Вирусы с непрерывными геномами

Обновлено: 27.03.2024

Название предложено в 1971 году. Т.е. они обнаружены, как таковые, сравнительно недавно. И название предложил некий Тайнер американец.

Это инфекционные агенты, которые вызывают заболевание у растений и относятся к определённым биологическим объектам, которые раньше считались вирусами, но как выяснилось в последующем, и как в настоящее время существует представление, являются патогенами совершенно иного класса. Их некоторыми свойствами сближают с вирусами, но в отличие от вирусов они получили название вироидов.

Данные агенты были иденфецированы как возбудители опасных заболеваний культурных растений, в результате которых они приносят довольно существенный экономический ущерб.

Особенность вироида состоит в том, что они довольно оригинально организованны. Их структура очень интересна и воспроизводятся некими несовершенными и совершенно непонятными способами. Изучено к настоящему времени примерно около полутора десятков типов данных агентов.

Вироид можно рассматривать как вирусоподобную инфекционную частицу, состоящую из однонитевой, ковалентно замкнутой кольцевой молекулы РНК.

Репродукция вироидов, полагают, связана с РНК-полимеразой II эукариотической клетки. Роль РНК-полимеразы I и РНК-полимеразы III вообще, считается, никакого значения не имеет для этой репродукции вироидов. А вот то, что РНК-полимераза II может обеспечивать репродукцию вироида, ну а РНК-полимераза II работает на ДНК матрице, и если блокировать этот фермент, в частности обработкой известного актиномицина D, то блокируется синтез клеточного РНК и блокируется воспроизведение вироида. Вироидная РНК в таких клетках оказывается фактически неопределяемой.

Предложено несколько моделей репродукции вироидов, которые базируются на обнаружении промежуточных продуктов, имеющих отношение к вироидным РНК, полноценные вироиды.

Вироиды обладают последовательностями, напоминающие окончания подвижных генетических элементов. Этот факт явился основанием полагать, что они произошли от транспозирующихся элементов

В биохимическом и молекулярно-биологическом словаре 1989 года издания термин прионы расшифровывается, как производное от двух слов protein и infection (белок и инфекция). Это частица небольших размеров, сопостовима с размерами вируса, являющимися возбудителями ряда дегенеративных поражений нервной системы млекопитающих, и говорят, что и у кур тоже. Агенты эти первоначально описывались как возбудители медленно текущих вирусных инфекций, как slow virusis – медленные вирусы.

Однако в последующем было показано, что от вирусов они отличаются абсолютным отсутствием нуклеиновых кислот – ни РНК, ни ДНК – в прионах не обнаруживается.

Относительно способов репродукции прионового белка существуют только чисто теоретические размышления.

Самая старая гипотеза. Прионовый белок кодируется геномом приона: прион – обычный вирус → инфекция → репликация, транскрипция, трансляция. Но: в прионовом белке нет нуклеиновой кислоты, способной закодировать этот белок.

Прионовый белок кодирует ДНК хозяина. Прион с короткой негеномной нуклеиновой кислотой → нуклеиновая кислота встраивается в геном хозяина → экспрессия гена, детерминирующего белок приона (или же эта нуклеиновая кислота просто связывается с определенными областями генома клетки-хозяина).

Прионовый белок также кодируется ДНК хозяина, но механизм воспроизведения другой. Белок без нуклеиновой кислоты при инфицировании может активировать экспрессию гена хозяина → транскрибируется → транслируется в предшественник прионового белка → трансформируется за счет каких-то превращений в новый прионовый белок.

ДНК хозяина не имеет гена на прионовый белок. При заражении в клетках имеет место обратная трансляция: прионовый белок → иРНК → новый прионовый белок. Сами прионовые белки управляют синтезом белка и формированием новых прионовых частиц. (Откровенный бред. )

Весьма интересным фактом стало обнаружение вирусов с так называемыми сегментированными геномами. Так, например анализ генома реовирусов (это вирусы человека, приматов, птиц, которые вызывают респираторные и желудочно-кишечные инфекции). В вирусных частицах реовирусов было обнаружено 10 различных молекул двунитевой РНК. Это не были случайно возникшие фрагменты какой-то большой молекулы РНК, являющейся геномной молекулой данного вируса. Ибо они были не комплементарны, что говорило о том, что это необходимые компоненты его генетического материала, от которого зависит успех при заражении его вирионами чувствительной клетки. Суммарный вес всех 10 сегментов соответствовал величинам, полученным при определении веса нуклеинового компонента обычными методами. Иными словами геном этих вирусов, конкретно этого вируса, представлен 10 сегментами и эти все сегменты необходимы, для того чтобы вирус заразил клетку и мог в ней репродуцироваться.

