Размножение ВИЧ в клетке

Структура вириона ВИЧ и вирусные белки. ВИЧ является типичным и наиболее хорошо изученным представителем семейства ретровирусов. Отличительной особенностью вирусов этого семейства является способность осуществлять реакцию синтеза двуцепочечной ДНК на матрице РНК (обратную транскрипцию).

ВИЧ образует сферические вирусные частицы (вирионы) с диаметром около 100 нм. Внутренняя часть (ну- клеокапсид) вириона включает белки - все три фермента, необходимые для репликации вируса, некоторые другие вирусные и клеточные белки, а также две молекулы геномной РНК.

Белки группы Gag (group specific antigens) формируют внутреннюю структуру вириона и включают три основных полипептида: капсид (СА), ответственный за пространственную укладку молекул всех прочих белков и формирование архитектуры вириона; матриксный белок (МА), тесно связанный с внутренней поверхностью липидного бислоя и стабилизирующий вирусную частицу; нуклео- капсидный белок(1МС), находящийся в тесной связи с вирусной РНК и обе-

спечивающий ее конденсацию внутри нуклеокапсида.

Ферменты, ответственные за различные этапы размножения ретровирусов, составляют вторую группу белков - Pol (от polymerase), включая протеазу (PR), обратную транскриптазу (RT) и интегразу (IN).

Основное содержимое (матрикс) вирусной частицы, окружающее ну- клеокапсид, в свою очередь, окружено липидной оболочкой, которую вири- он приобретает в момент отпочковы- вания от клетки и которая, по сути, представляет собой фрагмент клеточной мембраны, в составе вириона именующийся вирусной мембраной. Белковая составляющая оболочки вируса-третья группа ретровирусных белков Env (от envelope) включает два гликопротеина: поверхностный (SU, от surface, gp120) и трансмембранный (ТМ, др41), «пронизывающий» вирусную мембрану.

Поверхностный белокдр120 играет главную роль в связывании вирусной частицы с рецепторами клетки-мишени - CD4 и CCR5 (CXCR4). Участки белка (домены), ответственные за это связывание, отличаются высокой консервативностью (постоянством аминокислотной последовательности), чего нельзя сказать об остальных участках др120. Особенным непостоянством (вариабельностью) отличается так называемая петля V3, включающая пять вариабельных доменов.

Большинство неструктурных белков также присутствуют в составе вириона, однако обнаруживаются там в очень небольших количествах. Их функции реализуются на разных этапах размножения вируса, то есть внутри клетки, и подробно рассматриваются в других изданиях (см. список рекомендуемой литературы в конце главы).

Кратко, регуляторные белки Tat и Rev накапливаются в ядре и связываются сопределенными участками вирусной РНК: первый с трансактивиру- емым регуляторным элементом (TAR) в области длинных концевых повторов, второй - с Rev-чувствительным регуляторным элементом (RRE) в области гена env. Белок Tat активирует транскрипцию промоторной области LTR и необходим для репликации вируса. Белок Rev обеспечивает транспорт несплайсированных форм мРНК из ядра и переключение синтеза регуляторных белков на синтез структурных.

Белок Nef подавляет экспрессию молекул CD4 и МНС классов I и II на поверхности инфицированных клеток, позволяя вирусу ускользать от распознавания цитотоксическими Т-лим- фоцитами и CD4+ Т-хелперами. Белок Vpr играет важную роль в переносе провируса в ядро и вызывает задержку пролиферации клетки в периоде G2. Белок Vpu ВИЧ участвует в разрушении комплексов CD4-gp160 в эндоплазматической сети, позволяя тем самым др160 включаться в формирование новых вирионов. Белок Vif блокирует ингибиторную активность APOBEC3G - внутриклеточного фермента, дезаминирующего цитозин в составе мРНК или ДНК, что приводит к накоплению мутаций G/А и разрушению вирусной ДНК.

Организация генома. Каждая из цепей РНК включает около 10000 нуклеотидов, составляющих девять генов. К числу структурных генов относятся дад, кодирующий внутренние белки (около 2000 нуклеотидов), ро/, кодирующий три фермента ВИЧ, необходимые для его размножения (около 2900 нуклеотидов), и env, кодирующий оболочечные белки др120 и др41 (около 1800 нуклеотидов). Кроме них, в геноме ВИЧ присутству-

ют гены неструктурных белков tat, rev, vif, nef, vpr и vpu(y ВИЧ-2 - vpx).

На обоих концах молекулы РНК находятся повторяющие друг друга последовательности, не кодирующие никаких белков и известные под названием «длинных концевых повторов» (long terminal repeats, LTR). Эти последовательности играют роль промотора транскрипции ВИЧ, определяющего интенсивность размножения ВИЧ, а также важны на этапе интеграции (см. далее).

Стратегия генома и жизненный цикл ретровирусов. Стратегия репликации ретровирусов основана главным образом на заражении чувствительных клеток при контакте с инфекционными вирусными частицами и направлена на установление долгосрочной персистирующей инфекции, способной распространяться как вертикально (при делении клеток), так и горизонтально (от клетки к клетке). Особенностью ВИЧ является способность заражать не- делящиеся клетки, например, CD4+ Т-лимфоциты (вне фазы митоза) и макрофаги.

В составе вириона ВИЧ всегда находятся две одинаковые молекулы РНК, каждая из которых представляет собой «плюс-цепь», то есть потенциально способна непосредственно кодировать последовательность белков вируса. В действительности ви- рионная РНК никогда не принимает непосредственного участия в транскрипции, а вместо этого становится основой для формирования интегрированного в хромосому провируса, последовательность которого в последующем служит матрицей для синтеза мРНК.

Жизненный цикл (то есть период от заражения клетки-мишени до образования инфекционного вирусного по-

томства) ретровирусов можно разделить на следующие этапы:

  • присоединение вируса к рецепторам клетки и последующее слияние мембран;
  • «раздевание вируса»; вирусная РНК освобождается от белков капсида и нуклеокапсида;
  • обратная транскрипция вирусной РНК с участием фермента обратной транскриптазы; образуется двуцепочечная ДНК-копия вирусного генома;
  • • миграция (транслокация) ДНК

в ядро клетки; ДНК в составе пре- интеграционного комплекса проникает через ядерную мембрану;

  • интеграция ДНК в хромосомную ДНК клетки с участием фермента интегразы; интегрированная ДНК получает название провирусной ДНК;
  • транскрипция провирусной ДНК с участием клеточного фермента РНК-полимеразы; регулируется взаимодействием вирусного LTR с клеточными факторами трансактивации;
  • сплайсинг РНК и транспорт сплай- сированной и мРНК из ядра в цитоплазму;
  • синтез вирусных белков с участием клеточных ферментов; при этом белки группы Gag в ходе трансляции мРНК считываются в виде общего предшественника Gag - р55с последующим «нарезанием» при участии протеазы, а белок Env синтезируется в виде общего предшественника др160, затем клеточные протеазы «разрезают» его на два гликопротеина - др120 и др41;
  • транспорт вирусных белков к месту сборки, упаковка и сборка новых вирионов;
  • • отпочковывание и созревание вирусных частиц с участием вирусного фермента протеазы.

Подробно обо всех событиях, происходящих в клетке в ходе размножения ВИЧ, можно прочесть в других изданиях, а в этой книжке мы немного коснемся только тех моментов, которые так или иначе сделают более понятной проблему резистентности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >