Ретровирусы: общие сведения
У некоторых вирусов геномом служит не ДНК, как обычно, а РНК. Такие вирусы были названы ретровирусами (ретро - обратный). Группа онкогенных РНК геномных вирусов.
Впервые ретровирусы были описаны В. Эллерманном и О. Бангом в 1908 г., в 1911 г. П. Раус впервые показал существование опухолеродного ретровируса (Нобелевская премия за 1966 г.); первый ретровирус человека (HTLV) был обнаружен Р. Галло в 1980 г. В 1970 г. Д.Балтимор и Х.М.Темин открыли механизм передачи информации от вирусной РНК к ДНК, т.е. наоборот тому, что имеет место в клетках высших организмов. Такой процесс получил название обратной транскрипции , а фермент, его осуществляющий, был назван обратной транскриптазой, или ревертазой.
Ретровирусы (retroviruses, лат. retro- — приставка, означающая «направленный назад», «обратно», и virus — яд) - семейство РНК-содержащих вирусов (80—100 нм в диаметре), кодирующих обратную транскриптазу. Ретровирусы распространяются без переносчика. Синтезированная на вирусной РНК-матрице двухцепочечная ДНК может встраиваться в хромосому инфицированной этим вирусом клетки (см. Провирус). Многие ретровирусы опухолеродны (вирус саркомы Рауса, вирусы лейкозов и саркомы мышей, вирус Биттнера и др.), некоторые ретровирусы патогенны для человека (напр., вирус иммунодефицита человека). Ретровирусы в настоящее время широко используются в качестве векторов в генной инженерии для введения чужеродных генов в клетки животных.
Ретровирусы - обширное семейство вирусов (Retroviridae), заражающих преимущественно позвоночных. и обладающие уникальным механизмом репродукции. Группа онкогенных РНК геномных вирусов. Вирионы сферической формы размером 80-100 нм, покрыты внешней липопротеиновой оболочкой, имеющей ворсинки длиной 8-10 нм. Внутри икосаэдрального капсида находится спиральный РНП. Наружная оболочка, капсидная мембрана и нуклеопд на разрезе вириона расположены концентрически. У онковирусов типа С нуклеотид расположен в центре, у онковирусов типа В - смещен. Плавучая плотность в градиенте сахарозы 1,16-1,19 г/см3. Чувствительны к эфиру, термолабильны, относительно резистентны к УФ-лучам. Характерной чертой семейства является наличие в составе вириона РНК-зависимой ДНК- полимеразы, иначе называемой обратной транскриптазой. Это и послужило основой для названия семейства (от лат. retro - обратный). Вирионы имеют 6 структурных белков, из них 4 внутренних (капсидных) негликолизированных и 2 гликопротеина оболочки. Капсидные белки несут группоспецифические межвидовые антигены и являются основой для разделения вирусов на роды и подроды. Гликопротеиды являются типоспецифическими антигенами, участвуют в реакции нейтрализации. Геном ретровирусов представлен однонитчатой РНК с молекулярной массой 7 мегадалътон и состоит из двух копий, каждая из которых является полноценным геномом и содержит одинаковую генетическую информацию, однако неизвестно, обе ли они функциональны. Нуклеиновая кислота онковирусов имеет гомологию с клеточной ДНК своего вида хозяина. Вирионная РНК неинфекционна. Вирусная РНК транскрибируется в ковалентно связанную двунитчатую ДНК, которая интегрируется с клеточной ДНК в виде ДНК-провируса. Провирус, экстрагированный из клетки, обладает инфекционностыо. Многие вирусы этого семейства вызывают неопластические процессы, главным образом лейкемии и саркомы ряда видов животных. Нормальные клетки некоторых видов животных содержат интегрированные копии соответствующих видов онковирусов. Они могут никак не проявляться или активируются некоторыми физическими и химическими факторами, а возможно, и при инфекции другими онковирусами. Часто встречаются дефектные вирусы, размножающиеся с помощью вируса-помощника. Передаются вертикально и горизонтально.Ретровирусы, наши сожители, враги и помощники [ Varmus, 1988 , Krauss, 1992 , Roemer ea 1992 , Crystal, 1995 ].
Ретровирусы пронизывают жизнь многих существующих на земле видов от дрожжей и дрозофилы, до приматов и человека. Это вирусы, которые, как и другие вирусы, для собственного размножения используют сложную молекулярную и надмолекулярную систему жизнеобеспечения клетки, заставляя ее подчиняться своим регуляторным сигналам. Но это и необычные вирусы, поскольку они подстраивают свой жизненный цикл под жизненный цикл клетки-хозяина, превращая свою генетическую молекулу -РНК в ДНК и стабильно встраивая эту ДНК в геном клетки.
В состав ретровирусов входит фермент обратная транскриптаза , которая обеспечивает синтез ДНК на матрице вирусной РНК внутри клетки- хозяина. Открытие обратной транскрипции (отсюда название ретровирусы) опровергло центральную догму молекулярной биологии, утверждавшую, что перенос генетической информации возможен только в направлении от ДНК к РНК и затем к белку.
Интерес к данному семейству вирусов разгорелся благодаря пионерским исследованиям Пейтона Рауса, выделившего в 1911 г. фильтрующегося возбудителя куриной саркомы (саркомы Рауса) и саркомы Людвига Гросса , в 50-е гг. доказавшего вирусную этиологию лейкоза мышей.
Изучение ретровирусов изменило представления не только о направлении потока генетической информации, но и об этиологии некоторых злокачественных новообразований , а также об онкогенах , как о нормальных генах клетки-хозяина, измененных вирусным геномом.
Ретровирус раздваивает функции своего генетического материала: инфекционную функцию, т.е. функцию самораспространения, выполняет вирусная РНК, а функцию экспрессии вирусных генов и синтеза молекул РНК, которые затем перенесут генетическую информацию в другие клетки, выполняет вирусная ДНК. Двуликий Янус. Рис. 2 дает упрощенную схему жизненного цикла ретровируса.
Попадая внутрь клетки в ходе вирусной инфекции, ретровирусная РНК превращается в ДНК путем хорошо теперь известного процесса обратной транскрипции. Эта ДНК встраивается в геномную ДНК и с этого момента становится неотъемлемой частью генома клетки. А вирус становится провирусом. Те, кто знаком с бактериофагами, знают, что такое лизогения и что такое профаг. Провирус для животной клетки это то же самое, что профаг для бактериальной. Кстати, идеи лизогении, по-видимому, и привели Говарда Темина, который вместе с Дэвидом Балтимором открыл обратную транскрипцию, к идее провирусного состояния ретровирусов. По информационному содержанию ДНК-вариант генома ретровируса отличается от РНК-варианта только тем, что ДНК содержит не короткие концевые повторы, а длинные концевые повторы, LTR.
Особенности трансляции РНК ретровирусов
Находясь в составе геномной ДНК, вирусные гены транскрибируются под контролем LTR . Продуктом транскрипции является полноразмерная вирусная РНК. Она должна транслироваться. И здесь вирусу необходимо решить такую проблему: нужно синтезировать много белков, а РНК одна. И в клетках эукариот РНК моноцистронны, т.е. предназначены для синтеза только одного белка. Синтез белка при этом начинается с ближайшего к кэп-сайту инициирующего кодона [ Kozak, 1986 ] (не всегда, но в подавляющем большинстве случаев).
Если просмотреть открытую рамку считывания от этого ближайшего инициирующего кодона, то мы увидим, что если бы вирус пользовался традиционными способами экспрессии, то он смог бы синтезировать только полипептид GAG. А дальше идет стоп- кодон. Как быть с POL и ENV? Кроме того, эти полипептиды очень длинны, а в вирусе содержатся гораздо более короткие. Проблема решается несколькими способами.
Во-первых, с помощью сплайсинга эта одна РНК превращается в нашем упрощенном варианте еще в одну, более короткую. При этом последовательности, кодирующие ENV полипептид, оказываются рядом с инициирующим кодоном, ближайшим к кэп-сайту, и начинают транслироваться.
Во-вторых, разными для разных ретровирусов способами они ухитряются обойти стоп - кодон после открытой рамки считывания GAG и синтезировать сплавленный полипетид GAG-POL, который содержит последовательности обоих групп белков.
В-третьих, полученные длинные полипептиды подвергаются процессингу и разрезаются на множество белков, которые и функционируют либо в роли регуляторных, как, например, обратная транскриптаза, либо в роли структурных, как, например, белки оболочки зрелых вирусов.
Иными словами, ретровирусы используют гибкую тоталитарную систему для весьма тонкой регуляции синтеза большого разнообразия белков под контролем одного промотора. Они дают урок, как множественны пути молекулярного обеспечения жизни.
Больше информации вы найдете в приведенных здесь ссылках, да и вообще нет недостатка в литературе, посвященной ретровирусам. В частности, в уже приведенной ссылке на книгу Гловера, переведенную на русский язык [ Гловер, 1989 ].
Ретровирусы могут заражать организм извне (экзогенные вирусы) и затем размножаться внутри зараженных клеток или передаваться от родителей потомству в виде эндогенных провирусов. Эндогенные провирусы часто не способны размножаться. Геном человека содержит нуклеотидные последовательности эндогенных провирусов, но ни один из них в клетках человека не репродуцируется.
В целом, ретровирусы, содержащие только гены gag , pol и env , либо не патогенны, либо вызывают заболевание лишь после длительного латентного периода. Причина этого заключается в том, что провирус встраивается в геном клетки случайным образом, а для трансформации клетки необходимо такое встраивание провируса, которое вызывает бесконтрольную экспрессию определенного клеточного гена ( протоонкогена ). Например, вирус лейкоза птиц вызывает В-клеточный лейкоз , активируя экспрессию протоонкогена MYC .
Некоторые ретровирусы содержат в составе своего генома захваченные из клеток и измененные протоонкогены, способные быстро вызвать трансформацию зараженных клеток.
Большинство несущих онкогены вирусов утратили часть генома, необходимую для репродукции, и размножаются только при участии вируса- помощника (поэтому в природе они встречаются редко).
Все известные на сегодняшний день ретровирусы человека относятся к экзогенным и не содержат онкогенов.
Смотрите также:
