Дефектные интерферирующие частицы: происхождение, свойства и роль в патогенезе вирусов.
Defective interfering particle
Дефектные интерферирующие частицы (DIPs): мутанты вирусов с потерянным геномом. Механизмы образования, роль в репликации и история открытия (вирусы гриппа).
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Дефектные интерференционные частицы (DIP), также известные как дефектные интерференционные вирусы, – это спонтанно возникающие вирусные мутанты, в которых критическая часть генома частицы утрачена вследствие дефектной репликации или нехомологичной рекомбинации. Механизм их образования, как предполагается, связан с переключением матрицы во время репликации вирусного генома, хотя были предложены и нерепликативные механизмы, включающие прямое лигирование фрагментов геномной РНК. DIP происходят от и ассоциированы со своим родительским вирусом, и частицы классифицируются как DIP, если они становятся неинфекционными из-за потери или серьезного повреждения как минимум одного существенного гена вируса в результате дефекта. Обычно DIP все еще способны проникать в клетки-хозяева, но для совместного заражения клетки с ними требуется другая, полностью функциональная вирусная частица (вирус-"помощник"), чтобы компенсировать утраченные факторы. Впервые DIP были обнаружены еще в 1950-х годах фон Магнусом и Шлезингером, работавшими с вирусами гриппа. Однако прямые доказательства существования DIP были получены только в 1960-х годах Хакетом, который заметил наличие "укороченных" частиц вируса везикулярного стоматита на электронных микрофотографиях, а терминология DIP была окончательно сформулирована в 1970 году Хуаном и Балтимором.
Defective interfering particles (DIPs), also known as defective interfering viruses, are spontaneously generated virus mutants in which a critical portion of the particle's genome has been lost due to defective replication or non homologous recombination. The mechanism of their formation is presumed to be as a result of template switching during replication of the viral genome, although non replicative mechanisms involving direct ligation of genomic RNA fragments have also been proposed. DIPs are derived from and associated with their parent virus, and particles are classed as DIPs if they are rendered non infectious due to at least one essential gene of the virus being lost or severely damaged as a result of the defection. A DIP can usually still penetrate host cells, but requires another fully functional virus particle (the 'helper' virus) to co infect a cell with it, in order to provide the lost factors. DIPs were first observed as early as the 1950s by Von Magnus and Schlesinger, both working with influenza viruses. However, direct evidence for DIPs was only found in the 1960s by Hackett who noticed presence of ‘stumpy’ particles of vesicular stomatitis virus in electron micrographs and the formalization of DIPs terminology was in 1970 by Huang and Baltimore.
Отступничество
DIP – это естественное явление, которое можно воспроизвести в экспериментальных условиях в лаборатории, а также синтезировать для использования в экспериментах. Они спонтанно образуются в результате подверженной ошибкам вирусной репликации, что особенно часто встречается у РНК-вирусов по сравнению с ДНК-вирусами из-за используемого фермента (репликаза, или РНК-зависимая РНК-полимераза). Геномы DIP обычно сохраняют концевые последовательности, необходимые для распознавания вирусными полимеразами, и последовательности для упаковки их генома в новые вирусные частицы, но мало что другое. Размер делеции в геноме может значительно варьироваться: например, в DIP, происходящем от вируса бешенства, наблюдается делеция размером 6,1 кб. В другом примере размер геномов нескольких DI ДНК-вирусов растений варьировал от одной десятой до половины размера исходного генома.
DIPs are a naturally occurring phenomenon that can be recreated under experimental conditions in the lab and can also be synthesized for experimental use. They are spontaneously produced by error prone viral replication, something particularly prevalent in RNA viruses over DNA viruses due to the enzyme used (replicase, or RNA dependent RNA polymerase.) DI genomes typically retain the termini sequences needed for recognition by viral polymerases, and sequences for packaging of their genome into new particles, but little else. The size of the genomic deletion event can vary greatly, with one such example in a DIP derived from rabies virus exhibiting a 6.1 kb deletion. In another example, the size of several DI DNA plant virus genomes varied from one tenth of the size of the original genome to one half.
Патогенез
Было показано, что DIP играют роль в патогенезе определенных вирусов. Одно исследование демонстрирует взаимосвязь между патогеном и его дефектным вариантом, показывая, как регуляция продукции DIP позволила вирусу ослабить собственное инфекционное размножение, снизив вирусную нагрузку и тем самым повысив свою паразитическую эффективность, предотвратив слишком быструю гибель хозяина. Это также дает вирусу больше времени для распространения и заражения новых хозяев. Генерация DIP регулируется внутри вирусов: цис-действующий репликационный элемент SL III коронавируса (изображен на рисунке) представляет собой геномную структуру высшего порядка, участвующую в опосредовании продукции DIP у коронавируса крупного рогатого скота, с очевидными гомологами, обнаруженными в других группах коронавирусов.
DIPs have been shown to play a role in pathogenesis of certain viruses. One study demonstrates the relationship between a pathogen and its defective variant, showing how regulation of DI production allowed the virus to attenuate its own infectious replication, decreasing viral load and thus enhance its parasitic efficiency by preventing the host from dying too fast. This also provides the virus with more time to spread and infect new hosts. DIP generation is regulated within viruses: the Coronavirus SL III cis acting replication element (shown in the image) is a higher order genomic structure implicated in the mediation of DIP production in bovine coronavirus, with apparent homologs detected in other coronavirus groups.
Типы дефектных геномов РНК
Удаления – это пропуск фрагмента шаблона. Примеры такого типа дефектов можно найти в вирусе томатного пятнистого увядания и вирусе Flock House. Дефекты типа "панхендель" возникают, когда полимераза несёт частично синтезированную цепь, а затем переключается обратно для транскрипции 5'-конца, формируя структуру "панхендель". Дефекты "панхендель" обнаружены в вирусах гриппа. Комбинированные дефекты – это одновременное возникновение удаления и дефекта "snapback". Мозаичный или сложный геном DI, в котором различные регионы могут происходить из одного и того же генома вируса-помощника, но в неправильном порядке; из разных сегментов генома вируса-помощника или могут включать сегменты РНК хозяина. Также могут возникать дупликации. До недавнего времени это была чисто теоретическая концепция. Статья 2014 года описывает доклинические исследования по оценке иммуностимулирующей эффективности DIP против вирусов гриппа путем индукции врожденного противовирусного иммунного ответа (т.е. интерферона). Последующие исследования проверили доклиническую эффективность TIP против ВИЧ и SARS-CoV-2. DI-детектор был разработан для обнаружения дефектных вирусных геномов в данных секвенирования нового поколения, а высокопроизводительные методы, такие как секвенирование библиотеки случайных делеций (RanDeL Seq), позволяют рационально картировать вирусные генетические элементы, необходимые для распространения частиц DI.
Deletions defections are when a fragment of the template is skipped. Examples of this type of defection can be found in tomato spotted wilt virus and Flock House virus. Panhandle defections are when the polymerase carries a partially made strand and then switches back to transcribe the 5' end, forming the panhandle shape. Panhandle defections are found in influenza viruses. Compound defections are when both a deletion and snapback defection happens together. Mosaic or complex DI genome, in which the various regions may come from the same helper virus genome but in the wrong order; from different helper genome segments, or could include segments of host RNA. Duplications may also occur. a purely theoretical concept until recently. A 2014 article describes the pre clinical work to test the immunostimulatory effectiveness of a DIP against influenza viruses by inducing the innate antiviral immune responses (i. e., interferon). Subsequent work tested the pre clinical efficacy of TIPs against HIV and SARS CoV 2. and DI tector have been developed to help to detect defective viral genomes in next generation sequencing data and high throughput approaches, such as random deletion library sequencing (RanDeL Seq), allow rational mapping of the viral genetic elements that are required for DI particle propagation.