Авторы: Гуреева Ольга, Vincent R. Racaniello

1.1. Структура вируса гриппа

Рисунок 1.

Обсуждая на этой неделе проблемы, связанные с вирусом свиного гриппа A/Mexico/09 (H1N1), мы затронули многие общие аспекты биологии вируса гриппа, которые могут оказаться незнакомыми для части читателей вирусологического блога. Думаю, что для многих будет полезно узнать, как вирус размножается, каким образом он инфицирует нас и как мы боремся с инфекцией. Сегодня мы начнем с описания основной структуры вируса гриппа (рис. 1).

Вирион гриппа (так называется инфекционная частица) имеет форму сферы. Это оболочечный вирус: внешний слой представляет собой липидную мембрану, взятую из клетки хозяина, в которой и размножается вирус. «Шипы», вставленные в липидную мембрану, – это белки, а фактически гликопротеины, состоящие из белка, прикрепленного к сахарам. Они известны как HA (гемагглютинин) и NA (нейраминидаза). Именно эти белки определяют субтип вируса гриппа (например, A/H1N1). Позже мы расскажем, как HA и NA получают номера субтипа. HA и NA играют важную роль в иммунном ответе против вируса; антитела (белки, которые мы производим для борьбы с инфекцией), действующие против этих шипов, могут защищать от инфекции. Белок NA является мишенью для противовирусных средств Реленза и Тамифлю. Белок M2, также вставленный в липидную мембрану, является мишенью для противовирусных адамантанов – амантадина и римантадина.

Под липидной мембраной расположен вирусный белок M1, он же матричный белок. Этот белок, формирующий оболочку, придает устойчивость и жесткость липидной оболочке. Внутри вириона находятся вирусные РНК, восемь из которых относятся к вирусам гриппа А. Они составляют генетический материал вируса и несут информацию об одном или двух белках. Каждый сегмент РНК состоит из РНК в соединении с несколькими белками, показанными на рис. 1: B1, PB2, PA, NP. Данные сегменты РНК – это гены вируса гриппа. Внутренняя часть вириона также включает другой белок, который называется NEP.

На этой неделе при обсуждении нуклеотидной последовательности РНК свиного гриппа мы говорили об этих молекулах РНК. Завтра я объясню вам, каким образом каждая РНК несет информацию о белке, и вам будет легче понять значение последовательностей вируса свиного гриппа, обнародованных на этой неделе.

1.2. Геном РНК вируса гриппа

Рисунок 2.

Внутри вириона гриппа А находятся восемь сегментов вирусной РНК. Эти молекулы несут всю необходимую информацию для образования новых частиц вируса гриппа. Эти восемь РНК схематично показаны желто-зелеными линиями в верхней части рис. 2. РНК представляют собой цепи из четырех различных нуклеотидов – A, C, G и U. В случае с вирусом гриппа восемь РНК имеют длину порядка 14000 нуклеотидов. Нуклеотиды составляют генетический код, который считывается преобразующим механизмом клетки в триплеты, определяющие аминокислоту.

Необходимо рассмотреть два важных аспекта этих вирусных РНК. Во-первых, вы можете видеть, что концы вирусных РНК помечены как 3′ и 5′. Нуклеиновые кислоты обладают полярностью, так что один конец цепи имеет отличные химические свойства от другого. Эта полярность представлена как 3′ и 5′. Во-вторых, во время копирования, или удвоения, нуклеиновой кислоты ферментами, которые носят название полимераз, появляется нить с комплементарной полярностью. Вирусные РНК гриппа называются (-), или РНК с отрицательной нитью, поскольку они представляют собой отрицательную полярность РНК с трансляцией в белок. Молекулы РНК, являющиеся образцами для синтеза белков, называются (+), или положительной полярностью. После вхождения в клетку отрицательная нить (-) вирусной РНК гриппа должна скопироваться в комплементарные (+) нити, так что они могут служить образцом для белков. Вирусные РНК копируются ферментом (РНК-полимеразой), который привносится в клетку вместе с вирусом.

На рис. 2 желто-зелеными линиями обозначены обнаруженные в вирионе гриппа РНК с отрицательными нитями. Как только вирион входит в клетку, эти восемь РНК копируются в положительную нить мРНК. Наконец, мРНК может служить образцом для синтеза белков. Специфические вирусные белки, производимые каждой вирусной мРНК, показаны в нижней части рис. 2. Видно, что, например, сегмент 4 РНК несет информацию о вирусном белке HA, а сегмент 6 – о вирусном белке NA. Заметьте, что некоторые сегменты РНК несут информацию более чем об одном белке. Вирусы гриппа субтипов А и B имеют восемь сегментов РНК, тогда как субтипа C – только семь.

Вирусы гриппа называются РНК-вирусами с отрицательной нитью из-за полярности РНК, привносимой в вирион. Другие РНК-вирусы, такие как полиовирус, являются РНК-вирусами c положительной нитью, так как их геномная РНК может преобразовываться в белок сразу после вхождения в клетку.

1.3. Субтипы A, B и C вируса гриппа

Рисунок 3.

Вирусы гриппа А обычно привлекают к себе наибольшее внимание, однако не будем забывать, что есть еще два субтипа – B и C.

Оболочечные вирионы гриппа А (см. 1.1. Структура вируса гриппа) имеют три мембранных белка (HA, NA и M2), матричный белок (M1), расположенный под липидным двойным слоем, ядро рибонуклеопротеина (состоящее из 8 сегментов вирусной РНК и 3 белков: PA, PB1 и PB2), а также белка NEP/NS2. Иногда трудно различить вирусы гриппа A и B средствами электронной микроскопии, однако различия есть. Вирионы гриппа B имеют 4 белка в оболочке: HA, NA, NB и

BM2. Так же как и белок M2 вируса гриппа A, белок BM2 представляет собой протонный канал, важный для дикапсидации вируса (см. 2.3. Вхождение вирусных РНК гриппа в клетки). Белок NB считается ионным каналом, но это не обязательное условие для репликации вируса в клеточной культуре.

Вирусы гриппа B вызывают тот же спектр болезней, что и вирусы гриппа A. Вместе с тем вирусы гриппа B не вызывают пандемий. Это может объясняться ограниченным кругом хозяев вируса (люди и тюлени), который препятствует появлению новых штаммов при рекомбинации. Вирус вызывает большую смертность: в США в 2008 г. примерно треть лабораторий подтвердили случаи гриппа, вызванного гриппом субтипа B (см. первый график на сайте CDC). Поэтому сезонная тривалентная вакцина против гриппа содержит компонент вируса гриппа B.

Вирусы гриппа С в некоторой степени отличны от предыдущих (см. показательныйрисунок). Оболочечные вирионы с шестиугольной структурой на поверхности формируют длинную (500 микрон) напоминающую шнур структуру при отпочковании от клетки (рис. 4). Как и в случае с вирусами гриппа A и B, ядро вируса гриппа C состоит из рибонуклеопротеина, созданного из вирусной РНК и 4 белков. Белок M1 расположен под мембраной, как и в вирионах гриппа A и B. Второстепенный вирусный оболочечный белок CM2 функционирует как ионный канал. Основной оболочечный гликопротеин вируса гриппа C называется HEF (слияние гемагглютинина и эстеразы – hemagglutinin-esterase-fusion), поскольку он обладает функциями и HA, и NA. Поэтому вирион гриппа содержит 7 сегментов РНК, а не 8, как вирусы гриппа субтипов A и B.

Практически все взрослые когда-либо заражались вирусом гриппа C, вызывающим мягкое течение болезни в верхних дыхательных путях. Осложнения с переходом на нижние дыхательные пути – редкость. Против вируса гриппа C не существует вакцины.

Мне достаточно хорошо знакомы вирусы гриппа B и C – я получил степень доктора наук за их изучение. В моей работе говорится, что геном вируса гриппа C состоит из 7 сегментов РНК, и показана рекомбинация среди различных штаммов вируса гриппа C.

Рисунок 4.

Рекомендуемая литература.

  • Hatta, M., & Kawaoka, Y. (2003). The NB Protein of Influenza B Virus Is Not Necessary for Virus Replication In Vitro Journal of Virology, 77 (10), 6050-6054 DOI:10.1128/JVI.77.10.6050-6054.2003.
  • RacanielloVR, & Palese P (1979). Isolation of influenza C virus recombinants. Journal of Virology, 32 (3), 1006-14 PMID: 513198.

1.4. РНК вируса гриппа: трансляция в белок

Рисунок 5.

Подведем итог обсуждению генома вируса гриппа. В последний раз мы установили, что внутри вириона гриппа расположено 8 РНК с отрицательной нитью, каждая из которых несет информацию об одном или двух белках. Теперь рассмотрим, каким образом появляются белки из этих РНК.

На рис. 5 показан сегмент 2 РНК вируса, несущий информацию о двух белках: PB1 и PB1-F2. Вирусная РНК с (-) нитью копируется для формирования (+) нити мРНК, которая в свою очередь используется в качестве модели для синтеза белка. На рис. 6 показана нуклеотидная последовательность первых 180 оснований этой мРНК.

Верхняя линия, большей частью состоящая из маленьких букв, – это нуклеотидная последовательность вирусной мРНК. Во время трансляции последовательность прочитывается в триплетах, каждый из которых определяет аминокислоту (здесь используется однобуквенный код для аминокислот). Трансляция обычно начинается с ATG, определяющей метионин; следующий триплет, gat, определяет аспарагиновую кислоту и т. д. Показаны только первые 60 аминокислот белка PB1; всего белок содержит 758 аминокислот.

Бóльшая часть вирусных РНК гриппа несет информацию только об одном белке. Однако РНК2 (и две другие РНК) несут информацию о двух белках. В случае с РНК2 второй белок создается путем трансляции так называемой совмещающей рамки считывания.

Во второй линии последовательности РНК на рис. 6 показана atg, выделенная красным цветом. Можно видеть, что этой atg нет в рамке считывания белка PB1. Однако она есть в инициирующем кодоне для второго белка, кодируемого в РНК2, а именно для белка PB1-F2 (F2 – значит «рамка 2», так как белок образуется из второй открытой рамки считывания). На рис. 7 показано, как образуется PB1-F2. Последовательность вирусной РНК показана с начала, за исключением того, что рамка считывания 1, которая начинается с первой ATG, не транслируется. Наоборот, мы начинаем трансляцию с внутренней atg, которая находится во второй рамке считывания. Эта открытая рамка считывания кодирует белок PB1-F2, который в нашем случае достигает в длину 90 аминокислот (его длина будет разной для различных изолятов). Этот белок намного короче, чем PB1, так как трансляция заканчивается на терминирующем кодоне (tga) задолго до конца РНК. Из-за того что PB1-F2 кодируется в рамке считывания 2, его аминокислотная последовательность кардинально отличается от последовательности PB1.

Рисунок 6.

Рисунок 7.

Последовательности, взятые нами для образца, принадлежат штамму 1918 H1N1 вируса гриппа. Обратите внимание на аминокислоту PB1-F2, выделенную синим цветом. Эта аминокислота играет важную роль в биологическом функционировании белка, которую мы еще рассмотрим впоследствии.

опубликовано 24/01/2014 14:55
обновлено 24/01/2014
ОРЗ, Инфекционные болезни, Инфекционные болезни

Комментарии

Для того чтобы оставить комментарий, пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь.

Скачивайте наши приложения