К числу таких вирусов относится бактериофаг f6, который содержит двунитевую РНК; вирусы животных, содержащих однонитевые РНК, например ареновирусы (вирусы грызунов, вызывающие лихорадочные заболевания-хориоменингиты у чувствительных животных). Некоторые вирусы растений тоже обладают сегментированными геномами.

Существуют некоторые различия между вирусами животных, которые имеют сегментированный геном, и вирусами растений тоже с сегментированными геномами. У вирусов животных эти сегменты находятся всегда в одном вирионе, и естественно заражение чувствительных клеток довольно легко осуществляется, если такая частица попадает внутрь клетки. В частности вирус гриппа имеет 6-8 сегментов. Эти сегменты являются молекулами однонитевой РНК, негативными молекулами.

Что касается вирусов растений, то тут картина иная. Сегменты РНК-геномов таких вирусов содержатся в разных вирусных частицах. Каждый сегмент в своей вирионной частице. Так, например вирус мозаики костра имеет 4 сегмента РНК - это его полный геном. Но эти сегменты находятся в 3 частицах, причем в одной 2 сегмента. В каждой частице содержится по крупному сегменту и в одной из этих трех содержится четвертый малый сегмент. Причем последовательность нуклеотидов в малом сегменте идентична части последовательности крупного сегмента, вместе с которым он присутствует в вирусной частице. Какова биологическая значимость такого явления, толком никто не знает. Но для того чтобы заразить клетки костера данным вирусом, требуется, чтобы в клетку попали все 3 вирусные частицы. Только тогда будет осуществляться инфекция. Весьма необычный тип сегментированного генома обнаружен у одного из вирусов растений, вызывающего мозаику люцерны. Этот вирус состоит из 3 вирионов, которые содержат разные молекулы РНК, 4 сегмента и одинаковый капсидный белок. Эти сегменты распределены в 3 вирионах. Причем в одном содержатся 2 сегмента. Малый сегмент детерминирует белок капсида, а 3 крупных сегмента обеспечивают всю генетическую информацию данного вируса. Чтобы развилась мозаичная болезнь люцерны, все 3 вириона должны попасть в одну клетку. Это, видимо, отображает не особую инфекциозность данного вируса, чтобы в одну клетку попадало сразу 3 вириона.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Многие методы и подходы, с помощью которых сформировались основные представления о регуляции экспрессии клеточных генов, были заимствованы из области изучения регуляции транскрипции у вирусов. Насколько известно, клетки и ДНК-содержащие вирусы регулируют содержание мРНК главным образом путем изменения частоты и места инициации транскрипции с участием РНК-полимеразы II. Более того, регуляция транскрипции вирусных генов, как и клеточных генов, зависит от специфических взаимодействий между сложно организованными г/ыс-действующими элементами и большим набором /иранс-действующих факторов транскрипции. Некоторые вирусы кодируют также необычные факторы транскрипции, координирующие экспрессию групп вирусных генов или влияющие на транскрипцию отдельных клеточных генов. В действительности взаимодействие вирусных и клеточных транс-действующих факторов может по-разному влиять на транскрипцию клеточных и вирусных генов и даже оказывать положительное влияние на одни и отрицательное-на другие гены.

Стратегия ДНК геномных вирусов. Двуцепочечные ДНК вирусы содержат НК линейной (герпес-, адено-и поксвирусы) и кольцевидной (паповавирусы) формы. ДНК-вирусы образуют мРНК, используя стратегии подобные таковым эукариотических клеток (рис)


Схема репродукции двуцепочечных ДНК вирусов

Стратегия ДНК геномных вирусов с обратной транскрипцией (гепаднавирусов). Гепаднавирусы являются уникальными оболочечными ДНК вирусами животных c обратной транскрипцией (рис.7). После внедрения в клетку ДНК вируса транспортируется в ядро, где превращается в ковалентно закрытую, полностью кольцевидную двуцепочечную ДНК (кдцДНК)


Рис.7. Схема репродукции ДНК вирусов с обратной транскрипцией.

В отличие от ретровирусов ДНК вируса не интегрируется в геном клетки, а персистирует в ядре в виде нереплицирующейся эписомы. Она транскрибируется клеточными РНК полимеразами, используя несколько разных промоторов кдцДНК для образования серии разных типов РНК. Молекулы этих РНК транспортируются в цитоплазму, где и сохраняются в качестве мРНК. Одна из этих РНК, называемая РНК-предшественником несколько длиннее и выполняет функцию матрицы для обратной транскрипции в ДНК.

Обратная транскрипция осуществляется ферментом ОТ с участнием РНК-азы Н, транслируемыми из соответствующих вирусных мРНК. Самой первой в результате обратной транскрипции синтезируется полная минус-смысловая ДНК. Синтез второй нити (плюс-смысловой ДНК) начинается позднее, но завершается только частично. В результате этого, сердцевина вириона содержит частично к дц ДНК (т.е. геном вируса). Сердцевина вируса, содержащая ДНК генома, в дальнейшем использует несколько путей реализации. На ранних этапах инфекции вновь образованные частицы могут усиливать образование кдцДНК в ядре. Они содержат геномную ДНК и не отличаются от аналогичных частиц поступающих в клетку при ее инфицировании. Вновь образованная геномная ДНК может транспортироваться в ядро и там превращаться в кдцДНК. Следует отметить, что амплификация кдцДНК, осуществляется только через промежуточную форму генома в виде молекулы РНК, используя путь описанный ранее. То есть прямая репликация ДНК в ядре отсутствует. На поздних стадиях инфекции клетки происходит созревание сердцевины, собираются полноценные вирионы, которые отпочковываются от ядерной мембраны в эндоплазматический ретикулюм. Переключение на процесс отпочковывания регулируется поверхностными белками перикапсида (1, 5, 6, 11, 16, 18, 28).

Стратегия одноцепочечных ДНК геномных вирусов. Семейство парвовирусов является единственным из ДНК вирусов животных относящихся к данной группе. Они имеют очень малый размер генома – 2х106. Некоторые из парвовирусов, кроме того, имеют одноцепочечную ДНК ( – ) негативной полярности. Они реплицируются в быстроделящихся клетках. Другие из парвовирусов содержат (+) или (-) ДНК, являются ко-инфицирующими и зависят от репликации основного вируса “помощника”. Для создания двуцепочечного ДНК – генома вируса они используют кольцевидную ДНК полимеразу, называемого репликативной формой. При этом для прайминга используется собственная нуклеиновая кислота, образующая петлю с 3’конца. Это следует за смещением цепи родительской ДНК и синтезом комплементарных молекул к цепи-матрице. Молекулы мРНК синтезируются с использованием соответствующей цепи ДНК в качестве матрицы, которые затем транслируются в виде белков.

Трансляция и биосинтез белков вируса. Трансляция вирусных мРНК осуществляется клеточными системами. Большинство мРНК вирусов животных имеют шапочку (кэп) на 5’ и полиаденилированы на 3’ концах. При этом используются те же самые пути, что и при трансляции клеточных мРНК. Хотя трансляция многих вирусных мРНК сопряжена с интерференцией с процессами трансляции клеточных мРНК с целью обеспечения первоочередности. Кроме того, имеются механизмы, используемые некоторыми вирусами, которые не свойственны клеточным:

2) рибосомный сдвиг рамки считывания.

Ретровирусы и большинство +РНК вирусов, как и некоторые другие, продуцируют полипротеиновые молекулы благодаря наличию длинной открытой рамки считывания, прерываемой стоп-кодонами. Терминация полипротеина в участке стоп-кодона приводит к синтезу белковых молекул с определенными функциями, образованию длинной молекулы с дополнительными функциями. Для игнорирования стоп-кодонов используются два механизма: 1) считывание стоп-кодона как смыслового, в этом случае, когда верхний (вышележащий) сиквенс некоторых рамок считывания является нижним (нижележащим) сиквенсом других.; 2) сдвиг рамки считывания на рибосомах на +1 или-1 верхнего стоп-кодона. Эффективность сдвига рамки считывания варьирует от 2 до 20% и зависит от вида вирусов.


Обзор

здесь и далее рисунки Андрея Занкевича

Автор
Редактор


Генеральный партнер конкурса — ежегодная биотехнологическая конференция BiotechClub, организованная международной инновационной биотехнологической компанией BIOCAD.

SkyGen

Спонсор конкурса — компания SkyGen: передовой дистрибьютор продукции для life science на российском рынке.

Напомним, что РНК (рибонуклеиновая кислота) — это такая молекула, представляющая собой одну цепочку нуклеотидов. В составе каждого нуклеотида присутствует остаток моносахарида рибозы. На сегодняшний день известно множество разных типов РНК, которые выполняют совершенно разные функции: от кодирования клеточных белков (мРНК) до противовирусной защиты (некоторые микроРНК) [1–5]. РНК, входящие в состав многих вирусов, могут иметь ряд оригинальных функций, таких как регуляция времени экспрессии различных вирусных генов путем изменения пространственной организации цепи РНК или привлечение клеточных белковых комплексов.

Но бывает ли такое, что в пределах одной молекулы РНК одна ее часть, кодирующая некоторый белковый продукт, имеет положительную полярность, в то время как другая часть цепи представлена участком отрицательной полярности, кодирующим другой белок? Могла ли такая молекула возникнуть в процессе эволюции живых форм?

Ответ — да! И для того, чтобы разобраться, как функционируют такие молекулы, нам предстоит погрузиться в таинственный мир вирусов.

Давным-давно, в далекой-далекой галактике.

Как известно, все формы жизни обладают определенной наследственностью, которая определяет степень генетической идентичности живых объектов. В качестве молекул, ответственных за поддержание такой наследственной идентичности, выступают нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК). Клеточные формы жизни для хранения и передачи информации используют только один тип нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), в то время как вирусы в качестве основной молекулы наследственности могут использовать либо ДНК, либо РНК.

В случае ДНК-содержащих вирусов реализуется, как правило, Центральная догма молекулярной биологии в классическом виде: попав в клетку, ДНК удваивается в процессе репликации вирусного генома, на матрице ДНК в ходе транскрипции синтезируются мРНК, которые затем прочитываются рибосомой, синтезирующей по ним вирусные белки, то есть осуществляется трансляция. Далее вирусные белки ассоциируются с ДНК-геномом вируса в вирусную частицу (вирион), которая способна заражать новые клетки.

Очевидно, что РНК-содержащие вирусы используют иные стратегии размножения и, следовательно, реализации своего генома. Непривычные для большинства биологов молекулярные механизмы, которые используются такими вирусами, вероятно, унаследованы от далеких предков из того самого РНК-мира.

Размножение РНК-вирусов подразумевает использование разных типов РНК:

  • геномная РНК находится внутри вириона, в зависимости от конкретного вируса, она может быть представлена (+)РНК, (–)РНК, (±)РНК, либо двухцепочечной РНК;
  • комплементарная геномной РНК антигеномная РНК образуется в процессе репликации вирусов с одноцепочечным РНК-геномом и обладает полярностью, противоположной геномной РНК;
  • субгеномная РНК (вирусная мРНК) имеет (+)полярность и является продуктом транскрипции геномной или антигеномной РНК. Как и подобает мРНК, субгеномная РНК участвует в процессе трансляционного синтеза белка.

Немного истории

Первым найденным РНК-вирусом стал бактериофаг f2, инфицирующий бактерию кишечную палочку (Escherichia coli) [7]. Выделенная геномная РНК фага f2 имела свойства мРНК, то есть она распознавалась рибосомой и могла транслироваться. На родственном РНК-бактериофаге Qβ была изучена РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp), которая, как оказалось, может синтезировать цепь РНК на матрице другой цепи РНК, то есть осуществлять репликацию вирусного РНК-генома! В ходе работы с РНК-бактериофагами f2 и его родственником Qβ были получены общие представления о биологии таких РНК-вирусов [8].

После РНК-бактериофагов были найдены (+)РНК-вирусы животных, такие, как вирус полиомиелита [9], [10], представитель группы пикорнавирусов. Подобные вирусы не содержат репликативных белков в составе вирусной частицы (вириона).

Встречаются вирусы, геном которых представлен двухцепочечной РНК. Как и в случае (–)РНК-вирусов, у дцРНК-вирусов во время репликации в клетке первым делом происходит синтез (+)цепи. Вирусные частицы этой группы также включают в свой состав RdRp.

Вирусы с двусмысленным РНК-геномом из семейства Bunyaviridae

Схематичное изображение структуры вириона флебовирусов

Рисунок 1. Схематичное изображение структуры вириона флебовирусов

В семействе Bunyaviridae роды Phlebovirus, Tospovirus и Tenuivirus являются вирусами с двусмысленным РНК-геномом и, в отличие от остальных представителей семейства, имеют чуть более длинный S-сегмент генома (РНК S) (±)полярности. Род Tospovirus имеет вдобавок (+)участок на РНК M, который делает и эту РНК амбисенсной.

Флебовирусы

Вирусы рода Phlebovirus выделяют практически по всему миру и относят к нетаксономической группе арбовирусов, распространяющихся в членистоногих переносчиках и в позвоночных, на которых питаются переносчики. Члены этого рода переносятся кровососущими членистоногими. Инфекции не обходят стороной человека: вирусы сицилийской и неаполитанской москитных лихорадок широко распространены по территории Средиземноморья [15]. Среди симптомов таких инфекций — продолжительная сильная лихорадка, тошнота, рвота, диарея и головные боли. Вирус Тосканы, также переносимый москитами, обладает способностью проникать в нервную ткань и, вдобавок к вышеперечисленным симптомам, вызывает асептический менингит и менингоэнцефалит. Флебовирусы, переносимые клещами, например, вирус Бханджа, вирус тяжелой лихорадки с синдромом тромбоцитопении, или вирус Хартленд, вызывают серьезные вспышки инфекций среди людей [16].

Эти вирусы получили свое имя от латинского названия москитов (Phlebotominae), которые являются их основными переносчиками. Вирионы флебовирусов имеют диаметр 100-125 нанометров. Внутри вириона находятся три вирусных рибонуклеопротеина (вРНП), содержащих геномные сегменты, однако для вируса лихорадки долины Рифт (RVFV) было показано [17], что вирионы также могут содержать ещё три дополнительных вРНП, образованных цепочками антигеномных РНК, комплементарных геномным вирусным РНК. Рецептор-распознающий аппарат вирусов представлен гетеродимерами гликопротеинов Gn и Gc, которые организованным способом распределены по мембране вириона.

Структура генома флебовирусов

Геном флебовирусов как и других представителей семейства Bunyaviridae, включает три молекулы РНК: PHК L, РНК M, РНК S, имеющие на 5′- и 3′- концах уникальные для каждого геномного сегмента комплементарные последовательности. РНК L (–)полярности кодирует белок репликазы L. (–)РНК M кодирует предшественник гликопротеинов G1 и G2. (±)РНК S кодирует белок нуклеокапсида N на (–)полярном участке (ближе к 3′) и неструктурный белок NSs на (+)полярном участке (ближе к 5′) (рис. 2).

Схема структуры генома флебовирусов

Рисунок 2. Схема структуры генома флебовирусов. Отмечены участки РНК, обладающие (–)- и (+)полярностью. Пунктирной линией обозначен сайт протеолиза белкового продукта.

NSs выполняет ряд функций, среди которых подавление индукции интерферона, усиление репликации и транскрипции вирусной РНК и определение круга хозяев [18]. NSs через цепочку белковых факторов способен приводить к инактивации противовирусной протеинкиназы R организма-хозяина [19].

