Индианский везикуловирус: структура, жизненный цикл и применение в исследованиях.

Введение

Вид вируса

Везикуловирус Индианы, ранее известный как вирус везикулярного стоматита Индианы (VSIV или VSV) – это вирус из семейства Rhabdoviridae; хорошо известный лиссавирус бешенства принадлежит к тому же семейству. VSIV может заражать насекомых, крупный рогатый скот, лошадей и свиней. Он имеет особое значение для фермеров в определенных регионах мира, где он поражает крупный рогатый скот. Это обусловлено тем, что его клинические проявления идентичны очень важному вирусу ящура. Вирус является зоонозным и вызывает гриппоподобное заболевание у инфицированных людей. Он также широко используется в лабораториях для изучения свойств вирусов семейства Rhabdoviridae, а также для изучения эволюции вирусов.

Свойства

Индианский везикуловирус является прототипическим представителем рода Vesiculovirus семейства Rhabdoviridae. VSIV – это арбовирус, и его репликация происходит в цитоплазме. Естественные инфекции VSIV включают два этапа: цитолитические инфекции млекопитающих-хозяев и передачу посредством насекомых. У насекомых инфекции протекают как нецитолитические, но персистирующие. Одним из подтвержденных переносчиков вируса является песчаная муха рода Lutzomyia, вид Lutzomyia shannoni. Геном VSIV представлен одной молекулой РНК отрицательной полярности длиной 11 161 нуклеотид, кодирующей пять основных белков: G-белок (G), большой белок (L), фосфобелок (P), матричный белок (M) и нуклеопротеин (N).

G-белок VSIV, также известный как VSVG, обеспечивает проникновение вируса в клетку. Он опосредует прикрепление вируса к рецептору ЛПНП (LDLR) или члену семейства рецепторов ЛПНП, присутствующему на клетке-хозяине. После связывания комплекс VSIV-LDLR быстро эндоцитозируется, а затем обеспечивает слияние вирусной оболочки с эндосомной мембраной. VSIV проникает в клетку через частично обернутые клатрином везикулы; везикулы, содержащие вирус, содержат больше клатрина и клатриновых адаптеров, чем обычные везикулы. Везикулы, содержащие вирус, рекрутируют компоненты актинового цитоскелета для взаимодействия, тем самым индуцируя собственный захват. VSIV G не следует тем же путем, что и большинство везикул, поскольку транспорт G-белка из ЭР к плазматической мембране прерывается инкубацией при 15 °C. В этих условиях молекулы накапливаются как в ЭР, так и во внутриклеточной фракции везикул низкой плотности, называемой фракцией везикул, богатых липидами. Материал во фракции везикул, богатых липидами, представляет собой промежуточное соединение в процессе транспорта к плазматической мембране (ПМ). После инфекции ген VSIV G экспрессируется и обычно изучается в качестве модели N-гликозилирования в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). Он транслируется в шероховатый ЭР, где олигосахарид Glc3Man9GlcNAc2 добавляется долихол-содержащим белком к мотиву NXS на VSIV G. Сахара постепенно удаляются по мере продвижения белка к аппарату Гольджи, и он становится устойчивым к эндогликозидазе H. При синтезе в поляризованных эпителиальных клетках оболочечный гликопротеин VSV G направляется к базалатеральной ПМ. VSVG также является распространенным белком оболочки для систем экспрессии лентивирусных векторов, используемых для введения генетического материала в системы in vitro или животные модели, главным образом из-за его чрезвычайно широкого тропизма. Белок VSIV L кодируется половиной генома и объединяется с фосфопротеином для катализа репликации мРНК. Белок VSIV M кодируется мРНК длиной 831 нуклеотид и транслируется в белок, состоящий из 229 аминокислот. Предполагаемая последовательность белка M не содержит длинных гидрофобных или неполярных доменов, которые могли бы способствовать ассоциации с мембраной. Белок богат основными аминокислотами и содержит высокоосновной аминотерминальный домен. Белок VSV N необходим для инициирования синтеза генома.

