Simian foamy virus

Введение

Вид вируса Вирус обезьянообразного пенообразования (SFV) является видом рода Spumavirus, который относится к семейству ретровирусов. Он был идентифицирован у широкого спектра приматов, включая просимиан, обезьян Нового и Старого Света, а также обезьян, и было показано, что каждый вид содержит уникальный (специфический для вида) штамм SFV, включая африканских зеленых обезьян, бабуинов, макаков и шимпанзе. Поскольку он связан с более известным ретровирусом - вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), его обнаружение у приматов привело к некоторым предположениям о том, что ВИЧ мог быть распространен на человеческий вид в Африке через контакт с кровью обезьян, обезьян и других приматов, скорее всего, через охоту на дикое мясо.

Описание

Хотя вирус обезьянообразного пенообразования является эндемическим у африканских обезьян и обезьян, в неволе наблюдается чрезвычайно высокий уровень заражения, составляющий от 70% до 100% у взрослых животных. Его способность пересечь границу с людьми была доказана в 2004 году совместной командой Соединенных Штатов и Камеруна, которая обнаружила ретровирус у горилл, мандрил и генонов; неожиданно они также обнаружили его у 10 из 1100 местных жителей Камеруна. Большинство зараженных - это самцы, которых укусил примат. Хотя это составляет всего 1% населения, эта деталь тревожит некоторых, которые опасаются вспышки еще одной зоонозной эпидемии. SFV заставляет клетки сливаться друг с другом, образуя синцитию, при этом клетка становится многоядерной и образуется много вакуолов, что придает ей "пенный" вид.

Геном

Как ретровирус, геномный материал представляет собой монопартитную, линейную, одноцепочечную РНК с положительным смыслом, которая образует двойной цепочечный промежуточный ДНК с использованием фермента обратной транскриптазы. РНК-цепочка длиной около 12 кб, с 5' шапкой и 3' поли-А хвостом. Первая полная аннотация генома провируса SFV, выделенного из макака (Macaca fascicularis), была проведена в декабре 2016 года, где была обнаружена две регуляторные последовательности, tas и bet, в дополнение к структурным последовательностям gag, pol и env. Существуют два длинных терминальных повторения (LTR) длиной около 600 нуклеотидов на 5'- и 3'-концах, которые функционируют как промоторы, с дополнительным внутренним промотором (IP), расположенным вблизи 3'-конца env. В LTR содержатся области U3, R и U5, характерные для ретровирусов. Также есть место связывания праймера (PBS) на 5' конце и полипуриновый тракт (PPT) на 3' конце. В то время как гена gag, pol и env сохраняются во всех ретровирусах, ген tas уникален и встречается только в Spumaviridae. Он кодирует за транс-активаторный белок, необходимый для транскрипции как от LTR-промотора, так и от IP. Синтезированный белок Tas, который первоначально был известен как Bel 1, представляет собой 36 кДа фосфопротеин, который содержит домен активации кислотной транскрипции на его конце C и центрально расположенный домен связывания ДНК.

Вход в камеру

Вирус прикрепляется к рецепторам хозяина через гликопротеин SU, а гликопротеин TM посредничает в слиянии с клеточной мембраной. Входной рецептор, который вызывает вирусный вход, не был идентифицирован, но отсутствие гепаранового сульфата в одном исследовании привело к снижению инфекции, признав его фактором прикрепления, который помогает опосредовать вход вирусных частиц. После того, как вирус вошел внутрь клетки, ретровирусное ядро претерпевает структурные трансформации благодаря активности вирусных протеаз. Исследования показали, что существует три внутренних участка расщепления, зависящих от протеазы, которые имеют решающее значение для инфекции вируса. Одна мутация внутри гена гага вызвала структурное изменение на первом месте расщепления, предотвратив последующее расщепление на двух других участках вирусной PR, что отражает его выдающуюся роль. После разборки генетический материал и ферменты остаются в цитоплазме, чтобы продолжить вирусную репликацию. В то время как большинство ретровирусов вкладывают ssRNA ((+) в клетку, SFV и другие родственные виды отличаются тем, что до 20% высвобождаемых вирусных частиц уже содержат геномы dsDNA. Это связано с уникальной особенностью спамавирусов, при которой начало обратной транскрипции геномной РНК происходит до высвобождения, а не после входа в новую клетку-хозяина, как в других ретровирусах. Наличие этого белка имеет решающее значение, так как при отсутствии Tas транскрипция, опосредованная LTR, не может быть обнаружена. В пенообразных вирусах используются множественные промоторы. IP требуется для вирусной инфективности в тканевой культуре, поскольку этот промотор имеет более высокий базовый уровень транскрипции, чем промотор LTR, и его использование приводит к транскрипциям, кодирующим Tas и Bet. Как только уровни Tas накапливаются, он начинает использовать промотор LTR, который связывает Tas с более низким аффинностью, чем IP, и приводит к накоплению транскриптов gag, pol и env. Анализ гликопротеинов на оболочке вирусных частиц показывает, что они локализованы в эндоплазматическом сетчатке (ЭР) и что, как только они появляются из органелл, процесс созревания завершен и могут заразить дополнительные клетки. Дипептид из двух лизинных остатков (дилизин) был идентифицированным мотивом, который определил, что является специфической молекулой, которая опосредовывает сигнал, локализуя вирусные частицы в ER.

The virus attaches to host receptors through the SU glycoprotein, and the TM glycoprotein mediates fusion with the cell membrane. The entry receptor that triggers viral entry has not been identified, but the absence of heparan sulfate in one study resulted in a decrease of infection, acknowledging it as an attachment factor that assists in mediating the entry of the viral particle. Once the virus has entered the interior of the cell, the retroviral core undergoes structural transformations through the activity of viral proteases. Studies have revealed that there are three internal protease dependent cleavage sites that are critical for the virus to be infectious. One mutation within the gag gene had caused a structural change to the first cleavage site, preventing subsequent cleavage at the two other sites by the viral PR, reflecting its prominent role. Once disassembled, the genetic material and enzymes are free within the cytoplasm to continue with the viral replication. Whereas most retroviruses deposit ssRNA(+) into the cell, SFV and other related species are different in that up to 20% of released viral particles already contains dsDNA genomes. This is due to a unique feature of spumaviruses in which the onset of reverse transcription of genomic RNA occurs before release rather than after entry of the new host cell like in other retroviruses. The presence of this protein is crucial, as in the absence of Tas, LTR mediated transcription cannot be detected. Foamy viruses utilize multiple promoters. The IP is required for viral infectivity in tissue culture, as this promoter has a higher basal transcription level than the LTR promoter, and its use leads to transcripts encoding Tas and Bet. Once levels of Tas accumulate, it begins to make use of the LTR promoter, which binds Tas with lower affinity than the IP and leads to accumulation of gag, pol, and env transcripts. Analysis of the glycoproteins on the envelope of the viral particle indicate that it is localized to the endoplasmic reticulum (ER), and that once it buds from the organelle, the maturation process is finalized and can leave to infect additional cells. A dipeptide of two lysine residues (dilysine) was the identified motif that determined to be the specific molecule that mediated the signal, localizing viral particles in the ER.

Модуляция и взаимодействие клетки-хозяина

Существует мало данных о том, как SFV взаимодействует с клеткой-хозяином по мере развития инфекции. Наиболее очевидным эффектом, который можно наблюдать, является образование синцитов, в результате чего образуются многоядерные клетки. Хотя детали того, как SFV может вызвать это изменение, неизвестны, связанный с ним ВИЧ вызывает аналогичные случаи среди Т-клеток CD4+. По мере того, как клетка транскрибирует интегрированный провирусный геном, на поверхности клетки вырабатываются и выделяются гликопротеины. Если на поверхности достаточное количество белков, а рядом с ними другие CD4+ Т-клетки, то гликопротеины присоединяются и в результате происходит слияние нескольких клеток. Пенообразование или вакуолизация - еще одно наблюдаемое изменение внутри клеток, но неизвестно, как SFV приводит к образованию многочисленных цитоплазматических вакуолов. Это еще одна характеристика ретровирусов, но нет никаких исследований или объяснений, почему это происходит.

Передача и патогенность

Считается, что передача SFV распространяется через слюну, поскольку большое количество вирусной РНК, свидетельствующей об экспрессии и репликации генов SFV, присутствует в клетках слизистой оболочки полости рта. О распространенности и способах передачи SFV среди популяций диких приматов известно немного. Первый случай выделения спамавируса у приматов был в 1955 году (Rustigan et al., 1955) из почек. Любопытно, что цитопатология SFV заключается в том, что в то время как он приводит к быстрой гибели клеток для клеток in vitro, он теряет свою высокоцитопатическую природу in vivo.

