ВИЧ: введение
Вирусы иммунодефицита человека ВИЧ-1 и ВИЧ-2 - ретровирусы , относящиеся к подсемейству Lentivirinae ; это единственные патогенные для человека представители данного подсемейства. Говоря о медленном течении лентивирусных (lente - медленно) инфекций, их обычно сравнивают с острыми вирусными инфекциями (например, с гриппом ), но не с инфекциями, вызываемыми другими ретровирусами . В то же время клиническая картина острой лихорадочной фазы ВИЧ-инфекции напоминает проявления многих классических острых инфекций.
Более подробно ВИЧ-инфекция обсуждается в разделе " ВИЧ-инфекция ". В данной главе коротко рассмотрены особенности ВИЧ, отличающие его от других ретровирусов человека.
СПИД вызывается ретровирусами ( Вирусами Иммунодефицита Человека , ВИЧ ), которые избирательно поражают T-хелперы ( рис. 11.14а , 11.14б ).
Заболевание передается с кровью или семенной жидкостью, содержащими ВИЧ. Первоначально вирус называли вирус LAV и вирус HTLV-III . Название вируса HTLV-III обусловлено тем, что он напоминает онкогенный вирус HTLV-I , тесно связанный с возникновением T-клеточных лейкозов . ВИЧ относится к группе лентивирусов , приводящих к гибели зараженных клеток. В эту же группу входит обезьяний вирус STLV, из которого по мнению ряда исследователей, и произошел вирус СПИДа; вирус висны , поражающий центральную нервную систему и легкие у овец, вирус инфекционной анемии лошадей и вирус артрита у коз . Все это РНК-содержащие ретровирусы, у которых на РНК, как на матрице, с помощью обратной транскриптазы синтезируется ДНК, которая затем встраивается в геном клетки-хозяина.
Вирусы иммунодефицита представляют собой с одной стороны обычные, но сдругой стороны особенные ретровирусы. Будучи обычными ретровирусами они обладают всеми свойствами ретровирусов:
- Могут представлять свои геномы в двух состояниях: РНК и ДНК.
- Осуществляют инициацию транскрипции геномов в интегрированном в клеточную ДНК виде. Транскрипция происходит с одного регуляторного участка - длинного концевого повтора, LTR. Терминация транскрипции осуществляется на другом LTR, расположенном на другом конце ретровирусной ДНК.
- Содержат характерные для всех ретроирусов пресловутые gag, pol и еnv гены, кодирующие белки того же назначения, что и все другие ретровирусы.
- Образуют характерные вирусные частицы, содержащие геномные РНК, окруженные двумя типами оболочек: кор, содержащей белки, кодируемые геном gag, и липидная оболочка, содержащая белки, кодируемые геном env.
- Геном вирусов чрезвычайно вариабелен, что характерно для РНК содержащих вирусов и, в особенности, для ретровирусов. Скорость мутирования у HIV-1 в миллион раз выше, чем у млекопитающих, и составляет 10-4 - 10- 3 мутаций на одну пару оснований на один цикл репликации. Это означает, что в вирусном геноме, длина которого, как у всех ретровирусов примерно 10 000 пар оснований, за одну репликацию происходит от одной до десяти мутаций. Мутации происходят и в так называемой иммуннодоминантной петле V3 вируса иммунодефицита. Эта петля входит в состав белка оболочки gp120, имеет длину около 30 аминокислотных остатков и опосредует нейтрализацию вируса антителами. В частности благодаря быстрым мутационным изменениям в ней, вирус легко избегает уничтожения иммунной системой хозяина и образует варианты, устойчивые к нейтрализации антителами [ Nature, 347, 522, 1990 ] .
Наряду с общими для всех ретровирусов свойствами, вирусы иммунодефицита имеют особенности, которые ставят их в особую категорию ретровирусов.
Они: - Не вызывают злокачественной трансформации клеток.
- Имеют сложную систему негативной и позитивной регуляции и обладают для этого специальным регуляторными генами: rev, tat, nef, vif, vpu, vpr.
- Могут в течение длительного времени находиться в латентном, молчащем не экспрессирующемся сосотоянии и начинают экспрессироваться после индукции различными агентами, которые индуцируют также иммунный ответ.
- Способны индуцироваться из латентного состояния агентами, активирующими иммунный ответ, в частности синтез лимфокинов. (Подробно см. специальные обзоры: СПИД , 1992 , Cullen ea 1993 , Fisher ea 1996 ).
