МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2011, том 45, № 1, с. 127-141
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ ВИРУСОЛОГИИ
УДК 578.23
КЛЕТОЧНЫЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА И СТРЕССА ЭНДОПЛАЗМАТИЧЕСКОГО РЕТИКУЛУМА: МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ И ВЛИЯНИЕ ВИРУСА ГЕПАТИТА С
© 2011 г. О. А. Смирнова, А. В. Иванов*, О. Н. Иванова, В. Т. Валуев-Эллистон, С. Н. Кочетков
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук, Москва, 119991 Поступила в редакцию и принята к печати 01.09.2010 г.
Вирус гепатита С (ВГС) — один из наиболее распространенных и опасных патогенов человека. Вызываемое им заболевание в большинстве случаев переходит в хроническую форму, трудно поддающуюся лечению и приводящую к развитию поражений различных органов и систем человека: это фиброз, стеатоз и рак печени. Появление этих нарушений в настоящее время связывают с окислительным стрессом и стрессом эндоплазматического ретикулума (ЭР), которые развиваются в клетках, зараженных ВГС. При этом ВГС нарушает и системы защиты клетки от этих видов стресса, тем самым препятствуя восстановлению процессов жизненного цикла клетки. Настоящий обзор посвящен анализу литературных данных по функционированию клеточных систем защиты от окислительного стресса и стресса ЭР в клетках, находящихся в условиях биологической нормы, и в неинфицированных ВГС клетках. Кроме того, в обзоре приведена краткая информация о структуре генома и основных функциях белков ВГС.
Ключевые слова: вирус гепатита С, окислительный стресс, стресс эндоплазматического ретикулума, фактор транскрипции, регуляция.
CELLULAR DEFENSE SYSTEMS AGAINST OXIDATIVE AND ER STRESSES: MECHANISMS OF REGULATION AND INFLUENCE OF HEPATITIS C VIRUS, by O. A. Smirnova, A. V. Ivanov*, O. N. Ivanova, V. T. Valuev-Elliston, S. N. Kochetkov (Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119991 Russia, *e-mail: aivanov@yandex.ru). Hepatitis C virus is one of the most spread and dangerous human pathogens. In most cases hepatitis C develops into chronic diseases which in many cases escape antiviral therapy and is associated with contributed to progression of various virus-associated organ damage and disorders including liver fibrosis, steatosis and hepatocellular carcinoma. Many of these diseases are currently linked to oxidative and ER stresses induced by the viral proteins. At the same time, hepatitis C virus disturbs systems protecting cells from these stresses, thus avoiding their effect on processes of the virus life cycle. Here, we have analyzed recent data on mechanisms of the cellular defense system functioning in infected and uninfected cells. In addition, major data on the hepatitis C virus genome structure and main functions of the virus proteins have been summarized briefly.
Keywords: hepatitis C virus, oxidative stress, endoplasmic reticulum stress, transcription factor, regulation.
ВВЕДЕНИЕ
Вирус гепатита С (ВГС) вызывает одно из наиболее распространенных и опасных заболеваний человека. По оценкам ВОЗ примерно 2.2% населения Земли или каждый 45-й житель планеты — носители
вируса [1]. Вирус чрезвычайно изменчив: у больного, инфицированного ВГС, одновременно выявляют миллионы квазивидов вируса [2]. Такая высокая вариабельность генома ВГС обусловлена низкой точностью репликации, что позволяет вирусу избе-
Принятые сокращения: ARE (antioxidant response elements) — элемент, активируемый антиоксидантами; ATF (activating transcription factor) — транскрипционный фактор; bZIP (basic region and leucine zipper) — домен типа основной мотив и лейциновая молния; ERAD (ER-associated protein degradation) — деградация неправильно свернутых белков; IRE1 (inositol-requiring enzyme 1) — фермент, регулируемый инозитолом; Keap1 (Kelch-associating protein 1) — ассоциированный с ECH Kelch-подобный белок 1; MAPK (mitogen-activated protein kinase) — митоген-активируемая протеинкиназа; Nf-kB (nuclear factor kB) — ядерный фактор каппа B; ORF (open reading frame) — открытая рамка считывания; PERK — PKR-подобная киназа, связанная с эндоплазматиче-ским ретикулумом; PI3K (phosphatidyl inositol 3-kinase) — фосфатидилинозитол-3-киназа; PKC (protein kinase C) — протеинкиназа С; PKR — (protein kinase R) протеинкиназа R; STAT-3 (signal transducer and activator of transcription 3) — передатчик сигнала и активатор транскрипции 3; UPR (unfolded protein response) — ответ на неправильно свернутые белки; АФК — активные формы кислорода; ВГС — вирус гепатита С; ЭР — эндоплазматический ретикулум.
* Эл. почта: aivanov@yandex.ru
гать подавления со стороны иммунной системы [3]. Как следствие, у 80% инфицированных заболевание переходит в хроническую стадию, при которой велик риск развития различных, весьма опасных, заболеваний печени, таких как цирроз (вероятность 3—10% в течение 20 лет) и гепатоцеллюлярная карцинома (примерно у 1% инфицированных) [4, 5]. Кроме того, с ВГС-инфекцией связывают появление и развитие других различных заболеваний, непосредственно не связанных с печенью, но затрагивающих кроветворение (криоглобулинемия, неходж-кинская лимфома), функции почек (гломерулоне-фрит) и другие системы организма человека [6].
Заболевание гепатитом С трудно поддается лечению. В настоящее время противовирусная терапия основана на применении интерферона а пролонгированного действия, индивидуально или в комбинации с нуклеозидным аналогом рибавирином. Стоит отметить, что стоимость такой терапии высока, а эффективность, напротив, крайне низка: ответ наблюдается примерно у 40% инфицированных генотипом 1 ВГС, наиболее распространенным в России, и в 80% случаев заболевания другими генотипами [5, 7]. Кроме того, подобная противовирусная терапия имеет ряд побочных эффектов, таких как гриппозное состояние, депрессия, когнитивная дисфункция, повышенная утомляемость, цитопе-ния, ретинопатия и др. [8]. За последние десять лет охарактеризован большой набор соединений, подавляющих репликацию вируса в клеточных системах. Среди них можно выделить ингибиторы проте-иназы; нуклеозидные и ненуклеозидные ингибиторы РНК-зависимой РНК-полимеразы [9]. Тем не менее, ни одно из предложенных соединений до сих пор не прошло даже предклинических испытаний, что связано с крайне высокой изменчивостью вируса — именно этим фактором обусловлено быстрое появление вариантов ВГС, устойчивых к любому, совершенно новому, только что разработанному, противовирусному препарату. Как следствие — применение таких соединений в ходе монотерапии позволяет достичь лишь кратковременного вирусологического ответа (снижения титра вирусной РНК в крови). Современная концепция терапии заключается в сочетании новых препаратов — ингибиторов вирусной репликации — с уже испытанными: риба-вирином и интерфероном. Оправданность такого подхода подтверждена в ходе клинических испытаний нескольких новых кандидатных препаратов. Так, применение телапревира (Те1аргеу1г) в сочетании с двумя другими препаратами позволяет не только добиваться стойкого вирусологического ответа у большинства пациентов, но и существенно сократить длительность терапии [10].
Наиболее опасное последствие ВГС-инфекции — развитие карциномы печени. В настоящее время считается, что онкогенность ВГС обусловлена несколькими факторами. Во-первых, хроническая инфекция печени сопровождается воспалительным процессом, который может являться причиной трансформации гепатоцитов [11]. Во-вторых, показано, что экспрессия ряда индивидуальных белков ВГС, вследствие различных причин, приводит к появлению раковых клеток в клеточных линиях и/или у лабораторных животных [12, 13]. Ученые объясняют этот экспериментальный факт тем, что некоторые белки, к которым, по-видимому, относятся и белки (или какой-то из белков) ВГС, могут вызывать окислительный стресс [14] и стресс эндоплазмати-ческого ретикулума (ЭР) [15], а также нарушать соответствующие системы защиты клетки.
Данный обзор посвящен анализу механизмов защиты клетки от стресса ЭР и окислительного стресса. Кроме того, в обзоре приведена краткая информация о структуре генома и функциях белков ВГС, а также о влиянии вируса на рассматриваемые системы защиты клетки.
ГЕНОМ И ПРОТЕОМ ВИРУСА ГЕПАТИТА С
Геном ВГС представляет собой (+)-цепь РНК длиной примерно 9600 н., а единственная открытая рамка считывания (ORF) кодирует полипротеин, состоящий примерно из 3000 аминокислотных остатков (рис. 1) [4]. Рамка считывания ограничена с 5'- и З'-концов нетранслируемыми участками (UTR). 5'-UTR содержит участок внутреннего связывания рибосомы (IRES), обеспечивающий трансляцию генома ВГС по кеп-независимому механизму. З'-UTR содержит высококонсервативную нуклеотидную последовательность, роль которой состоит в связывании вирусной полимеразы и обеспечении инициации репликации генома [16].
Трансляция ORF и посттрансляционный про-цессинг образующегося полипротеина приводят к появлению четырех структурных и шести неструктурных белков [4]. Структурные белки локализованы в N-концевом фрагменте полипептида-предшественника. К ним относят белки капсида (С), глико-протеины оболочки Е1 и Е2, а также небольшой белок р7. Неструктурные белки NS2, NS3, NS4A, NS4B, NS5A и NS5B (ферменты и регуляторы вирусных и клеточных процессов) образуются из С-концевой части полипептида. Кроме того, несколько лет назад показано существование еще одного белка — F-белка, образующегося в результате сдвига рамки считывания в процессе трансляции участка, кодирующего белок С [17].
б
оболочки вирусной частицы
Рис. 1. Вирус гепатита С: а — структура генома, б — белки и их основные функции.
Структурный белок С (core protein) представляет собой основной белок вирусного капсида, который склонен к олигомеризации и обладает РНК-связы-вающей активностью [18]. Несмотря на способность связывать любую РНК (например, рРНК), С белок взаимодействует преимущественно с вирусной РНК [19]. Кроме того, этот белок может взаимодействовать с белками клетки-хозяина [20, 21], регулировать транскрипцию некоторых генов [22], а также вызывать окислительный стресс (подробнее см. ниже) [23].
Белки Е1 и Е2 — гликопротеины оболочки вири
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.