Тропизм

SFV может инфицировать широкий спектр клеток, и эксперименты in vitro подтвердили, что фибробласты, эпителиальные клетки и нервные клетки продемонстрировали обширную цитопатологию, характерную для инфекции пенообразным вирусом. Цитопатические эффекты в лимфоидных клетках B и макрофагах были уменьшены, где значения обратной транскриптазы были ниже по сравнению с фибробластами и эпителиальными клетками. Клетки, которые не выражали признаков цитопатии от SFV, были линией Т-клеток Jurkat и Hut 78.

Соспецификация SFV и приматов

Анализ филогенетического дерева SFV полимеразы и митохондриальной подединицы цитохром-оксидазы II (COII был показан как мощный маркер, используемый для филогенеза приматов) у африканских и азиатских обезьян и обезьян обеспечивает очень похожий порядок разветвления и разброса времени между двумя деревьями, поддерживая соспециацию. Также было обнаружено, что скорость замещения в гене SFV чрезвычайно медленная, т. е. SFV развивался с очень низкой скоростью (1,7 × 10−8 замещений на место в год). Эти результаты свидетельствуют о том, что SFV сосуществовал с приматами Старого Света около 30 миллионов лет, что делает их самыми старыми известными вирусами РНК позвоночных. Исследование последовательности SFV видов и подвидов в каждом кладе филогенетического дерева приматов показало соспецификацию SFV и приматов-хозяев. Была обнаружена сильная линейная связь между длинами ветвей для генов хозяина и SFV, что указывало на синхронную генетическую дивергенцию в обоих наборах данных. Поскольку долгосрочные последствия этих межвидовых инфекций неизвестны, важно определить, в какой степени дикие приматы заражены вирусами обезьянообразного пенообразования. В этом исследовании исследователи проверили этот вопрос на диких шимпанзе с помощью новых неинвазивных методов. Проанализировав более 700 образцов фекалий из 25 сообществ шимпанзе в Африке к югу от Сахары, исследователи получили вирусные последовательности из большой части этих сообществ, показывая диапазон показателей заражения от 44% до 100%. Основные вспышки болезней возникают в результате межвидовой передачи инфекционных агентов между приматами и людьми, поэтому важно узнать больше о том, как происходит эта межвидовая передача. Высокие показатели заражения шимпанзе SFV дают возможность отслеживать, где люди подвергаются воздействию этих вирусов. Определение мест может помочь определить, где происходит наибольшее количество взаимодействий человека и шимпанзе. Это может предсказать, какие другие патогены могут пересечь барьер видов в следующий раз.

The phylogenetic tree analysis of SFV polymerase and mitochondrial cytochrome oxidase subunit II (COII has been shown as a powerful marker used for primate phylogeny) from African and Asian monkeys and apes provides very similar branching order and divergence times among the two trees, supporting the cospeciation. Also, the substitution rate in the SFV gene was found to be extremely slow, i. e. the SFV has evolved at a very low rate (1.7×10−8 substitutions per site per year). These results suggest SFV has been cospeciated with Old World primates for about 30 million years, making them the oldest known vertebrate RNA viruses. The SFV sequence examination of species and subspecies within each clade of the phylogenetic tree of the primates indicated cospeciation of SFV and the primate hosts, as well. A strong linear relationship was found between the branch lengths for the host and SFV gene trees, which indicated synchronous genetic divergence in both data sets. Since the long term consequences of these cross species infections are not known, it is important to determine to what extent wild primates are infected with simian foamy viruses. In this study, researchers tested this question for wild chimpanzees by using novel noninvasive methods. Analyzing over 700 fecal samples from 25 chimpanzee communities across sub Saharan Africa, the researchers obtained viral sequences from a large proportion of these communities, showing a range of infection rates from 44% to 100%. Major disease outbreaks have originated from cross species transmission of infectious agents between primates and humans, making it important to learn more about how these cross species transfers occur. The high SFV infection rates of chimpanzees provide an opportunity to monitor where humans are exposed to these viruses. Identifying the locations may help determine where the highest rates of human–chimpanzee interactions occur. This may predict what other pathogens may jump the species barrier next.