Краткий набросок тех особенностей взаимодействия вируса с клеткой- хозяином, которые могут использоваться для целей геной терапии. Рассмотрим влияние только двух наиболее важных регуляторных генов вируса - rev и tat. На рисунке 5 приведена схема процессов, которые происходят после активации вируса, интегрированного в хозяйскую ДНК. На ранней стадии после транскрипции в ядре образуется полноразмерная вирусная РНК, длина которой 9 кб. Но в цитоплазме оказывается практически исключительно короткая мРНК, размер которой примерно 2кб. Она состоит из нескольких типов молекул, но все они имеют одно общее свойство - они образуются из полноразмерной вирусной РНК за счет двух сплайсингов, как это изображено в левой части рисунка. Среди этих коротких ДНК присутствуют мРНК, кодирующие регуляторные белки Rev и Tat. Первый из них содержит в зависимости от изолята вируса от 86 до 101 аминокислотных остатков, второй также короткий белок, содержащий 116 аминокислот. Оба белка после образования транспортируются в ядро, где и осуществляют свои функции. А эти функции различны. Tat-белок чрезвычайно сильно активирует экспрессию вирусных генов, которая, как вы знаете, инициируется длинным концевым повтором провируса. Существуют разные мнения, как он это делает, но я опять отсылаю читателей к обзорам. Важно, что для активации он взаимодействует с вирусной РНК, в которой содержится специальная структура TAR (Tat Response). Эта последовательность из примерно 59 нуклеотидных звеньев образует особенную вторичную структуру, в которой двухцепочечные "стебли" чередуются с одноцепочечными петлями. Активация экспрессии приводит к увеличению содержания и самого Tat и другого трансактиватора, Rev. Вновь синтезированный белок Rev направляется в ядро и усиливает транспорт в цитоплазму частично сплайсированных мРНК, размер которых примерно 4 кб, и несплайсированных полнопразмерных 9 кб вирусных РНК. Эти РНК обеспечивают синтез обычных ретровирусных продуктов: GAG, POL и ENV. Для того чтобы составить представление, как Rev осуществляет свои функции, опять надо посмотреть на рисунок 5 . Обратите внимание на элемент, который содержится в частично сплайсированной и несплайсированной РНК, и удаляется при втором сплайсинге, когда образуется дважды сплайсированная РНК. Этот элемент называется RRE (Rev Responsive Element). Его длина примерно 234 нуклеотидных звеньев, и он образует сложную вторичную структуру, с котороой и связывается Rev белок. Образующийся нуклеопротеин отправляется в цитоплазму. Пока Rev белок отсутствует, этот транспорт или не происходит или происходит очень медленно, так что несплайсированная и частично сплайсированная РНК задерживаются в ядре и успевают подвергнуться двойному сплайсингу. В результате синтез вирусных белков, продуктов генов gag, pol и env, становится возможным только благодаря вмешательству Env. Осуществляется тонкая регуляция на уровне сплайсинга и транспорта в ядро, которая видимо имеет достаточно общее, не ограничивающееся вирусом иммунодефицита, значение. Поэтому я уделю минутку вашего внимания проблеме ядерного транспорта белков и РНК.
Итак, Rev обеспечивает транспорт частично сплайсированной РНК вируса в цитоплазму путем связывания с RRE. Были противоречия в трактовке способа, которым Rev осуществляет свою функцию. Один вариант - освобождение РНК от удерживания в ядре путем отделения удерживающих факторов. Другой вариант - путем прямого направления РНК на путь ядерного экспорта. Сейчас получены данные в пользу второго механизма. Белки, подобные Rev, связываются с РНК специальным участком связывания с РНК, а затем содержащийся в них Nuclear-Export Signal ( NES ) обусловливает транспорт комплексов в цитоплазму. Там РНК диссоциирует от белка и белок быстро реимпортируется в ядро за счет NLS. NLS и NES могут быть отдельными сигналами, как в Rev, а могут быть одним и тем же сигналом. Это один из примеров того, как вирус дает информацию об общеклеточных механизмов регуляции. Поскольку вирусы используют клеточную регуляторную машину для своей жизнедеятельности, они являются зеркалом, в котором можно рассматривать клеточные процессы. Или увеличительным стеклом.
ВИЧ и возникновение новообразований. ВИЧ вызывает В-клеточные лимфомы высокой степени злокачественности у больных СПИДом. Кроме того, вирусный белок Tat стимулирует деление клеток саркомы Капоши , причем сам вирус эти клетки не заражает.
Смотрите также:
