Молекулярная гетерогенность ВИЧ




ВИЧ

 

Классификация:

Семейство - Retroviridae (Orthoretroviridae)

Род - Lentivirus

 

История

 

Предположительно, место происхождения вируса – резервуар в центральной Африке - мутировал от вируса, патогенного для шимпанзе рода Pan troglodytes troglodytes, произошло это примерно в 1930 году. Самый старый образец крови, в котором был обнаружен ВИЧ, относится к 1959 году и принадлежит представителю племени Банту из Демократической Республики Конго, однако до проявления клиники СПИДа, вирус долгов время оставался неизвестным.

 

Впервые СПИД был обнаружен в 1981 году в ассоциации с необычной пневмонией (Pneumocystis carinii) и саркомой Капоши, обнаруженной у молодых и ранее здоровых мужчин гомосексуалистов из Нью-Йорка, Лос-Анджелеса и Сан-Франциско. Затем подобные случаи обнаружили у больных с гемофилией и частыми переливаниями крови, а также у инъекционных наркоманов и их половых партнеров. Уже тогда появилось предположение о том, что синдром связан с инфекционным агентом, который определенным образом поражает иммунную систему. На основе лабораторных и эпидемиологических характеристик, была обнаружена связь между иммуносупрессией, вызванной истощением лимфоцитов, несущих маркер CD4+, и вероятным этиологическим фактором - новым типом ретровирусов человека.

Ретровирусология как наука возникла лишь за 10 лет до обнаружения ВИЧ, в связи с открытием фермента - обратной транскриптазы (1970 год) и вирусов HTLV-1 & HTLV-2, вызывающих Т-клеточную лимфому (1980-1982 годы).

В 1983 году был выделен и описан двумя учеными - Робертом Галло и Люком Монтье - собственно ВИЧ 1 типа. Это стало возможным благодаря разработанного ими метода культивирования Т-лимфоцитов. Лимфотропность, способность передаваться через кровь и слизистые при половых контактах позволили сделать предположение о том, что новый вирус относится к HTLV-вирусам, а случаи заболевания ВИЧ у больных гемофилией, получавших отфильтрованную сыворотку крови, утвердило предположение о том, что причина болезни - вирусы.

В начале 1983 года в Париже из лимфоузла пациента с лимфоаденопатией был выделен, а затем и культивирован, вирус иммунодефицита человека, который по морфологии и антигенным свойствам значительно отличался от HTLV-вирусов. В конце 1983 года вирус удалось выделить от больного саркомой Капоши. Вирус обладал интенсивным потенциалом роста и быстро заражал другие клеточные линии, однако детальная характеристика выделенного вируса стала доступна лишь в 1991 году в результате использования метода ПЦР.

В 1986 году был открыт и ВИЧ 2 типа.

 

 

Структура

 

Методами электронной микроскопии было обнаружено, что вирион ВИЧ имеет округлую форму, кубический тип симметрии и 72 наружных выступа, обусловленных наличием наружных белков gp120 и трансмембранных белков gp41. Вирусная мембрана богата холестерином.

Вирион содержит 2 молекулы оцРНК, окружённые белками p17, p18, p24 и p7, которые составляют сердцевину (core) вируса. На поверхности содержатся белки gp120, gp41. Белок gp120 является ключевым в связывании вируса с рецептором Т-лимфоцита. Помимо этого вирион содержит и другие, так называемые регуляторные, белки, ответственные за репликацию и последующую интеграцию.

 

Геном - РНК(+)-цепь; 9000 нуклеотидов;

 

7 структурных разделов:

 

LTR (long terminal repeats),

TAR (trans-activation response element), сайт связывания для белка Tat и других клеточных белков. Состоит приблизительно из первых 45 нуклеотидов вирусных мРНК в ВИЧ-1 (или первых 100 нуклеотидов в ВИЧ-2 и SIV.) РНК TAR образует шпилечную структуру «стебель-петля» с боковой выпуклостью, которая необходима для связывания и функционирования ТАТ.

