus has a 60–70 nanometer diameter. It is enveloped, spherical and has a positive strand RNA genome of ~12 kilobases. The genome encodes two polyproteins. The first polyprotein consists of four non structural units: in order from the N terminal to the C terminal nsP1, nsP2, nsP3, and nsP4. The second is a structural polyprotein composed of five expression units: from the N terminal to the C terminal Capsid, E3, E2, 6K and E1. A sub genomic positive strand RNA the 26S RNA is replicated from a negative stranded RNA intermediate. This serves as template for the synthesis of viral structural proteins. Most alphaviruses have conserved domains involved in regulation of viral RNA synthesis. The nucleocapsid, 40 nanometers in diameter, contains 240 copies of the capsid protein and has a T = 4 icosahedral symmetry. The E1 and E2 viral glycoproteins are embedded in the lipid bilayer. Single E1 and E2 molecules associate to form heterodimers. The E1–E2 heterodimers form one to one contacts between the E2 protein and the nucleocapsid monomers. The E1 and E2 proteins mediate contact between the virus and the host cell. Several receptors have been identified. These include prohibitin, phosphatidylserine, glycosaminoglycans and ATP synthase β subunit (ref needed). Replication occurs within the cytoplasm, specifically in areas termed "spherules" separated by plasma membrane invaginations from the rest. Each complex occupies one such area of about 50 nm in inner diameter. Virions mature by budding through the plasma membrane, where virus encoded surface glycoproteins E2 and E1 are assimilated. These two glycoproteins are the targets of numerous serologic reactions and tests including neutralization and hemagglutination inhibition. The alphaviruses show various degrees of antigenic cross reactivity in these reactions and this forms the basis for the seven antigenic complexes, 32 species and many subtypes and varieties. The E2 protein is the site of most neutralizing epitopes, while the E1 protein contains more conserved, cross reactive epitopes.
Эволюция
Бұл таксонды зерттеу вирустардың бұл тобы теңіздік ортада, атап айтқанда Оңтүстік мұхитта пайда болғанын және кейіннен Ескі және Жаңа әлемге тарағанын көрсетеді. Бұл туыстың үш кіші тобы бар: Семилики орман вирусы кіші тобы (Семилики орман, О’Нён-Нён және Росс өзені вирустары); шығыс жылқы энцефалиті вирусы кіші тобы (шығыс жылқы энцефалиті және Венесуэла жылқы энцефалиті вирустары) және Синдбис вирусы кіші тобы. Синдбис вирусы географиялық жағынан Ескі әлеммен шектелген, ол Ескі әлемде де кездесетін Семилики орман вирусы кіші тобына қарағанда, Жаңа әлем вирустары болып табылатын шығыс жылқы энцефалиті кіші тобына жақын.
A study of this taxon suggests that this group of viruses had a marine origin—specifically the Southern Ocean—and that they have subsequently spread to both the Old and New World. There are three subgroups in this genus: the Semliki Forest virus subgroup (Semliki Forest, O'nyong nyong and Ross River viruses); the eastern equine encephalitis virus subgroup (eastern equine encephalitis and Venezuelan equine encephalitis viruses) and the Sindbis virus subgroup. Sindbis virus, geographically restricted to the Old World, is more closely related to the eastern equine encephalitis subgroup, which are New World viruses, than it is to the Semliki Forest virus subgroup which is also found in the Old World.
Диагностика, алдын алу және бақылау
Диагноз вирусты оңай оқшаулап, анықтауға болатын клиникалық үлгілер негізінде қойылады. Қазіргі уақытта альфавирустарға қарсы вакциналар жоқ. Репелленттерді қолдану, қорғаныш киімдерін кию, олардың көбейетін орындарын жою және шашырату арқылы векторларды бақылау – таңдаулы профилактикалық шаралар болып табылады.
Diagnoses is based on clinical samples from which the virus can be easily isolated and identified. There are no alphavirus vaccines currently available. Vector control with repellents, protective clothing, breeding site destruction, and spraying are the preventive measures of choice.
Зерттеу
Альфавирустар гендік терапия зерттеушілерін қызықтырады, әсіресе Росс өзені вирусы, Синдбис вирусы, Семилики орман вирусы және Венесуэлалық жылқы энцефалиті вирусы гендерді жеткізу үшін вирустық векторларды әзірлеу үшін қолданылды. Ерекше қызығушылық тудыратыны – альфавирустық қаптамалар мен ретровирустық капсидтерден құралған химерлік вирустар. Мұндай химералар псевдотиптік вирустар деп аталады. Альфавирустық қаптамалық ретровирустар немесе лентивирустар псевдотиптері, олармен бірге тасымалдайтын гендерді альфавирустық қаптаманың E2 және E1 ақуыздарымен танылатын және жұқтыратын қожайын клеткаларының кең ауқымына енгізе алады. Вирустық гендердің тұрақты интеграциясы осы векторлардың ретровирустық құрамы арқылы жүзеге асады. Альфавирустарды гендік терапия саласында қолдануда мақсатты таңдау қабілетінің болмауына байланысты шектеулер бар, алайда E2 құрылымындағы өзгермелі антидене домендерін сақталмаған циклге енгізу арқылы нақты жасуша популяцияларын таңдауға қол жеткізіледі. Сонымен қатар, толық альфавирустарды гендік терапия үшін қолдану тиімділігі шектеулі, себебі бірнеше ішкі альфавирустық ақуыздар инфекция кезінде апоптозды күшейтуге қатысады, сондай-ақ альфавирустық капсид тек миРНК-ны қожайын клеткаларына уақытша енгізуге қана ғана мүмкіндік береді. Бұл шектеулер ретровирустардың немесе лентивирустардың альфавирустық қаптама псевдотиптеріне қатысты емес. Дегенмен, Sindbis вирусының қаптамаларын экспрессиялау апоптозға әкелуі мүмкін, ал Sindbis вирусының қаптама псевдотипті ретровирустарымен жұқтыру кезінде олардың қожайын клеткаларына енуі клеткалық өлімге соқтыруы мүмкін. Sindbis вирустық қаптамаларының токсикалық әсері Sindbis псевдотиптерін өндіруге арналған қаптамалық клеткалардан алынған өте төмен өндіріс көрсеткіштерінің себебі болуы мүмкін. Альфавирустарды зерттеудің тағы бір саласы – вакцинация. Альфавирустарды репликондық векторларды құру үшін пайдалануға болады, олар гуморальдық және Т-клеткалық иммундық жауаптарды тиімді түрде тудырады. Сондықтан оларды вирустық, бактериялық, протозоандық және ісіктік антигендерге қарсы вакцинация үшін қолдануға болады.
Alphaviruses are of interest to gene therapy researchers, in particular the Ross River virus, Sindbis virus, Semliki Forest virus, and Venezuelan equine encephalitis virus have all been used to develop viral vectors for gene delivery. Of particular interest are the chimeric viruses that may be formed with alphaviral envelopes and retroviral capsids. Such chimeras are termed pseudotyped viruses. Alphaviral envelope pseudotypes of retroviruses or lentiviruses are able to integrate the genes that they carry into the expansive range of potential host cells that are recognized and infected by the alphaviral envelope proteins E2 and E1. The stable integration of viral genes is mediated by the retroviral interiors of these vectors. There are limitations to the use of alphaviruses in the field of gene therapy due to their lack of targeting, however, through the introduction of variable antibody domains in a non conserved loop in the structure of E2, specific populations of cells have been targeted. Furthermore, the use of whole alphaviruses for gene therapy is of limited efficacy both because several internal alphaviral proteins are involved in the induction of apoptosis upon infection and also because the alphaviral capsid mediates only the transient introduction of mRNA into host cells. Neither of these limitations extend to alphaviral envelope pseudotypes of retroviruses or lentiviruses. However, the expression of Sindbis virus envelopes may lead to apoptosis, and their introduction into host cells upon infection by Sindbis virus envelope pseudotyped retroviruses may also lead to cell death. The toxicity of Sindbis viral envelopes may be the cause of the very low production titers realized from packaging cells constructed to produce Sindbis pseudotypes. Another branch of research involving alphaviruses is in vaccination. Alphaviruses are apt to be engineered to create replicon vectors which efficiently induce humoral and T cell immune responses. They could therefore be used to vaccinate against viral, bacterial, protozoan, and tumor antigens.