Механизмы транскрипции и репликации РНК флебовирусов

Остановка транскрипции (–)участка РНК S определяется межгенным сигналом терминации. Похожие сигналы терминации находятся в 5′-концевой области РНК M и РНК L. В результате синтезируются кэпированные, но неполиаденилированные (и, следовательно, не такие стабильные, как клеточные мРНК) субгеномные РНК [18]. Также было показано [17], что в инфицированных клетках наблюдается ранняя экспрессия белка NSs, к тому же при детальном анализе состава вирионов обнаружили, что в вирусную частицу может упаковываться как три геномных цепи, так и еще три антигеномных цепи. Считается, что антигеномная РНК S присутствует в вирионе для осуществления ранней транскрипции мРНК, кодирующей NSs, поскольку этот неструктурный белок способен регулировать клеточные процессы, и чем раньше он начнёт работать в зараженной клетке, тем интенсивнее будет протекать вирусная инфекция.

Жизненный цикл флебовирусов

Жизненный цикл состоит из следующих стадий (рис. 3):

Основные этапы цикла флебовируса

Рисунок 3. Схема, демонстрирующая основные этапы цикла флебовируса

Тосповирусы и тенуивирусы

Название рода Tospovirus происходит от сокращения названия вируса пятнистого увядания томатов (tomato spotted wilt virus, ТоSWV), впервые выделенного в 1930 году из зараженных растений томата. Этот вирус имеет очень широкий спектр хозяев и важное хозяйственное значение, борьба с ним ведется, в основном, за счет контроля численности трипсов.

Структура генома тосповирусов и тенуивирусов

Представители родов Тospovirus и Tenuivirus (тенуивирусы близки к тосповирусам, но не имеют липидной оболочки) являются единственными известными РНКвирусами растений с двусмысленным геномом [23]. Геном тосповирусов представлен тремя РНК-сегментами: большим, средним и малым (L, M, S). РНК L кодирует репликазу L. РНК S, подобно таковой у флебовирусов, кодирует белок нуклеокапсида N в (–)области и неструктурный белок NSs в (+)области. Эти области не пересекаются, они разделены межгенным некодирующим участком, содержащим сигналы терминации транскрипции. М-сегмент генома имеет принципиально отличную от РНК М флебовирусов структуру, являясь амбисенсной РНК. РНК М тосповирусов имеет область (–)полярности, в которой находится последовательность, кодирующая мРНК GnGc — предшественника поверхностных гликопротеинов, а также участок (+)полярности в 5′-области, кодирующий белок межклеточного транспорта NSm. Эти последовательности также разделены межгенным участком (рис. 4). Механизмы транскрипции и репликации РНК этих вирусов сходны с таковыми у флебовирусов [18].

Схема структуры генома тосповирусов

Рисунок 4. Схема структуры генома тосповирусов. Отмечены участки РНК, обладающие (–)- и (+)полярностью. Пунктирной линией обозначен сайт протеолиза белкового продукта.

Отдельного внимания заслуживает неструктурный белок, закодированный в S-сегменте генома тосповирусов — NSs. Основной его функцией является супрессия противовирусного сайленсинга РНК, системы малых интерферирующих РНК [5], [24], распознающих вирусные РНК, что приводит к деградации последних [25]. Логично предположить, что синтез такого белка должен происходить как можно раньше, поэтому, возможно, по аналогии с белком NSs флебовирусов, ранняя транскрипция такой последовательности происходит в результате наличия в вирионе, помимо геномной цепи РНК S, еще и соответствующей ей антигеномной.

Вирусы с двусмысленным РНК-геномом из семейства Arenaviridae

Помимо семейства Bunyaviridae, амбисенсные РНК имеют представители семейства Arenaviridae. Аренавирусы являются таксономической группой вирусов позвоночных с сегментированным двусмысленным РНК-геномом. Вирусы, инфицирующие млекопитающих, определены в род Mammarenavirus, а заражающие рептилий — в роды Reptarenavirus и Hartmanivirus [26].

