УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2004, том 124, № 4, с. 317-328
УДК 616-036.83-097.3
МОЛЕКУЛЯРНО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ЗАЩИТЫ ОРГАНИЗМА ОТ ВИРУСНЫХ ИНФЕКЦИЙ
© 2004 г. Н. И. Бахов, В. М. Земсков, А. А. Барсуков, А. Н. Диашев
Научно-исследовательский институт "БИНАР" РАМТН, Москва
Обсуждаются механизмы защиты клетки организма от вирусных инфекций тканевыми нейтрофи-лами и макрофагами. Установлено, что нейтрофилокины влияют на активность регуляторных элементов клеточного и вирусного геномов, они также способны изменять характер взаимодействия регуляторных белков вирусного и клеточного происхождения с элементами ядерного матрикса и цитоплазматического скелета клетки. Показано, что такое взаимодействие может приводить к нарушению вирусного морфогенеза.
СТРАТЕГИЯ ВИРУСНОГО ГЕНОМА
Стратегия вирусного генома в инфицированной клетке направлена на использование клеточных систем генерации энергии, транспорта, про-теолитических ферментов и аппарата синтеза макромолекул для образования нужных вирусу белков и дочернего генетического материала. Вирусы изменяют метаболизм и архитектонику клетки-хозяина для обеспечения собственного морфогенеза, создания условий функционирования своего генетического аппарата и образования многочисленных вирионов потомства или же для обеспечения латентного состояния. Варианты стратегии вирусов обусловлены структурами их геномов. Тактика реализации стратегии геномов ДНК- и РНК-вирусов существенно различается. Структура генетического аппарата ДНК-вирусов разнообразнее, чем у РНК-вирусов. Это следует уже из простого сопоставления величины геномных вирусных нуклеиновых кислот (НК). Спектр вариаций молекулярных масс (ММ) вирусных ДНК широк. Он колеблется от 1 х 106 до 250 х 106 дальтон (Да). Интервал вариаций ММ РНК-вирусов значительно уже - от 2 х 106 до 15 х 106 Да.
В инфекционном цикле ДНК-вирусов экспрессия ранних E-генов (от англ. early) отделена от экспрессии поздних L-генов (от англ. late) процессом репликации вирусного генома. В результате транскрипции ранних E-генов (у сложноустроен-ных ДНК-вирусов - пред- или сверхранних генов) образуются белковые факторы, участвующие в процессах транскрипции, трансляции и репликации. Продукты сверхранних IE-генов (от англ. immediate early), как правило, являются факторами с трансактиваторной активностью. После синтеза нужных вирусу факторов репликации происходит репликация вирусной нуклеиновой кислоты и образуется дочерний геномный материал. Затем в инфицированной клетке идут процессы транс-
крипции поздних вирусных Ь-генов, синтезируются структурные белки вирионов и в соответствующих клеточных компартментах формируются дочерние вирусные частицы потомства [74]. Вирусы могут находиться в клетках в латентном состоянии [41]. Транскрипция вирусных генов осуществляется клеточной РНК-полимеразой II. Кэпирование, аденирование и метилирование вирусной НК также осуществляются клеточными ферментами. Сложноустроенные ДНК-вирусы в структуре вириона могут содержать собственный набор регуляторных молекул и ферментов для синтеза ДНК. Они могут образовывать их в инфицированной клетке-хозяине и активно участвовать в процессах репликации собственного генома. Продукты вирусных генов подавляют процессы транскрипции и трансляции мРНК клеток-хозяев, но не вирусных мРНК. Клеточные ядерные синтезы не только не стихают, но усиливаются после инфицирования этими вирусами.
В клетках, инфицированных адено- или герпес-вирусами, вирусная РНК исходно представляет собой полицистронную РНК. Затем она нарезается, процессируется, приобретает "кэп" (шапочко-подобную) структуру, полиадениловый трек и подвергается сплайсингу. Кэпирование, полиаде-нирование и сплайсинг характерны и для других вирусов, которые используют матрицу вирусного генома для синтеза мРНК.
Мелкие ДНК-вирусы в большей степени зависят от энзимов клетки-хозяина. Цепь событий у мелких вирусов с двухцепочечной ДНК (дцДНК) та же, что и у крупных, но морфогенез упрощен. У одноцепочечных ДНК-вирусов транскрипция и репликация практически полностью осуществляются энзимами и регуляторными белками клетки-хозяина, а в качестве репликационного интермедианта выступает дцДНК. У большинства ДНК-вирусов репликация геномов осуществляется в клеточных ядрах. Как бы просто ни были ус-
троены малые ДНК-вирусы, в их геномах закодированы энзимы, которые узнают на геномной вирусной ДНК нуклеотидную последовательность (н. п.) точки начала репликации orí (от англ. Origin) и инициируют синтез вирусной ДНК [25]. Для вирусного морфогенеза это важно, так как вирусы могут размножаться только при условии игнорирования регуляторных сигналов со стороны клетки под контролем собственного регулятор-ного центра.
У некоторых ДНК-вирусов после проникновения в клетку цепь событий может быть своеобразной и довольно запутанной (например, у гепад-новирусов [69] или у цитоплазматических слож-ноустроенных ДНК-вирусов (вирусов оспы) [24]). Тем не менее, процессы репликации и транскрипции у ДНК-вирусов не отличаются от аналогичных процессов, идущих с клеточными ДНК [52]. У всех ДНК-вирусов репликация инициируется в точке orí. С этой точкой взаимодействуют регуля-торные белки вирусного и клеточного происхождения, которые способны также взаимодействовать с ферментами репликационного комплекса, привлекая их к точке orí. Все многообразные способы репликации вирусных ДНК-геномов нацелены на преодоление главной трудности - репликации концов линейной молекулы ДНК. Трудность состоит в том, что ДНК-полимераза не способна начать синтез ДНК в отсутствие затравки и, следовательно, в этот процесс должны быть вовлечены другие ферменты репликации -ДНК-праймаза, ДНК-лигаза, белки, расплетающие дцДНК, ДНК-зависимая АТФаза, киназы, РНКаза Н и т.д. [23, 52]. В процессе эволюции вирусы приобрели определенные структуры генома для преодоления этой трудности. Одни вирусы на концах линейной молекулы генома имеют повторы н. п., другие - петлевые структуры, третьи -белки, способные инициировать ДНК-полимера-зу, а четвертые вообще не имеют концов и их геномная дНк представлена кольцевой формой. Однако это не решает проблемы. Моменты инициации и переключения вирусных генов наиболее уязвимы для морфогенеза ДНК-вирусов, являясь перспективными точками приложения механизмов клеточной противовирусной защиты и создания латентного состояния вируса.
Особенность РНК-вирусов заключается в том, что для их размножения необходимо формирование дочерних геномных РНК с материнских матричных РНК. Клетки эукариот не располагают ферментами для такого процесса, поэтому в геномах РНК-вирусов, даже у мельчайших из них, закодированы ферменты - РНК-зависимая ДНК (или РНК)-полимераза. Они часто включены в структуру вирионов и при инфицировании клетки сразу же способны начать репликацию НК. В процессе морфогенеза большинства РНК-вирусов образуется интермедиантная дцДНК и ви-
русы приобретают возможность использовать клеточные ферменты транскрипционных и репликаци-онных комплексов, подобно ДНК-вирусам [47].
Ретровирусы - наиболее сложно устроенные РНК-вирусы. Инфекционный цикл их напоминает цикл крупных ДНК-вирусов. Также имеется разобщение процессов транскрипции ранних и поздних вирусных генов, которые разделены процессами репликации вирусного генома. Геномная РНК ретровирусов в инфицированной клетке с помощью ревертазы транскрибируется в кольцевую дцДНК. Она является репликативным интерме-диантом и в составе цельного генома способна интегрировать в хромосомный материал клетки, после чего осуществляется транскрипция вирусных генов - сначала ранних, затем поздних. Все процессы транскрипции и репликации отдельных генов и всего вирусного генома осуществляются клеточными ферментами. Интересно, что кольцевая ДНК ретровирусов не всегда интегрируется в клеточные хромосомы [57].
Геномы вирусов животных с двухцепочечной РНК фрагментарны. В составе их вирионов (рео-вирусы, ротавирусы, орбивирусы) содержатся собственные ферменты транскрипции [53]. Вирусы с менее сложным РНК-геномом реализуют простые варианты стратегии. Так, геномная РНК вирусов с однонитчатым позитивнополярным геномом способна функционировать в качестве мРНК. "Голый" геном таких вирусов инфекцио-нен, стадия синтеза ДНК в репликационном цикле отсутствует, репродукция вируса протекает в цитоплазме, а аппарат синтеза макромолекул клетки-хозяина подавлен [26]. Когда геном вирусов представлен негативнополярной нитью РНК, то на матрице (-)-цепи РНК в инфицированных клетках транскрибируется (+)-цепь РНК. Нередко такие вирусы располагают собственным вири-онным транскрипционно-репликативным комплексом и с помощью образованных двухцепо-чечных интермедиантов способны осуществлять транскрипцию отдельных вирусных генов и репликацию всего генома [54, 55]. Геном некоторых РНК-вирусов состоит из амбивалентных фрагментов РНК. Их инфекционный цикл представляет собой суперпозицию циклов РНК-вирусов с (+)- и (-)-геномом [14].
Несмотря на большое разнообразие геномов РНК-вирусов, они, как правило, не велики, а механизмы репликации у них примитивнее, чем у сложноустроенных ДНК-вирусов. Синтез геномных РНК начинается у них с З'-конца (т.е. с 5'-кон-ца дочерней РНК) и идет до 5'-конца матрицы. При этом не отмечено механизмов коррекции синтеза вирусных РНК, и частота ошибок репликации составляет 1 х 104 н. п. Следовательно, если антивирусные механизмы, внешние по отношению к вирус-инфицированным клеткам, вмеши-
ваются в процессы репликации РНК-вирусов, они не встречают существенных препятствий.
Таким образом, при всем разнообразии вирусов количество тактических вариантов стратегии ДНК- и РНК-вирусов весьма невелико [5, 14]. Гетерогенные клеточные популяции нейтрофилов могут располагать набором механизмов, учитывающих весь их спектр. Популяция нейтрофилов, надо полагать, состоит из нескольких субпопуляций, каждая из которых ориентирована на узловые моменты в реализации стратегии ДНК- и РНК-вирусов. Те же самые механизмы используются этими клетками для модуляции сверхранних вирусных и клеточных генов, для регуляции тканевого метаболизма и борьбы с неопластическими процессами
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.