Введение
Парвовирусы — это семейство животных вирусов, составляющих семейство Parvoviridae. Они имеют линейные геномы одноцепочечной ДНК (ssDNA), которые обычно содержат два гена, кодирующих белок-инициатор репликации, называемый NS1, и белок, из которого состоит вирусная капсида. Кодирующая часть генома фланкирована теломерами на каждом конце, которые формируют шпилечные петли, важные в процессе репликации. Вирионы парвовируса относительно малы по сравнению с большинством вирусов, их диаметр составляет 23–28 нанометров, и содержат геном, заключенный в икосаэдрическую капсиду с неровной поверхностью. Парвовирусы проникают в клетку-хозяина путем эндоцитоза, перемещаясь в ядро, где они ждут, пока клетка не войдет в стадию репликации. В этот момент геном высвобождается, и кодирующая часть реплицируется. Затем вирусная матричная РНК (мРНК) транскрибируется и транслируется, что приводит к инициации репликации NS1. Во время репликации шпильки многократно разворачиваются, реплицируются и вновь сворачиваются, изменяя направление репликации для продвижения вперед и назад вдоль генома в процессе, называемом репликацией с использованием разворачивающейся шпильки, который производит молекулу, содержащую многочисленные копии генома. Геномы потомства ssDNA вырезаются из этого конкатемера и упаковываются в капсиды. Зрелые вирионы покидают клетку путем экзоцитоза или лизиса. Считается, что парвовирусы произошли от вирусов с одноцепочечной ДНК, имеющих циркулярные геномы, образующие петлю, поскольку эти вирусы кодируют белок-инициатор репликации, связанный с NS1, и имеют аналогичный механизм репликации. Другая группа вирусов, называемая биднавирусами, предположительно произошла от парвовирусов. В семействе выделяют три подсемейства, 26 родов и 126 видов. Parvoviridae — единственное семейство в отряде Piccovirales, который, в свою очередь, является единственным отрядом в классе Quintoviricetes. Этот класс относится к типу Cossaviricota, который также включает папилломавирусы, полиомавирусы и биднавирусы. Разнообразные заболевания животных вызываются парвовирусами. В частности, парвовирус собак и парвовирус кошек вызывают тяжелые заболевания у собак и кошек соответственно. У свиней парвовирус свиней является основной причиной бесплодия. Человеческие парвовирусы обычно протекают менее тяжело; наиболее известны парвовирус B19, вызывающий различные заболевания, включая инфекционную эритему у детей, и человеческий бокавирус 1, являющийся частой причиной острых респираторных заболеваний, особенно у маленьких детей. В медицине рекомбинантные аденоассоциированные вирусы (AAV) стали важным вектором для доставки генов в ядро клетки во время генной терапии. Парвовирусы животных были впервые обнаружены в 1960-х годах, включая минорный вирус мышей, который часто используется для изучения репликации парвовируса. В этот период было обнаружено множество AAV, и исследования, проведенные с ними с течением времени, выявили их терапевтический потенциал. Первым патогенным человеческим парвовирусом, обнаруженным в 1974 году, был парвовирус B19, который в 1980-х годах был связан с различными заболеваниями. Парвовирусы впервые были классифицированы как род Parvovirus в 1971 году, но в 1975 году им был присвоен статус семейства. Они получили свое название от латинского слова parvum, означающего «маленький» или «крошечный», что отражает небольшой размер вирионов вируса.
Parvoviruses are a family of animal viruses that constitute the family Parvoviridae. They have linear, single stranded DNA (ssDNA) genomes that typically contain two genes encoding for a replication initiator protein, called NS1, and the protein the viral capsid is made of. The coding portion of the genome is flanked by telomeres at each end that form into hairpin loops that are important during replication. Parvovirus virions are small compared to most viruses, at 23–28 nanometers in diameter, and contain the genome enclosed in an icosahedral capsid that has a rugged surface. Parvoviruses enter a host cell by endocytosis, travelling to the nucleus where they wait until the cell enters its replication stage. At that point, the genome is uncoated and the coding portion is replicated. Viral messenger RNA (mRNA) is then transcribed and translated, resulting in NS1 initiating replication. During replication, the hairpins repeatedly unfold, are replicated, and refold to change the direction of replication to progress back and forth along the genome in a process called rolling hairpin replication that produces a molecule containing numerous copies of the genome. Progeny ssDNA genomes are excised from this concatemer and packaged into capsids. Mature virions leave the cell by exocytosis or lysis. Parvoviruses are believed to be descended from ssDNA viruses that have circular genomes that form a loop because these viruses encode a replication initiator protein that is related to NS1 and have a similar replication mechanism. Another group of viruses called bidnaviruses appear to be descended from parvoviruses. Within the family, three subfamilies, 26 genera, and 126 species are recognized. Parvoviridae is the sole family in the order Piccovirales, which is the sole order in the class Quintoviricetes. This class is assigned to the phylum Cossaviricota, which also includes papillomaviruses, polyomaviruses, and bidnaviruses. A variety of diseases in animals are caused by parvoviruses. Notably, the canine parvovirus and feline parvovirus cause severe disease in dogs and cats, respectively. In pigs, the porcine parvovirus is a major cause of infertility. Human parvoviruses are less severe, the two most notable being parvovirus B19, which causes a variety of illnesses including fifth disease in children, and human bocavirus 1, which is a common cause of acute respiratory tract illness, especially in young children. In medicine, recombinant adeno associated viruses (AAV) have become an important vector for delivering genes to the cell nucleus during gene therapy. Animal parvoviruses were first discovered in the 1960s, including minute virus of mice, which is frequently used to study parvovirus replication. Many AAVs were also discovered during this time period and research on them over time has revealed their benefit as a form of medicine. The first pathogenic human parvovirus to be discovered was parvovirus B19 in 1974, which became associated with various diseases throughout the 1980s. Parvoviruses were first classified as the genus Parvovirus in 1971 but were elevated to family status in 1975. They take their name from the Latin word parvum, meaning 'small' or 'tiny', referring to the small size of the virus's virions.
Геном
Парвовирусы имеют линейные, одноцепочечные геномы ДНК (ssDNA) длиной около 4–6 килобаз (кб). Геном парвовируса обычно содержит два гена, называемые геном NS/rep и геном VP/cap. Ген NS кодирует неструктурный белок NS1, который является белком-инициатором репликации, а ген VP кодирует вирусный белок (VP), из которого состоит вирусная капсида. NS1 содержит домен эндонуклеазы суперсемейства HUH вблизи N-конца, обладающий как специфической связывающей, так и специфической никирующей активностью, и домен геликазы суперсемейства 3 (SF3) вблизи C-конца. Большинство парвовирусов содержат домен транскрипционной активации вблизи C-конца, который повышает уровень транскрипции с вирусных промоторов, а также альтернативные или перекрывающиеся открытые рамки считывания, кодирующие небольшое количество вспомогательных белков, участвующих в различных аспектах вирусного жизненного цикла. Кодирующая часть генома фланкирована на каждом конце терминальными последовательностями длиной около 116–550 нуклеотидов (nt), состоящими из неполных палиндромов, свернутых в структуры шпильковой петли. Эти шпильковые петли содержат большую часть цис-действующей информации, необходимой для репликации и упаковки ДНК, и действуют как шарниры во время репликации, изменяя направление репликации. При преобразовании генома в двухцепочечные формы формируются сайты инициации репликации, включающие последовательности внутри и рядом со шпильками.
Использование в медицине
Аденоассоциированные вирусы стали важным вектором для генной терапии, направленной на лечение генетических заболеваний, таких как заболевания, вызванные единичной мутацией. Рекомбинантный ААВ (rAAV) содержит вирусную капсиду, но лишен полного вирусного генома. Вместо этого, нуклеиновая кислота, обычно упаковываемая в капсиду, содержит промоторную область, ген интереса и терминаторную область, все заключенные в два инвертированных терминальных повтора, происходящих из вирусного генома. rAAV по сути является контейнером, способным проникать через клеточную мембрану и доставлять свой нуклеиновый груз в ядро.
История
Парвовирусы были обнаружены относительно поздно по сравнению с другими известными семействами вирусов, вероятно, из-за их малого размера. В конце 1950-х и 1960-х годов было обнаружено множество парвовирусов животных, включая вирус мышей «минутный», который впоследствии широко использовался для изучения репликации в виде «волосяной шпильки». В этот же период было обнаружено большое количество AAV, и исследования, проведенные с ними, привели к их первому применению в генной терапии в 1980-х годах. Со временем, благодаря усовершенствованиям в таких аспектах, как дизайн векторов, некоторые продукты генной терапии на основе AAV достигли клинической эффективности в 2008 году и были одобрены в последующие годы. B19 позднее был признан видом Международным комитетом по таксономии вирусов (ICTV) в 1985 году, и в течение 1980-х годов его все чаще связывали с различными заболеваниями. В 2019 году семейство было реорганизовано, отказавшись от «традиционного» разделения на вирусы позвоночных и беспозвоночных между подсемействами Densovirinae и Parvovirinae, и вместо этого подсемейства были разделены на основе филогенеза геликаз, что привело к созданию нового подсемейства Hamaparvovirinae. Название порядка Piccovirales происходит от итальянского слова «piccolo», означающего «маленький», и суффикса, используемого для названий порядков вирусов. Название класса Quintoviricetes происходит от галисийского слова «quinto», означающего «пятый», относящегося к пятой болезни (инфекционной эритеме), вызываемой парвовирусом B19, и суффикса «viricetes», используемого для названий классов вирусов.