The VSIV G protein, aka VSVG, enables viral entry. It mediates viral attachment to an LDL receptor (LDLR) or an LDLR family member present on the host cell. Following binding, the VSIV LDLR complex is rapidly endocytosed. It then mediates fusion of the viral envelope with the endosomal membrane. VSIV enters the cell through partially clathrin coated vesicles; virus containing vesicles contain more clathrin and clathrin adaptor than conventional vesicles. Virus containing vesicles recruit components of the actin machinery for their interaction, thus inducing its own uptake. VSIV G does not follow the same path as most vesicles because transport of the G protein from the ER to the plasma membrane is interrupted by incubation at 15 °C. Under this condition, the molecules accumulate in both the ER and a subcellular vesicle fraction of low density called the lipid rich vesicle fraction. The material in the lipid rich vesicle fraction appears to be a post ER intermediate in the transport process to the plasma membrane (PM). After infection, the VSIV G gene is expressed and is commonly studied as a model for N linked glycosylation in the endoplasmic reticulum (ER). It is translated into the rough ER where the Glc3 Man9 GlcNac2 oligosaccharide is added by a dolichol containing protein, to an NXS motif on VSIV G. Sugars are removed gradually as the protein travels to the Golgi apparatus, and it becomes resistant to endoglycosidase H. When synthesized in polarized epithelial cells, the envelope glycoprotein VSV G is targeted to the basolateral PM. VSVG is also a common coat protein for lentiviral vector expression systems used to introduce genetic material into in vitro systems or animal models, mainly because of its extremely broad tropism. The VSIV L protein is encoded by half the genome, and combines with the phosphoprotein to catalyze replication of the mRNA. The VSIV M protein is encoded by an mRNA that is 831 nucleotides long and translates to a 229 amino acid protein. The predicted M protein sequence does not contain any long hydrophobic or nonpolar domains that might promote membrane association. The protein is rich in basic amino acids and contains a highly basic amino terminal domain. The VSV N protein is required to initiate genome synthesis.

Клинические признаки и диагноз

Основным признаком заболевания у животных является поражение слизистой оболочки полости рта, проявляющееся в виде везикул и язв не только во рту, но и на вымени, а также вокруг коронарной полосы. У животных могут наблюдаться системные признаки, такие как анорексия, вялость и пирексия (лихорадка). Обычно болезнь разрешается в течение двух недель, и животные полностью выздоравливают. Серологическая диагностика чаще всего проводится с помощью ELISA или реакции фиксации комплемента, а также возможна попытка выделения вируса. Недавно было установлено, что аттенуированный VSIV с мутацией в M-белке обладает онколитическими свойствами. Исследования продолжаются и показали, что VSIV способен уменьшать размер и распространение опухолей при меланоме, раке легких, раке толстой кишки и некоторых опухолях головного мозга в лабораторных моделях рака.

Анти- ВИЧ терапия

VSIV был модифицирован для атаки на Т-клетки, инфицированные ВИЧ. Модифицированный вирус был назван "троянским конем". Пресс-релиз NIH Вирус "троянский конь" контролирует ВИЧ-инфекцию 09.04.1997

Вакцина против Эболы

Рекомбинантный VSIV прошел испытания фазы 1 в качестве вакцины против вируса Эбола. Рекомбинантный VSIV, экспрессирующий гликопротеин вируса Эбола, прошел испытания фазы III в Африке в качестве вакцины против болезни, вызываемой вирусом Эбола. Вакцина продемонстрировала эффективность от 76 до 100% в предотвращении болезни, вызываемой вирусом Эбола. (см. также вакцина rVSV ZEBOV) В декабре 2019 года вакцина rVSV ZEBOV компании Merck & Co. под названием Ervebo была одобрена Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов для применения у лиц старше 18 лет.

Другие виды использования

Также была создана репликационно-компетентная rVSV, экспрессирующая белки вируса лихорадки Ласса и вируса Марбурга.

Другие применения

Белок VSIV G широко используется в биомедицинских исследованиях для псевдотипирования ретровирусных и лентивирусных векторов, обеспечивая возможность трансдукции широкого спектра типов клеток млекопитающих генами, представляющими интерес. Белок VSIV G также применялся в цитологических исследованиях транспорта в эндомембранной системе. Иммуноэлектронная микроскопия показывает, что белок VSIV G перемещается из цис- в транс-аппарат Гольджи без транспортировки между ними в везикулах, что подтверждает модель цистернального созревания аппарата Гольджи. VSV часто используется для проведения количественных и вычислительных исследований репликации и транскрипции вирусного генома. Такие исследования помогают лучше понять поведение вируса в присутствии и отсутствии врожденного иммунного ответа. В 2020 году была разработана потенциальная вакцина против COVID-19, заболевания, вызываемого SARS-CoV-2, на основе модифицированного VSV. Модификация заключалась в замене генов поверхностных белков VSV на гены S-белков SARS-CoV-2.