Вирионы аренавирусов, как и рассмотренных выше буньявирусов, плеоморфны, а их диаметр может варьировать от 40 до 200 нанометров в зависимости от вида, однако и частицы одного вида могут заметно различаться по размерам [27]. Границы вириона представлены липопротеидной оболочкой — производной клеточной мембраны, модифицированной равномерно распределёнными гликопротеиновыми комплексами (гетеродимерный гликопротеин GP1/GP2). Гликопротеины синтезируются в виде предшественника, который разрезается примерно пополам клеточной протеиназой на рецептор-распознающую субъединицу GP1 и трансмембранную субъединицу GP2. Последняя ответственна за слияние мембран при проникновении в цитоплазму [28]. В вирионе гликопротеины ассоциированны с лежащими на внутренней стороне мембраны молекулами матриксного белка Z, выстилающего внутреннюю поверхность мембраны, и белка нуклеокапсида N. Белок N способен связываться с РНК, распознавать кэп и ингибировать интерфероновый ответ. Структурный белок Z в клетке выполняет ряд функций (в том числе ингибирование трансляции клеточных мРНК и подавление апоптоза), являясь фактором созревания вирусных частиц (отвечает за инициацию сборки вирионов и за их отпочковывание).

Во время сборки вирусных частиц при формировании внешней оболочки иногда происходит захват субъединиц клеточных рибосом, по всей видимости, не играющих роли в вирусной инфекции (рис. 5).

Схематичное изображение структуры вириона аренавирусов

Рисунок 5. Схематичное изображение структуры вириона аренавирусов

Значительная часть представителей семейства вызывает хронические и, как правило, бессимптомные инфекции у грызунов. При контакте человека с такими вирусами может развиваться острая и тяжелая инфекция, часто — геморрагическая лихорадка (например, в случае инфекции вирусом лихорадки Ласса, LasV). Вирус лимфоцитарного хориоменингита (LCMV), первый выделенный аренавирус, является нейроинвазивным. Попав в организм человека (например, через выделения грызунов), вирионы с током крови преодолевают гематоэнцефалический барьер центральной нервной системы и вызывают воспаления мозговых оболочек [29].

Структура генома аренавирусов

Схема структуры генома аренавирусов

Рисунок 6. Схема структуры генома аренавирусов. Отмечены участки РНК, обладающие (–)- и (+)полярностью. Пунктирными линиями обозначены сайты протеолиза белковых продуктов.

РНК L на (–)участке несет последовательность, комплементарную гену репликазы L, и рамку матриксного и регуляторного белка Z на (+)участке в 5′-концевой части геномной РНК.

РНК S кодирует белок нуклеокапсида N в области (–)полярности и содержит рамку считывания GP1GP2 — предшественника поверхностных гликопротеинов GP1/GP2 (также в 5′-концевой части геномного сегмента).

Транскрипция и репликация генома аренавирусов

Переключение на репликацию связано с наличием белка N: когда его накапливается такое количество, что он начинает покрывать строящиеся цепи РНК, это, вероятно, влияет на конформацию репликазы и приводит к проскоку сигналов терминации транскрипции в виде межгенных шпилек. РНК S при репликации накапливается в больших количествах, так как нужно много копий белка нуклеокапсида, а также гликопротеинов (для экспрессии последних необходим предварительный синтез антигеномной РНК).

Заключение

Такая необычная организация двусмысленных геномных сегментов является интересным способом представления двух кодирующих последовательностей в одном геномном сегменте. На примере вирусов с двусмысленными РНК-геномами заметно, насколько изобретательной может быть эволюция вирусных РНК. Поскольку вирусы с двусмысленными РНК-геномами до сих пор удерживают определенную нишу, можно утверждать, что такой способ кодирования обладает некоторыми преимуществами по сравнению с более привычным для родственных вирусов способом, использующим только (–)РНК-сегменты.

Как возникли амбисенсные РНК и почему поддержались отбором, до сих пор остается одной из загадок современной вирусологии.

Благодарности от автора

Я благодарю доктора биологических наук, профессора кафедры вирусологии биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Аграновского Алексея Анатольевича за интересные и содержательные лекции по молекулярным процессам РНК-вирусов и вдохновение на написание данной статьи. Также выражаю благодарность художнику Андрею Занкевичу, чьи наглядные и яркие иллюстрации украшают данную статью.

Читайте также: