Ортофлавивирусы: характеристики, распространение и патогенез.

Введение

Род вирусов Flavivirus, переименованный в Orthoflavivirus в 2023 году, является родом одноцепочечных РНК-вирусов с положительной полярностью, относящихся к семейству Flaviviridae. В этот род входят вирус Западного Нила, вирус денге, вирус клещевого энцефалита, вирус желтой лихорадки, вирус Зика и несколько других вирусов, способных вызывать энцефалит, а также флавивирусы, специфичные для насекомых (ISF), такие как вирус клеточного слияния (CFAV), вирус Палм-Крик (PCV) и вирус реки Параматта (PaRV). Флавивирусы с двойным хозяином могут инфицировать как позвоночных, так и членистоногих, в то время как флавивирусы, специфичные для насекомых, ограничены своими компетентными членистоногими. Механизмы, посредством которых флавивирусы устанавливают персистирующую инфекцию у своих компетентных переносчиков и вызывают заболевание у людей, зависят от множества взаимодействий вируса и хозяина, включая сложное взаимодействие между иммунными антагонистами, кодируемыми флавивирусами, и молекулами врожденного противовирусного иммунитета хозяина. Флавивирусы получили свое название в честь вируса желтой лихорадки; слово «flavus» означает «желтый» на латыни, а желтая лихорадка, в свою очередь, названа из-за своей склонности вызывать желтуху у заболевших. Флавивирусы обладают рядом общих характеристик: схожий размер (40–65 нм), симметрия (оболочечные, икосаэдрический нуклеокапсид), нуклеиновая кислота (одноцепочечная РНК положительной полярности длиной около 10 000–11 000 нуклеотидов) и внешний вид при исследовании под электронным микроскопом. Большинство этих вирусов передаются преимущественно через укусы инфицированных членистоногих (комаров или клещей) и поэтому классифицируются как арбовирусы. Инфицирование людей большинством этих арбовирусов является случайным, поскольку люди не способны реплицировать вирус в достаточных количествах для повторного заражения членистоногих, необходимых для поддержания жизненного цикла вируса – в этом случае человек является тупиковым хозяином. Исключениями являются вирус желтой лихорадки, вирус денге и вирус Зика. Эти три вируса по-прежнему требуют переносчиков-комаров, но достаточно хорошо адаптированы к человеку, чтобы не зависеть исключительно от животных-хозяев (хотя пути передачи от животных остаются важными). Другие пути передачи арбовирусов включают обращение с трупами инфицированных животных, переливание крови, половой путь, роды и употребление непастеризованных молочных продуктов. Передача от нечеловеческих позвоночных к человеку без участия промежуточного переносчика-артропода происходит, как правило, с низкой вероятностью. Например, ранние исследования желтой лихорадки показали, что это заболевание не заразно. Известные неарбовирусы семейства Flaviviridae размножаются либо в членистоногих, либо в позвоночных, но не в обоих, при этом один необычный представитель рода поражает нематод.

Genus of viruses

Flavivirus, renamed Orthoflavivirus in 2023, is a genus of positive strand RNA viruses in the family Flaviviridae. The genus includes the West Nile virus, dengue virus, tick borne encephalitis virus, yellow fever virus, Zika virus and several other viruses which may cause encephalitis, as well as insect specific flaviviruses (ISFs) such as cell fusing agent virus (CFAV), Palm Creek virus (PCV), and Parramatta River virus (PaRV). While dual host flaviviruses can infect vertebrates as well as arthropods, insect specific flaviviruses are restricted to their competent arthropods. The means by which flaviviruses establish persistent infection in their competent vectors and cause disease in humans depends upon several virus host interactions, including the intricate interplay between flavivirus encoded immune antagonists and the host antiviral innate immune effector molecules. Flaviviruses are named for the yellow fever virus; the word flavus means 'yellow' in Latin, and yellow fever in turn is named from its propensity to cause yellow jaundice in victims. Flaviviruses share several common aspects: common size (40–65 nm), symmetry (enveloped, icosahedral nucleocapsid), nucleic acid (positive sense, single stranded RNA around 10,000–11,000 bases), and appearance under the electron microscope. Most of these viruses are primarily transmitted by the bite from an infected arthropod (mosquito or tick), and hence are classified as arboviruses. Human infections with most of these arboviruses are incidental, as humans are unable to replicate the virus to high enough titers to reinfect the arthropods needed to continue the virus life cycle – humans are then a dead end host. The exceptions to this are the yellow fever virus, dengue virus and zika virus. These three viruses still require mosquito vectors but are well enough adapted to humans as to not necessarily depend upon animal hosts (although they continue to have important animal transmission routes, as well). Other virus transmission routes for arboviruses include handling infected animal carcasses, blood transfusion, sex, childbirth and consumption of unpasteurised milk products. Transmission from nonhuman vertebrates to humans without an intermediate vector arthropod however mostly occurs with low probability. For example, early tests with yellow fever showed that the disease is not contagious. The known non arboviruses of the flavivirus family reproduce in either arthropods or vertebrates, but not both, with one odd member of the genus affecting a nematode.

Структура

Флавивирусы имеют оболочку и сферическую форму, с икосаэдрической геометрией и псевдосимметрией T=3. Диаметр вирусной частицы составляет около 50 нм. Геном кодирует три структурных белка (Capsid, prM и Envelope) и семь неструктурных белков (NS1, NS2A, NS2B, NS3, NS4A, NS4B, NS5). Геномная РНК модифицирована на 5'-конце положительной цепи геномной РНК с помощью структуры cap 1 (me7 GpppA me2). Этот белок также кодирует 2'-O-метилтрансферазу. После трансляции полипротеин расщепляется комбинацией вирусных и клеточных протеаз с образованием зрелых полипептидных продуктов. Однако, клеточная посттрансляционная модификация зависит от наличия поли(А)-хвоста, поэтому этот процесс не является клеточно-зависимым. Вместо этого, полипротеин обладает автокаталитической функцией, которая автоматически высвобождает первый пептид – вирус-специфический фермент. Этот фермент затем способен расщепить оставшийся полипротеин на отдельные продукты. Одним из продуктов расщепления является РНК-зависимая РНК-полимераза, ответственная за синтез отрицательной цепи РНК. Следовательно, эта молекула служит матрицей для синтеза геномной вирусной РНК потомства. Репликация геномной РНК флавивируса происходит на мембранах грубой эндоплазматической сети в мембранных компартментах. Затем происходит сборка новых вирусных частиц. Это происходит во время почкования, которое также отвечает за накопление оболочки и лизис клеток. G-белок-связанная киназа 2 (также известная как ADRBK1) играет важную роль в проникновении и репликации нескольких вирусов семейства Flaviviridae. Человек, млекопитающие, комары и клещи являются естественными хозяевами. Пути передачи – зооноз и укус. В 5'-UTR Flavivirus присутствуют два консервативных структурных элемента: большая шпильковая петля (SLA) и короткая шпильковая петля (SLB). SLA формирует Y-образную структуру с боковой шпильковой петлей и небольшой верхней петлей. SLA, вероятно, функционирует как промотор и необходима для синтеза вирусной РНК. SLB участвует во взаимодействиях между 5'-UTR и 3'-UTR, приводящих к циклизации вирусной РНК, что необходимо для репликации вируса.

Flaviviruses are enveloped and spherical and have icosahedral geometries with a pseudo T=3 symmetry. The virus particle diameter is around 50 nm. In general, the genome encodes three structural proteins (Capsid, prM, and Envelope) and seven non structural proteins (NS1, NS2A, NS2B, NS3, NS4A, NS4B, NS5). The genomic RNA is modified at the 5′ end of positive strand genomic RNA with a cap 1 structure (me7 GpppA me2). This protein also encodes a 2′ O methyltransferase. Once translated, the polyprotein is cleaved by a combination of viral and host proteases to release mature polypeptide products. Nevertheless, cellular post translational modification is dependent on the presence of a poly A tail; therefore this process is not host dependent. Instead, the poly protein contains an autocatalytic feature which automatically releases the first peptide, a virus specific enzyme. This enzyme is then able to cleave the remaining poly protein into the individual products. One of the products cleaved is a RNA dependent RNA polymerase, responsible for the synthesis of a negative sense RNA molecule. Consequently, this molecule acts as the template for the synthesis of the genomic progeny RNA. Flavivirus genomic RNA replication occurs on rough endoplasmic reticulum membranes in membranous compartments. New viral particles are subsequently assembled. This occurs during the budding process which is also responsible for the accumulation of the envelope and cell lysis. A G protein coupled receptor kinase 2 (also known as ADRBK1) appears to be important in entry and replication for several viruses in Flaviviridae. Humans, mammals, mosquitoes, and ticks serve as the natural host. Transmission routes are zoonosis and bite. There are two conserved structural elements in the Flavivirus 5'UTR, a large stem loop (SLA) and a short stem loop (SLB). SLA folds into a Y shaped structure with a side stem loop and a small top loop. SLA is likely to act as a promoter, and is essential for viral RNA synthesis. SLB is involved in interactions between the 5'UTR and 3'UTR which result in the cyclisation of the viral RNA, which is essential for viral replication.

Консервированные шнурки для волос с ПХП

Сохраненная шпильковая структура (cHP) впоследствии была обнаружена в нескольких геномах Flavivirus и, как считается, направляет трансляцию белков капсида. Она расположена непосредственно после стартового кодона AUG.

Роль вторичных структур РНК в производстве sfРНК

Субгеномная РНК флавивируса (sfRNA) представляет собой расширение 3'-UTR и, как было показано, играет роль в репликации и патогенезе флавивирусов. sfRNA образуется в результате неполного расщепления геномной вирусной РНК клеточной 5'-3' экзорибонуклеазой 1 (XRN1). В процессе деградации вирусной РНК XRN1 останавливается на шпильках, формируемых вторичной структурой 5'- и 3'-UTR. Эта остановка приводит к образованию нерасщепленного фрагмента геномной РНК, известного как sfRNA. sfRNA влияет на жизненный цикл флавивируса в зависимости от концентрации. Накопление sfRNA вызывает: (1) подавление врожденного иммунного ответа клетки, тем самым снижая защиту организма от вируса; (2) ингибирование активности XRN1 и Dicer с целью модификации РНК-интерференции (RNAi), которая разрушает вирусную РНК; (3) модификацию вирусного репликационного комплекса для усиления вирусного размножения. В целом, sfRNA вовлечена в несколько механизмов, ослабляющих защиту организма и способствующих инфекции флавивирусами.

Эволюция

Флавивирусы можно разделить на два клада: один с вирусами, переносимыми переносчиками, а другой – без известного переносчика. Клад переносчиков, в свою очередь, можно подразделить на клад, переносимый комарами, и клад, переносимый клещами. Эти группы могут быть разделены далее. Группу комаров можно разделить на две ветви: одна ветвь содержит нейротропные вирусы, часто связанные с энцефалитическими заболеваниями у людей или сельскохозяйственных животных. Эта ветвь обычно распространяется видами *Culex* и имеет птичьи резервуары. Вторая ветвь – это не нейротропные вирусы, связанные с геморрагическими заболеваниями человека. Они обычно имеют виды *Aedes* в качестве переносчиков и приматов в качестве хозяев. Вирусы, переносимые клещами, также формируют две отчетливые группы: одна связана с морскими птицами, а другая – вирусы комплекса клещевого энцефалита – связана в основном с грызунами. Вирусы, не имеющие известного переносчика, можно разделить на три группы: одна тесно связана с вирусами, переносимыми комарами, и связана с летучими мышами; вторая, генетически более отдаленная, также связана с летучими мышами; и третья группа связана с грызунами. Эволюционные взаимосвязи между эндогенизированными вирусными элементами флавивирусов и современными флавивирусами, изученные с использованием методов максимального правдоподобия, показали, что флавивирусы, переносимые членистоногими, вероятно, произошли от источника, связанного с паукообразными. Это противоречит более ранним работам с меньшим количеством существующих вирусов, которые показали, что вирусы, переносимые клещами, произошли от группы, переносимой комарами. Несколько частичных и полных геномов флавивирусов были обнаружены у водных беспозвоночных, таких как морской паук *Endeis spinosa* и несколько ракообразных и головоногих моллюсков. Эти последовательности, по-видимому, связаны с теми, что содержатся в специфичных для насекомых флавивирусах, а также в группах вирусов летучих мышей Тамана. Хотя в настоящее время неясно, как водные флавивирусы вписываются в эволюцию этой группы вирусов, есть некоторые свидетельства того, что один из этих вирусов, флавивирус акулы Вэньчжоу, заражает как ракообразных (*Portunus trituberculatus*), так и тихоокеанскую шпагонозую акулу (*Scoliodon macrorhynchos*) в качестве хозяина. Происхождение этих вирусов, по-видимому, датируется как минимум 9400–14000 лет назад. Штаммы лихорадки денге Старого и Нового Света разошлись между 150 и 450 годами назад. Европейские и дальневосточные штаммы клещевого энцефалита разошлись около 1087 (1610–649) лет назад. Европейские вирусы клещевого энцефалита и вирусы болезни лупинга разошлись около 572 (844–328) лет назад. Эта последняя оценка согласуется с историческими данными. Вирус Кунджин отделился от вируса Западного Нила примерно 277 (475–137) лет назад. Это время соответствует периоду заселения Австралии европейцами. Группа японского энцефалита, по-видимому, эволюционировала в Африке 2000–3000 лет назад, а затем распространилась сначала в Юго-Восточную Азию, прежде чем мигрировать в остальную часть Азии. Филогенетические исследования вируса Западного Нила показали, что он возник как отдельный вирус около 1000 лет назад. Этот исходный вирус развился в две отдельные линии: линия 1 и ее многочисленные варианты являются источником эпидемического распространения в Африке и во всем мире. Линия 2 считалась африканским зоонозом. Однако в 2008 году линия 2, ранее встречавшаяся только у лошадей в Африке к югу от Сахары и на Мадагаскаре, начала появляться у лошадей в Европе, где в 2008 году в Венгрии произошла первая зарегистрированная вспышка, затронувшая 18 животных. Вирус Западного Нила 1 линии был обнаружен в Южной Африке в 2010 году у кобылы и ее мертворожденного плода; ранее в Южной Африке у лошадей и людей был обнаружен только вирус Западного Нила 2 линии. Смертельный случай касатки в Техасе в 2007 году расширил известный спектр хозяев вируса Западного Нила, включив в него китообразных. Вирус Омской геморрагической лихорадки, по-видимому, эволюционировал в течение последних 1000 лет. Вирусные геномы можно разделить на 2 клада – A и B. Клад A имеет пять генотипов, а клад B – один. Эти клады разошлись около 700 лет назад. Это разделение, по-видимому, произошло в Курганской области. Впоследствии клад A 230 лет назад разделился на клады C, D и E. Клады C и E, по-видимому, возникли в Новосибирской и Омской областях соответственно. Ондатра обыкновенная (*Ondatra zibethicus*), которая очень восприимчива к этому вирусу, была завезена в этот район в 1930-х годах.

The flaviviruses can be divided into two clades: one with vector borne viruses and the other with no known vector. The vector clade, in turn, can be subdivided into a mosquito borne clade and a tick borne clade. These groups can be divided again. The mosquito group can be divided into two branches: one branch contains neurotropic viruses, often associated with encephalitic disease in humans or livestock. This branch tends to be spread by Culex species and to have bird reservoirs. The second branch is the non neurotropic viruses associated with human haemorrhagic disease. These tend to have Aedes species as vectors and primate hosts. The tick borne viruses also form two distinct groups: one is associated with seabirds and the other – the tick borne encephalitis complex viruses – is associated primarily with rodents. The viruses that lack a known vector can be divided into three groups: one closely related to the mosquito borne viruses, which is associated with bats; a second, genetically more distant, is also associated with bats; and a third group is associated with rodents. Evolutionary relationships between endogenised viral elements of Flaviviruses and contemporary flaviviruses using maximum likelihood approaches have identified that arthropod vectored flaviviruses likely emerged from an arachnid source. This contradicts earlier work with a smaller number of extant viruses showing that the tick borne viruses emerged from a mosquito borne group. Several partial and complete genomes of flaviviruses have been found in aquatic invertebrates such as the sea spider Endeis spinosa and several crustaceans and cephalopods. These sequences appear to be related to those in the insect specific flaviviruses and also the Tamana bat virus groupings. While it is not presently clear how aquatic flaviviruses fit into the evolution of this group of viruses, there is some evidence that one of these viruses, Wenzhou shark flavivirus, infects both a crustacean (Portunus trituberculatus) Pacific spadenose shark (Scoliodon macrorhynchos) shark host, The origin of these viruses appears to be at least 9400 to 14,000 years ago. The Old World and New World dengue strains diverged between 150 and 450 years ago. The European and Far Eastern tick borne encephalitis strains diverged about 1087 (1610–649) years ago. European tick borne encephalitis and louping ill viruses diverged about 572 (844–328) years ago. This latter estimate is consistent with historical records. Kunjin virus diverged from West Nile virus approximately 277 (475–137) years ago. This time corresponds to the settlement of Australia from Europe. The Japanese encephalitis group appears to have evolved in Africa 2000–3000 years ago and then spread initially to South East Asia before migrating to the rest of Asia. Phylogenetic studies of the West Nile virus has shown that it emerged as a distinct virus around 1000 years ago. This initial virus developed into two distinct lineages, lineage 1 and its multiple profiles is the source of the epidemic transmission in Africa and throughout the world. Lineage 2 was considered an Africa zoonosis. However, in 2008, lineage 2, previously only seen in horses in sub Saharan Africa and Madagascar, began to appear in horses in Europe, where the first known outbreak affected 18 animals in Hungary in 2008. Lineage 1 West Nile virus was detected in South Africa in 2010 in a mare and her aborted fetus; previously, only lineage 2 West Nile virus had been detected in horses and humans in South Africa. A 2007 fatal case in a killer whale in Texas broadened the known host range of West Nile virus to include cetaceans. Omsk haemorrhagic fever virus appears to have evolved within the last 1000 years. The viral genomes can be divided into 2 clades — A and B. Clade A has five genotypes, and clade B has one. These clades separated about 700 years ago. This separation appears to have occurred in the Kurgan province. Clade A subsequently underwent division into clade C, D and E 230 years ago. Clade C and E appear to have originated in the Novosibirsk and Omsk Provinces, respectively. The muskrat Ondatra zibethicus, which is highly susceptible to this virus, was introduced into this area in the 1930s.