Введение
Семейство вирусов Polyomaviridae – это семейство вирусов, основными естественными хозяевами которых являются млекопитающие и птицы. По состоянию на 2024 год выделяют восемь признанных родов. Известно, что 14 видов способны инфицировать человека, в то время как другие, например Simian Virus 40, обнаруживаются у людей реже. Вирус BK ассоциирован с нефропатией у пациентов после трансплантации почек и других твёрдых органов, вирус JC – с прогрессирующей мультифокальной лейкоэнцефалопатией, а вирус клеток Меркеля – с раком клеток Меркеля.
Polyomaviridae is a family of viruses whose natural hosts are primarily mammals and birds. As of 2024, there are eight recognized genera. 14 species are known to infect humans, while others, such as Simian Virus 40, have been identified in humans to a lesser extent. BK virus is associated with nephropathy in renal transplant and non renal solid organ transplant patients, JC virus with progressive multifocal leukoencephalopathy, and Merkel cell virus with Merkel cell cancer.
Структура и геном
Полиомавирусы – это вирусы ДНК с двойной цепью, не имеющие оболочки, с циркулярными геномами размером около 5000 пар оснований. Геном упакован в вирусную капсиду диаметром примерно 40–50 нанометров, имеющую икосаэдрическую форму (симметрия T=7). Капсид состоит из 72 пентамерных капсомеров белка VP1, способного к самосборке в замкнутый икосаэдр; каждый пентамер VP1 связан с одной молекулой одного из двух других белков капсида – VP2 или VP3. Геном типичного полиомавируса кодирует от 5 до 9 белков, разделенных на две транскрипционные области, называемые ранней и поздней, в зависимости от времени их транскрипции во время инфекции. Каждая область транскрибируется РНК-полимеразой II клетки-хозяина в виде одной пре-мРНК, содержащей несколько генов. Ранняя область обычно кодирует два белка – малый и большой Т-антигены, образующиеся в результате альтернативного сплайсинга. Поздняя область содержит три структурных белка капсида – VP1, VP2 и VP3, которые образуются за счет альтернативных сайтов инициации трансляции. Некоторые вирусы содержат дополнительные гены и другие вариации: например, полиомавирусы грызунов имеют третий белок – средний Т-антиген – в ранней области, который обладает высокой эффективностью в индуцировании клеточной трансформации; SV40 содержит дополнительный белок капсида VP4; в некоторых случаях присутствует дополнительный регуляторный белок, называемый агнопротеином, экспрессируемый из поздней области. Геном также содержит некодирующую контрольную или регуляторную область, включающую промоторы ранней и поздней областей, сайты начала транскрипции и начало репликации.
Репликация и жизненный цикл
[[File:Mpyv vp1 gt1a 5cpw. png|thumb|left|Муринный полиомавирус VP1 в комплексе с гликаном GT1a. GT1a показан желтым цветом, а мономер VP1 – белой поверхностью и синим белковым каркасом. Сложная сеть водородных связей, многие из которых опосредованы водой, показана на поверхности связывания оранжевыми линиями, а участвующие остатки белка – в виде палочек. Мутации двух остатков, показанных голубым цветом в нижней части рисунка, могут значительно повлиять на патогенность. В некоторых вирусах происходят дополнительные взаимодействия с поверхностью клеток; например, считается, что вирусу JC необходимо взаимодействие с рецептором 5HT2A, а вирусу клеток Меркеля – с гепарансульфатом. Однако, в целом, вирус-клеточные взаимодействия опосредуются часто встречающимися молекулами на поверхности клеток и, следовательно, вряд ли являются основным фактором, определяющим наблюдаемый тропизм отдельных вирусов к определенным типам клеток. где структура вирусного капсида, вероятно, нарушается под действием ферментов дисульфид-изомеразы клетки-хозяина. Детали транспорта в ядро неясны и могут варьироваться у разных полиомавирусов. Часто сообщается, что неповрежденная, хотя и деформированная, вирусная частица высвобождается из эндоплазматической сети в цитоплазму клетки, где геном высвобождается из капсида, возможно, из-за низкой концентрации кальция в цитоплазме. LT индуцирует репликацию ДНК из некодирующей контрольной области (NCCR) вирусного генома, после чего экспрессия ранней мРНК снижается и начинается экспрессия поздней мРНК, кодирующей белки вирусного капсида. Описано несколько механизмов, регулирующих переход от ранней к поздней экспрессии генов, включая участие белка LT в подавлении раннего промотора. Это достигается двойным воздействием: подавлением генов-супрессоров опухолей p53 и членов семейства ретинобластомы (pRB), а также стимуляцией путей роста клеток путем связывания с клеточной ДНК, АТФ-геликазой, ассоциацией с ДНК-полимеразой α и связыванием с факторами преинициации транскрипции. Эта аномальная стимуляция клеточного цикла является мощным фактором онкогенной трансформации. Малый Т-антиген опухоли также способен активировать несколько клеточных путей, стимулирующих пролиферацию клеток. Малые T-антигены полиомавируса обычно нацелены на протеинфосфатазу 2A (PP2A) – ключевой мультисубъединичный регулятор множества путей, включая Akt, митоген-активированный протеинкиназный (MAPK) путь и стресс-активированный протеинкиназный (SAPK) путь. Малый Т-антиген полиомавируса клеток Меркеля кодирует уникальный домен, называемый доменом стабилизации LT (LSD), который связывается и ингибирует E3-лигазу FBXW7, регулирующую как клеточные, так и вирусные онкопротеины. В отличие от SV40, малый T-антиген MCV непосредственно трансформирует клетки грызунов in vitro. Средний Т-антиген используется в модельных организмах, разработанных для изучения рака, таких как система MMTV PyMT, где средний T соединен с промотором MMTV. Там он функционирует как онкоген, а ткань, в которой развивается опухоль, определяется промотором MMTV.
Капсидные белки
Капсид полиомавируса состоит из одного основного компонента – основного белка капсида VP1 – и одного или двух минорных компонентов – минорных белков капсида VP2 и VP3. Пентамеры VP1 формируют замкнутую икосаэдрическую вирусную капсиду, а внутри капсиды каждый пентамер ассоциирован с одной молекулой либо VP2, либо VP3. Некоторые полиомавирусы, такие как полиомавирус клеток Меркеля, не кодируют или не экспрессируют VP3.
Полиомавирусы человека
Большинство полиомавирусов не инфицируют людей. Из полиомавирусов, каталогизированных на 2017 год, известно в общей сложности 14, имеющих людей в качестве хозяев. Полиомавирус Лионского МАРК (IARC) родственно связан с полиомавирусом енотов.
Клиническая значимость
Все полиомавирусы – чрезвычайно распространенные инфекции, встречающиеся в детском и юношеском возрасте. Большинство этих инфекций протекают бессимптомно или с незначительными симптомами. Вероятно, эти вирусы сохраняются в организме на протяжении всей жизни почти у всех взрослых. Заболевания, вызванные инфекциями полиомавирусов человека, наиболее часто встречаются у людей с ослабленным иммунитетом; к ним относятся нефропатия, связанная с вирусом BK, у пациентов после трансплантации почек и трансплантации других твердых органов. Хотя вирус обнаруживался в некоторых злокачественных новообразованиях человека, включая опухоли головного мозга, костные опухоли, мезотелиомы и неходжкинские лимфомы, точная диагностика часто затруднена из-за высокой степени перекрестной реактивности SV40 с широко распространенными полиомавирусами человека.
Диагноз
Диагноз полиомавируса почти всегда ставится после первичной инфекции, поскольку она либо протекает бессимптомно, либо субклинически. Анализы на антитела обычно используются для выявления антител к отдельным вирусам. Для дифференциации высокородственных полиомавирусов часто требуются конкурентные анализы. В случаях прогрессирующей мультифокальной лейкоэнцефалопатии (ПМЛ) для окрашивания тканей непосредственно на наличие Т-антигена вируса JC используется перекрестно-реагирующее антитело к Т-антигену SV40 (обычно Pab419). ПЦР может быть применена к биопсии ткани или спинномозговой жидкости для амплификации ДНК полиомавируса. Это позволяет не только обнаружить полиомавирус, но и определить его подтип. Существует три основных диагностических метода, используемых для диагностики реактивации полиомавируса при полиомавирусной нефропатии (ПВН): цитология мочи, количественное определение вирусной нагрузки как в моче, так и в крови, и биопсия почки. Поскольку моча инфицированного человека содержит вирионы и/или вирусную ДНК, количественное определение вирусной нагрузки можно проводить с помощью ПЦР. Это справедливо и для крови. Биопсия почки также может быть использована, если два вышеописанных метода не дают однозначных результатов или если требуется определение вирусной нагрузки в ткани почки. Подобно цитологии мочи, клетки почки исследуются под световым микроскопом на предмет включений полиомавируса в ядро, а также на предмет лизиса клеток и вирусных частиц во внеклеточной жидкости. Вирусная нагрузка, как и ранее, также измеряется с помощью ПЦР. Окраска тканей моноклональными антителами к Т-антигену MCV полезна для дифференциальной диагностики карциномы клеток Меркеля от других мелкоклеточных опухолей. Разработаны анализы крови для выявления антител к MCV, которые показали, что инфекция вирусом широко распространена, хотя у пациентов с карциномой клеток Меркеля наблюдается значительно более высокий уровень антител, чем у бессимптомных носителей.
Использование в отслеживании миграции людей
Вирус JC представляет собой перспективный генетический маркер для изучения эволюции и миграции человека. Он присутствует у 70–90% людей и обычно передается по наследству от родителей к детям. Однако, этот метод, по всей видимости, не позволяет надежно проследить недавнее африканское происхождение современного человека.
История
Муринный полиомавирус был первым открытым полиомавирусом, впервые описанным Людвиком Гроссом в 1953 году как экстракт мышиной лейкемии, способный вызывать опухоли слюнных желез. Сарой Стюарт и Бернис Эдди вирус был идентифицирован как возбудитель, и некоторое время он назывался "SE полиома" в их честь. Термин "полиома" отражает способность этих вирусов вызывать множественные (поли) опухоли (ома) при определенных условиях. Название критиковалось как "лингвистический сэндвич без начинки" ("без начинки", поскольку оба морфемы в слове "полиома" являются аффиксами), поскольку оно мало что говорит о биологии вирусов; на самом деле, дальнейшие исследования показали, что большинство полиомавирусов редко вызывают клинически значимые заболевания у своих естественных хозяев. По состоянию на 2017 год были идентифицированы и секвенированы десятки полиомавирусов, заражающих преимущественно птиц и млекопитающих. Два полиомавируса известны как инфекционные для рыб – черного морского окуня и дорады. Всего известно о четырнадцати полиомавирусах, способных заражать человека.