RRE (Rev response element), сайт связывания для белка Rev;

PE (Psi elements), набор из 4 структур «стебель-петля», сайты распознавания цистеиновым гистидиновым боксом;

SLIP (TTTTTT «скользкий участок»), служит для перескока рамки считывания с gag на pol;

CRS (Cis-acting repressive sequences), местные репрессивные последовательности, ингибируют экспрессию белка в отсутствии Rev;

INS (inhibitory/instability RNA sequences), посттранскрипционно ингибируют экспрессию.

 

9 генов(gag, pol, env, tat, rev, nef, vif, vpr, vpu), кодирующих 19 белков:

 

gag - кодирует групп-специфические антигены p24 (капсидный белок), p7p9 (стержневой нуклеокапсидный белок), p18 (матричный белок, стабилизирует капсулу);

pol – кодирует обратную транскриптазу, протеазу, интегразу;

env - gp120 (связь с CD4 рецептором лимфоцитов) и gp41 (отвечает за клеточное слияние);

tat - трансактивационный белок (усиливает транскрипцию);

rev - регуляторный белок вириона (усиливает транспорт вирусных генов в цитоплазму);

nef - регуляторный фактор (подавляет транскрипцию);

vif - фактор вирусной инфекционности;

vpr - вирусный белок R (отвечает за импорт преинтеграционных комплексов, остановку роста клеток, трансактивацию клеточных генов и индукцию клеточной дифференцировки);

vpu - вирусный белок U (отвечает за деградацию CD4 в ЭПС, усиление высвобождения вириона из мембраны инфицированной клетки, участвует в созревании env).

 

Жизненный цикл ВИЧ

 

Жизненный цикл вируса начинается с момента прикрепления вирусного белка gp120 к молекуле CD4 на поверхности Т-лимфоцита.

Молекулы CD4, в основном, обнаруживаются на Т-лимфоцитах, ответственных за хелперную и индьюсерную функции иммунной системы. Данный гликопротеин, также, обнаруживается на поверхности моноцитов/макрофагов и дендритных клеток, а также клеток Лангерганса.

Кристаллографические исследования позволили установить, что, для связывания с рецептором CD4, вирусный белок gp120 имеет специальный «карман», представляющий собой своеобразную структурную деформацию молекулы. Причем, показано, что конкретный участок рецептора CD4, предназначенный для связывания с вирусом, ассоциирован с аминокислотой фенилаланином в 43-й позиции. Также была продемонстрирована роль углеводных молекул – гликозамингликанов в связывании с молекулой gp120 при участии хемокиновых рецепторов. К середине 90-х годов стало ясным, что существуют две разновидности вируса ВИЧ. Одна из них предпочтительно связывается с Т-лимфоцитами, а другая – с макрофагами. Такое предпочтительное связывание было охарактеризовано, как «тропизм» вируса к Т-лимфоцитам или макрофагам, а соответствующие разновидности вируса были названы, как Т-тропные и М-тропные. Позднее было показано, что, помимо молекулы CD4, для связывания вируса ВИЧ необходимо присутствие вспомогательных рецепторов, или так называемых ко-рецепторов.

В частности, в серии исследований, проведенных в 1995-1996 годах, было установлено, что такими ко-рецепторами являются молекула CXCR4 (фузин) для вирусов, тропных к Т-лимфоцитам и CCR5 - для вирусов, тропных к макрофагам. Оба ко-рецептора вируса ВИЧ принадлежат к семейству трансмембранных белков G.

Период после вторжения вируса в клетку также является достаточно непростым. Для начала процесса обратной транскрипции вирус должен внедрить в клетку белок циклофилин А, который предназначен для прикрепления вирусного капсидного белка p17. При отсутствии циклофилина происходит блокирование последующего вторжения вируса в клетку.

После вторжения вируса внутрь клетки происходит главный процесс – обратная транскрипция, которая характеризуется образованием молекулы ДНК (провируса) из вирусной РНК.

Процесс происходит в цитоплазме лимфоцита и требует наличия четырех компонентов:

1) геномной вирусной РНК;

2) фрагментов РНК – праймеров, на шаблоне которых строится ДНК (субгеномная РНК вируса);

3) фермента обратной транскриптазы;

4) нуклеозидов цитоплазмы.

Лимитирующими факторами, без которых процесс обратной транскрипции невозможен, являются: 1) обратная транскриптаза и 2) нуклеозиды.

Нуклеозиды отсутствуют в вирусных частицах, но в избытке содержатся в лимфоцитах.

Процесс обратной транскрипции завершается образованием провируса (вирусной ДНК) из вирусной РНК. Молекула вирусной ДНК теперь уже способна перемещаться в ядро клетки, где встраивается в хромосому. Это явление, называемое интеграцией, происходит при участии другого вирусного белка – интегразы.

 

 

Находясь в составе хромосомы, провирус может в течение длительного времени находиться в неактивном состоянии, но в конечном итоге начинает кодировать синтез вирусных белков и образовывать другие вирусные копии. Этот процесс, собственно, и называется вирусной репликацией.

Уникальным свойством ВИЧ-1 является то, что экспрессия вируса регулируется ферментами клетки-хозяина. В частности, транскрипция провируса инициируется при помощи фермента РНК-полимеразы II. При этом матричная РНК вируса и геномная реплика подвергаются обработке клеточными ферментами (сращиваются, инкапсулируются, подвергаются полиаденилированию) и транспортируются в цитоплазму, где происходит синтез вирусных белков. Процесс сплайсинга фрагментов вирусной РНК является ключевым, поскольку он определяет тип вирусных белков, которые в последующем должны будут синтезироваться. Данный процесс контролируется регуляторным белком Rev.

На ранней стадии инфекции, активированные лимфоциты образуют матричную РНК, ответственную за кодирование регуляторных белков. Белками, кодируемыми такой матричной РНК, являются Tat, Rev, и Nef. Белок Tat усиливает активность промоторов вирусной РНК, главным образом путем удлинения РНК, в результате чего вирус способен производить большее количество вирусных антигенов. Белок Rev подавляет процесс сплайсинга фрагментов РНК вируса. В результате накопления белков Rev происходит усиление экспрессии фрагментированных частиц вирусной РНК, которые кодируют поздние вирусные белки, такие как Gag, Pol, Env, Vpu, Vpr и Vif. Данный процесс имеет большое значение, поскольку он определяет фазность развития инфекции. Регуляторные белки можно установить при помощи метода Northern blot. Матричную РНК, ответственную за кодирование регуляторных белков, можно определить при помощи полимеразной цепной реакции в течение 6 часов после попадания вируса в организм.

Следующим этапом жизненного цикла ВИЧ является инкапсулирование вирусной РНК. Для начала сборки полноценной вирусной частицы необходимо наличие специфической вторичной структуры геномной РНК, образуемой 5’-нетранслируемым концом генома (5’-untranslated repeat) и gp120, содержащий Cys-His box, их взаимодействие запускает сборку. Отсутствие любого из этих сигналов происходит формирование зрелых вирусных частиц, лишенных геномной РНК. Сборка вирусной частицы осуществляется на клеточной мембране лимфоцита, при участии белков р7 и р17, кодируемых белком Gag, а также поверхностных белков gp41 и gp120. Собранная и инкапсулированная вирусная частица включает поверхностные белки, клеточную мембрану и ассоциированные клеточные белки, а также матрицу, состоящую из белка p17 и внутреннего стержня, представленного РНК, вирусными ферментами (обратной транскриптазой и интегразой), а также вирусными белками p7, p24, Vpr и p6.

Зрелая вирусная частица характеризуется формированием своеобразных выступов на поверхности лимфоцита. В таком виде и завершается жизненный цикл вируса ВИЧ.

 

Вакцина против ВИЧ

 

Пока что недостаточно изучены иммунологические методы защиты от ВИЧ-инфекции, на основе которых можно было бы сконструировать эффективную вакцину против ВИЧ. Вакцина должна быть высокоспецифична, в идеале – вацина должна быть направлена против конкретных антигенных детерминант вируса.

Лечение в данный момент позволяет лишь загнать вирус в клетки, блокировать новое связывание, остановить процессы размножения, но не выгнать вирус из организма.

Блокировка:

Ко-рецептор CXCR4 (T-тропные вирусы) блокируется стромальным клеточным фактором (SDF-1) – естественный лиганд для этого рецептора;

Ко-рецептор CCR5 (M-тропные вирусы) блокируется CC-хемокинами (участвуют в регуляции воспаления), такими как провоспалительный протеин 1 a -MIP-1 a, MIP- B, а также веществом RANTES (regulated on activation, normal T-cell expressed and secreted).

На этом принципе основан препарат Т-20 (фузеон), который прошёл клинические испытания в США и рекомендован там к применению.

 

Природная устойчивость:

Описаны случаи устойчивости людей к ВИЧ. Проникновение вируса в клетку иммунной системы связано с его взаимодействием с поверхностным рецептором, белком CCR5. Делеция (утеря участка гена) CCR5-дельта32 приводит к невосприимчивости её носителя к ВИЧ. Предполагается, что эта мутация возникла примерно две с половиной тысячи лет назад и со временем распространилась в Европе. Сейчас к ВИЧ фактически устойчив в среднем 1% жителей Европы, 10—15% европейцев имеют частичную сопротивляемость к ВИЧ. 0,1–0,3% русского населения почти невосприимчивы к ВИЧ. Учёные Ливерпульского университета объясняют распространение мутации гена CCR5 тем, что она усиливает сопротивляемость к бубонной чуме. Эпидемия «чёрной смерти» 1347 года (а в Скандинавии ещё и 1711 года) способствовала увеличению частоты этого генотипа в Европе.

Мутация в гене CCR2 также уменьшает шанс проникновения ВИЧ в клетку и приводит к задержке развития СПИДа. Существует небольшой процент ВИЧ-положительных людей (около 10 %), у которых СПИД не развивается в течение долгого времени. Их называют нонпрогрессорами.

Важный клеточный компонент защиты против ВИЧ — антивирусный белок APOBEC3G, который вызывает деаминирование ДНК, приводящее к мутационным заменам G на A в вирусной ДНК, синтезируемой в ходе обратной транскрипции. APOBEC3G инактивируется белком Vif ВИЧ-1, который вызывает его убиквитинилирование и деградацию.

Обнаружено, что одним из главных элементов антивирусной защиты человека и других приматов является белок TRIM5a, способный распознавать капсид вирусных частиц и препятствовать размножению вируса в клетке. TRIM5a человека и шимпанзе несколько отличаются друг от друга и эффективны против разных вирусов: этот белок защищает шимпанзе от ВИЧ и родственных ему вирусов, а человека — от вируса PtERV1.

 

Другой важный элемент антивирусной защиты — интерферон-индуцируемый трансмембранный белок CD317/BST-2. Показано, что CD317 непосредственно взаимодействует со зрелыми дочерними вирионами, «привязывая» их к поверхности клетки. Для объяснения механизма такого «привязывания» предложено несколько альтернативных моделей, которые, тем не менее, сходятся в следующем: молекулы CD317 формируют параллельный гомодимер; один или два гомодимера связываются одновременно с одним вирионом и клеточной мембраной. При этом с мембраной вириона взаимодействуют либо оба мембранных «якоря» (трансмембранный домен и GPI) одной из молекул CD317, либо один из них. Спектр активности CD317 включает, по крайней мере, четыре семейства вирусов: ретровирусы, филовирусы, аренавирусы и герпесвирусы. Активность данного клеточного фактора ингибируется белками Vpu ВИЧ-1, Env ВИЧ-2 и SIV, Nef SIV, гликопротеином оболочки вируса Эбола и белком К5 герпесвируса саркомы Капоши. Обнаружен кофактор белка CD317 — клеточный белок ВСА2 — Е3-убиквитинлигаза класса RING. BCA2 усиливает интернализацию вирионов ВИЧ-1, «привязанных» белком CD317 к поверхности клетки, в CD63+ внутриклеточные везикулы с их последующим разрушением в лизосомах.

 

Молекулярная гетерогенность ВИЧ

 

Вирусы ВИЧ-1 и ВИЧ-2 на 40-60% сходны друг с другом (гомологичны) по типу белков, которые они кодируют. В отличие от ВИЧ-1, молекулярно- генетическая характеристика ВИЧ-2 недостаточно изучена, что, вероятно, связано с его меньшей эпидемиологической значимостью. Разновидность ВИЧ-2 была впервые обнаружена в 1986 году в Западной Африке, и впоследствии ее распространенность была установлена в Европе, Южной Америке, Канаде и Соединенных Штатах.

ВИЧ-1 подразделяется на три типа - M (major - основной), O (outlier - посторонний) и N (non-M, non-O). Тип M несет основную ответственность за распространение ВИЧ в мире, в то время как тип О встречается редко – в основном, в таких африканских странах, как Камерун, Габон, а также во Франции. Но даже там эти разновидности встречаются в незначительном числе. Что же касается типа N, лишь несколько случаев инфекции, вызванной данным типом, было обнаружено в Камеруне.

Вирус ВИЧ-1 в дальнейшем подразделяется на 10 различных подтипов, обозначаемых буквами латинского алфавита: A–D, F–H, J, и K. Подтипы вируса различаются между собой в зависимости от нуклеотидной последовательности генов env (30 процентов) и генов gag (14 процентов). Следует отметить, что внутри подтипов A и F выделяются дополнительные разновидности, обозначаемые, как A1 и A2, а также F1 и F2. Считается, что указанные разновидности филогенетически тесно взаимосвязаны.

Основные типы вируса ВИЧ – M, O и N, вероятнее всего, произошли в результате независимой мутации аналогичных разновидностей вируса иммунодефицита обезьян (SIV - simian immunodeficiency virus), а не за счет разветвления одной из разновидностей, скажем, типа М.

 

Анализ нуклеотидной последовательности вируса с помощью молекулярного секвенирования позволил установить наличие так называемых рекомбинантных форм, которые произошли в результате множественного инфицирования двумя или более подтипами вируса, например, подтипами А и В, или В и С. Такие рекомбинантные формы вируса обозначаются, как циркулирующие рекомбинантные формы - CRFs.

Первые рекомбинантный формы были описаны в Тайланде и Центральной Африке, к 2006 году насчитывалось уже 34 рекомбинантных формы, которые обозначаются цифрами, в зависимости от времени их обнаружения, а также буквами, соответствующими родительским подтипам. Родительские подтипы тоже периодически делятся, подтипы А1 и А2, к примеру.

В мире ниболее распространенными подтипами вируса являются подтипы C, A (A1), B, и рекомбинантная форма CRF02_AG. В Африке более 75 процентов разновидностей вируса принадлежит к подтипам A, C, и D. В Азии наиболее распространенными являются подтипы E, C и B. Причем, подтип E в наибольшей степени распространен в Юго-Восточной Азии, в то время как подтип С получил широкое распространение в Индии. В Соединенных Штатах наиболее распространенным подтипом вируса является В.

В Европейской части России наиболее распространенным подтипом вируса является АВ. Любопытно, что в Азиатской части России распространение получил подтип ВС, который, вероятнее всего, происходит из Юго-Восточной Азии и Индии. В Центральной Азии возможно распространение рекомбинантной формы вируса с характеристиками CRF02_AG подтипа A/G. Как указывалось выше, данная рекомбинантная форма была недавно обнаружена в Тайване, а также среди потребителей инъекционных наркотиков в Узбекистане и Таджикистане.

Большинство инфекций в южной части Африки, Индии и Эфиопии вызываются вирусом подтипа С, которые также циркулируют, но в меньшей степени, в Бразилии и России. Рекомбинантные формы, содержащие компоненты подтипа С, распространены в Танзании, а такие формы, как CRF07_BC и CRF08_BC, часто встречаются среди инфицированных наркопотребителей в Китае. Подтип А вируса ВИЧ получил распространение в центральной и восточной частях Африки (Кении, Уганде, Танзании и Руанде), а также в странах восточной Европы (Украине и России). Любопытно отметить, что заражение данным подвидом вируса в бывшем Советском Союзе, главным образом, происходит инъекционным путем, что принципиально отличает эпидемиологическую характеристику данного подтипа вируса в Африке, где заражение происходит, в основном, гетеросексуальным путем.

В Западной Африке и определенных регионах Центральной Африки наиболее распространенной генетической формой вируса является его рекомбинантная форма CRF02_AG. Подтип В, вариабельность которого на 17 процентов локализуется в гене env, помимо Соединенных Штатов, нередко обнаруживается в ряде стран Юго- Восточной Азии, Северной Африке, на Ближнем Востоке, в Западной и Центральной Европе, Латинской Америке и Австралии, а также среди гомосексуалистов, проживающих в Южной Африке и России. Считается, что впервые инфицирование данным подтипом вируса произошло в конце 1970-х годов. Рекомбинантная форма CRF01_AE распространена в Юго-Восточной Азии. В конце 1980-х годов эта форма вируса встречалась исключительно среди работниц секса в Таиланде, а также их клиентов. Затем данная форма начала распространяться на наркопотребителей, и в последующем перенеслась на такие страны, как Китай, Япония и Корея.

К менее распространенным, по глобальным масштабам, но часто встречающимся на локальном уровне, генетическим формам вируса ВИЧ относятся: подтип D, в основном встречающийся в Восточной Африке (Уганде, Танзании и Кении); подтип F, нередко встречающийся в Бразилии, и распространенный в Румынии среди детей, проживающих в интернатах, зараженных контаминированными иглами и кровезаменителями; подтип G, распространенный в Центральной Африке, Нигерии, а также в Португалии и северо-восточной части Испании.

Следует отметить также локальную распространенность таких рекомбинантных форм, как CRF12_BF в Аргентине, и CRF03_AB в Калиниграде, Санкт-Петербурге, Смоленске и Перми. Такие разновидности вируса ВИЧ, как A2, F2, H, J, K, а также ряд рекомбинантных форм лишь в незначительной степени циркулируют в Центральной Африке, и не играют существенной роли в глобальной эпидемиологии ВИЧ-инфекции. Было установлено, что в ряде стран Западной Европы вирусы ВИЧ имеют происхождение из других континентов (из Африки, например) и они передаются, в основном, гетеросексуальным путем.

В последнее время определенное внимание уделяется рекомбинантным формам вируса со сложной мозаичной структурой, явившихся результатом суперинфекции различными подтипами или рекомбинантными формами. В частности, такие разновидности были недавно обнаружены в Демократической Республике Конго, Аргентине, Кубе, Танзании и Испании.

Например, в Аргентине обнаружена разновидность вируса, происхождение которого связано с рекомбинацией CRF12_BF с подтипом B, который наслоился в результате суперинфекции. В Испании установлена рекомбинация вируса CRF14_BG с суперинфекцией B. Суперинфекция рекомбинантной формы AE подтипом В также недавно документирована. Тот факт, что новые рекомбинантные формы обнаруживаются в ограниченных географических регионах, таких, как, например, Галиция в Испании, позволяет предположить, что обнаружение других рекомбинантных форм с уникальной мозаичной структурой в будущем будет, вероятно, нередким явлением.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2020-04-01 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: