Система интерферона и вирусное противостояние
Помимо апоптоза и некроза мощным биохимическим барьером, запрограммированным в клетке и возводимым против вируса, служит система интерферона (ИФН) . Эта программа состоит из двухкаскадной цепной реакции, которая первоначально запускается в клетке в ответ на инфекцию вирусом и далее распространяется на соседние неинфицированные клетки. Такое кооперативное развитие ИФН-программы в популяции клеток создает популяционную резистентность к вирусу. В ходе эволюции вирусы выработали ряд механизмов и приобрели специфические белки, чтобы противостоять ИФН-системе в клеточной популяции. Вирусные ингибиторы ИФН характеризуются выраженным структурным и функциональным разнообразием, поскольку воздействуют на различные этапы клеточных ИФН-каскадов и имеют вариации среди вирусов различных семейств.
ИФН-программа инициируется тремя основными классами веществ (молекулы ДНК, РНК, гликопротеиды и липополисахариды) бактериального, грибкового или вирусного происхождения. Указанные экзогенные индукторы воздействуют либо на клеточные TLR (Toll-like receptor) рецепторы типа 1, 2, 4, 5 и 6 на клеточной поверхности или 3, 7, 8 и 9 внутри клеток (TLR-зависимый путь активации ИФН), либо взаимодействуют с внутриклеточными протеинкиназой R (PKR) или белками RIG-1 и Mda5 (TLR- независимый путь). TLR-рецепторы характеризуются наличием в своем составе прокаспазных доменов CARD . Оба сигнальных пути далее инициируют ИФН-ответ каскадного типа. В TLR-зависимом пути выделяют две основные биохимические цепочки. Одну из них составляют адаптер MyD88 , а также IRAK-киназа и TAK1-киназа , которые фосфорилируют супрессор IkB и активируют транскрипционные факторы NF-kB и AP-1 , а другую - адаптеры TRIF , IKKбета , IKKэпсилон и ИФН-стимулирующий фактор IRF3/7 . Транскрипционные факторы NF-kB и AP-1 и IRF3/7 стимулируют транскрипцию генов ИФН и синтез зрелого альфа/бета-ИФН. Этот путь индукции ИФН превалирует у микробных и грибковых индукторов и реже наблюдается при вирусных инфекциях в ответ на вирусные гликопротеиды (через TLR4 на клеточной поверхности) и вирусные РНК или ДНК (через TLR3 при апоптозе инфицированных клеток).
Главными пусковыми внутриклеточными сенсорами ИФН-индукции при инфекции вирусами выступают PKR , RIG-1 , Mda5 , которые распознают уникальные молекулы вирусных двухцепочечных РНК и фосфорилированных с 5'-конца одноцепочечных РНК. Этот сигнальный каскад запускается внутри клетки и складывается из двух биохимических путей, инициируемых PKR, с одной стороны, и RIG-1 и MDA5 - с другой ( рис. 1.19 ). RIG-1/MDA5-accoциированный путь связан с митохондриями , т.к. митохондриальный белок IPS-1 является важным медиатором в этой биохимической цепи. Так же как и при экзогенной индукции, оба пути заканчиваются активацией транскрипционных факторов NF-kB и IRF3/7 , которые стимулируют транскрипцию ИФН-гена и синтез его белка.
После первого каскада реакций, завершающихся секрецией зрелого белка m/m-ИФН, наступает второй каскадный этап, связанный с передачей сигнала в соседние неинфицированные клетки. ИФН взаимодействует со специализированными рецепторами ( IFNAR ) на поверхности клеток, с которых сигнал трансмембранно передается на протеинкиназы JAK-1 или Tyk-2 . Указанные киназы фосфорилируют сигнальные трансдукторы транскрипции STAT1 и STAT2 , которые после этого взаимодействуют с факторами стимуляции ИФН IRF9 и формируют внутри ядер гетеромерный белковый комплекс, называемый ISGF3 (IFN-stimulated gene factor 3 - ИФН- стимулируемый генетический фактор 3-го типа). В ядре ISGF3 связывается со специфическими последовательностями ДНК, играющими роль промоторов для ИФН-стимулируемых генов ( ISG ). Синтез продуктов таких генов обусловливает комплексный эффект клеточной резистентности к вирусам. К основным антивирусным генам, которые индуцируются ИФН, относят гуанозинтрифосфатазу Мх , 2'-5'-аденилатциклазу (OAS) , протеинкиназу R (PKR) , РНКазу L (RNAse-L) . Помимо индукции этих эффекторных белков ИФН 1-го типа участвует в активации естественных киллеров ( NK ), интерлейкинов ( ИЛ-15 ) и способствует пролиферации антивирусных CD8+-Т-лимфоцитов , что дополнительно потенцирует его антивирусное действие.
Вирусы в процессе эволюции выработали различные механизмы противостояния столь мощной и быстрой клеточной программе ИФН, чтобы обеспечить свою репликацию.
Существует три группы вирусных ингибиторов клеточной ИФН-системы. Первая группа - это ингибиторы индукции синтеза ИФН (суммированы на рис. 1.19 ), которые синтезируются вирусами для блокирования первого каскада реакций в инфицированной клетке. Некоторые вирусы кодируют ингибиторы действия ИФН (второй каскад реакций) ( рис. 1.19 ). Задача этих вирусов - преодолеть антивирусный блок в клетках уже сенсибилизированных ИФН. Третья группа ингибиторов ИФН - это вирусные вещества, интерферирующие с активностью клеточных белков-эффекторов (продуктов генов ISG ), индуцированных ИФН. К этой группе относятся некоторые из белков первой группы ингибиторов, обладающие прямым ингибиторным свойством против клеточной PKR ( NS1 у вирусов гриппа, E3L поксвирусов , сигмаЗ реовирусов , US11 герпесвирусов ). РНКаза-L ингибируется белком ICPO герпесвирусов и пикорнавирусными и ВИЧ- специфическими активаторами клеточного ингибитора RL1 . Белки Е2 (вирус гепатита С) , Tat (ВИЧ) , K3L (вирус осповакцины) интерферируют с PKR, действуя как ее псевдосубстраты. У аденовируса , вируса гепатита С , ВИЧ , ВЭБ описан принципиально иной тип ингибирования ИФН с помощью коротких структурированных вирусных РНК, непосредственно инактивирующих клеточную PKR.
Противостояние вирусов и клеточной ИФН-системы оказывает заметное влияние на патогенность вирусов. Чем более выраженный анти-ИФН-потенциал вируса, тем выше его репродукция и вирулентность в организме-хозяине. Знания о механизмах противостояния вирусов и клеточной ИФН-системы находят практическое применение. Одно из приложений знания о функции вирусных анти-ИФН-генов касается поиска вирусов, обладающих онколитическими свойствами. Опухолевые клетки очень часто имеют поврежденную ИФН-систему с делециями ее отдельных генов. Это дает основание применять дефектные по ингибиторам ИФН цитолитические вирусы для селективного лизиса опухолевых клеток, в которых такие вирусы будут преимущественно размножаться в силу отсутствия ИФН-системы. Практическое применение находит также прием аттенуации патогенных свойств вирусов посредством искусственного удаления анти-ИФН-генов из вирусного генома. Этот подход используется в настоящее время для ослабления патогенности вирусов при конструировании вакцинных штаммов. Важное практическое направление возникло в конструировании индукторов ИФН на основе новых данных о роли вирусных 5'-фосфо-РНК в индукции ИФН ( рис. 1.19 ). Оно касается разработки нового класса таких индукторов на основе 5'-фосфорилированных РНК и их аналогов и предполагает создание высокоэффективных индукторов.
Смотрите также:
