Войти
| Picornaviridae | |
|---|---|
 | |
| Электронная микрофотография полиовируса | |
 | |
| Изоповерхность человеческого риновируса с изображением белковые шипы | |
Классификация вирусов  | |
| (без ранжирования): | Вирус |
| Область: | Рибовирия |
| Королевство: | Орторнавиры |
| Тип: | Pisuviricota |
| Класс: | Pisoniviricetes |
| Отряд: | Picornavirales |
| Семейство: | Picornaviridae |
| Род | |
См. Текст | |
Пикорнавирусы представляют собой группу связанных безоболочечных РНК-вирусы, которые инфицируют позвоночных, включая млекопитающих и птиц. Это вирусы, которые представляют большое семейство небольших одноцепочечных РНК-вирусов с положительным смыслом с 30-нм икосаэдрическим капсидом. Вирусы этого семейства могут вызывать ряд заболеваний, включая простуду, полиомиелит, менингит, гепатит и paralysis.
Пикорнавирусы составляют семейство Picornaviridae, отряд Picornavirales и область рибовирия. В настоящее время это семейство насчитывает 110 видов, разделенных на 47 родов. Яркими примерами являются роды Enterovirus (включая Rhinovirus и Poliovirus ), Aphthovirus, Cardiovirus и Гепатовирус.
Название «пикорнавирус» имеет двойную этимологию. Во-первых, название происходит от пикорна-, которая является аббревиатурой для «полиовируса, нечувствительности к эфиру, вирусу Коксаки, орфанному вирусу, риновирусу и рибонуклеиновой кислоте». Во-вторых, название происходит от pico-, что обозначает очень маленькую единицу измерения (эквивалентную 10), в сочетании с rna для описания этой группы очень маленьких РНК-вирусов..
Первым вирусом, обнаруженным у животных (1897 г.), был вирус ящура (ящур). Это прототипный представитель рода Aphthovirus семейства Picornaviridae. Анализ бляшек был разработан с использованием полиовируса ; открытие вирусной репликации в культуре также произошло с полиовирусом в 1949 году. Это был первый случай, когда инфекционный вирус был получен из молекулярных строительных блоков в клетках. Синтез полипротеинов, внутренние сайты входа в рибосомы и незафиксированные мРНК были обнаружены путем изучения инфицированных полиовирусом клеток, и клон полиовируса был первым инфекционным клоном ДНК, созданным РНК-вируса у животных. Наряду с риновирусом, полиовирус был первым вирусом животных, структура которого была определена с помощью рентгеновской кристаллографии. РНК-зависимая РНК-полимераза была обнаружена в Менговирусе, роде пикорнавирусов.
Ящур структурные белки VP1, VP2, VP3 и VP4 образуют биологический протомер и икосаэдрический капсид. Пикорнавирусы не имеют оболочки, с икосаэдрическим капсидом. Капсид представляет собой группу из 60 протомеров в плотно упакованную икосаэдрическую структуру. Каждый протомер состоит из 4 полипептидов, известных как VP (вирусный белок) 1, 2, 3 и 4. Полипептиды VP2 и VP4 происходят из одного протомера, известного как VP0, который расщепляется с образованием различных компонентов капсида. Говорят, что икосаэдр имеет триангуляционное число , равное 3, это означает, что в структуре икосаэдра каждый из 60 треугольников, составляющих капсид, разделен на 3 маленьких треугольника с субъединицей в углу.
У многих пикорнавирусов есть глубокая щель, образованная вокруг каждой из 12 вершин икосаэдров. Наружная поверхность капсида состоит из областей VP1, VP2 и VP3. Вокруг каждой из вершин находится каньон, обрамленный C-концами VP1 и VP3. Внутренняя поверхность капсида состоит из VP4 и N-концов VP1. Дж. Эспозито и профессор Фредерик А. Мерфи демонстрируют структуру трещин, называемую каньонами, с помощью рентгеновской кристаллографии и криоэлектронной микроскопии.
В зависимости от типа и степени обезвоживания вирусная частица составляет около 30–32 нм в диаметре. Вирусный геном имеет длину около 2500 нм, поэтому мы можем сделать вывод, что он должен быть плотно упакован внутри капсида вместе с такими веществами, как ионы натрия, чтобы нейтрализовать отрицательные заряды на РНК, вызванные фосфатные группы.
Организация генома и белки энтеровирусов и афтовирусов Пикорнавирусы классифицируются в соответствии с системой классификации вирусов Балтимора как вирусы группы IV, поскольку они содержат одноцепочечную положительную смысловую РНК геном. Длина их генома составляет от 6,7 до 10,1 (килобаз ). Как и большинство геномов с положительной смысловой РНК, только генетический материал является инфекционным; хотя она значительно менее вирулентна, чем если бы она содержалась в вирусной частице, РНК может обладать повышенной инфекционностью при трансфекции в клетки. геном РНК необычен, потому что он имеет белок на 5'-конце, который используется в качестве праймера для транскрипции. от РНК-полимеразы. Этот праймер называется геномным диапазоном VPg между 2–3 т.п.н. VPg содержат остаток тирозина на 3 ’конце. Тирозин как источник –OH для ковалентно связанной с 5 ’конца РНК.
Геном несегментированный и имеет положительный смысл (то же самое, что и мРНК млекопитающих, читается от 5 'до 3'). В отличие от мРНК млекопитающих пикорнавирусы не имеют 5'-кэпа, а содержат кодируемый вирусом белок, известный как VPg. Однако, как и мРНК млекопитающих, геном действительно имеет поли (A) хвост на 3'-конце. На обоих концах генома пикорнавируса есть нетранслируемые области (UTR). 5'-UTR обычно длиннее, составляя около 500–1200 нуклеотидов (нт), по сравнению с таковой у 3'-UTR, который составляет около 30–650 н. Считается, что 5 'UTR важна для трансляции, а 3' - для синтеза отрицательной цепи; однако 5'-конец может также играть роль в вирулентности вируса. Остальная часть генома кодирует структурные белки на 5'-конце и неструктурные белки на 3'-конце в одном полипротеине.
Полипротеин организован следующим образом: L-1ABCD-2ABC-3ABCD, где каждая буква представляет белок; однако у этого макета есть вариации.
Белки 1A, 1B, 1C и 1D представляют собой капсидные белки VP4, VP2, VP3 и VP1 соответственно. Кодируемые вирусами протеазы выполняют расщепления, некоторые из которых являются внутримолекулярными. Полипротеин сначала разрезают, чтобы получить P1, P2 и P3. P1 становится миристилированным на N-конце перед тем, как расщепляться на VP0, VP3 и VP1, белки, которые будут формировать прокапсиды; Позже VP0 будет расщеплен для получения VP2 и VP4. Другие продукты расщепления включают 3B (VPg), 2C (АТФаза) и 3D (РНК-полимераза).
вирус ящура геном и структурные элементы РНК Геномные РНК пикорнавирусов содержат множество элементов РНК, и они необходимы для синтеза как отрицательной, так и положительной РНК. Для репликации требуется цис-действующий элемент репликации (cre). Структура «стержень-петля», которая содержит cre, не зависит от положения, но изменяется в зависимости от местоположения между типами вируса, когда он был идентифицирован. Кроме того, 3’-концевые элементы вирусной РНК важны и эффективны для репликации РНК пикорнавирусов. 3 ’конец пикорнавируса содержит поли (A) тракт, который необходим для инфекционности. С другой стороны, предполагается, что синтез РНК происходит в этой области. 3’-конец NCR полиовируса не является необходимым для синтеза отрицательных цепей. Однако это важный элемент для синтеза положительной цепи. Кроме того, 5’-конец NCR, который содержит вторичные структурные элементы, необходим для репликации РНК и инициации трансляции полиовируса (IRES). Внутренний сайт входа в рибосомы (IRES) - это структуры РНК, которые позволяют инициировать трансляцию независимо от кэпа и способны инициировать трансляцию в середине информационной РНК.
Жизненный цикл пикорнавируса вирусная частица связывается с рецепторами клеточной поверхности. Рецепторы клеточной поверхности охарактеризованы для каждого серотипа пикорнавирусов. Например, рецептором полиовируса является гликопротеин CD155, который является специальным рецептором для человека и некоторых других видов приматов. По этой причине полиовирус не мог быть получен во многих лабораториях до тех пор, пока в 1990-х годах не были созданы трансгенные мыши, имеющие рецептор CD155 на поверхности клеток. Этих животных можно инфицировать и использовать для изучения репликации и патогенеза. Связывание вызывает конформационное изменение белков вирусного капсида, и высвобождается миристиновая кислота. Эти кислоты образуют поры в клеточной мембране, через которые вводится РНК [1].
Оказавшись внутри клетки, РНК снимает оболочку, и (+) -цепочечный геном РНК реплицируется через промежуточное соединение двухцепочечной РНК. который образуется с использованием вирусной RDRP (РНК-зависимой РНК-полимеразы). Трансляция рибосомами клетки-хозяина не инициируется 5 'G cap, как обычно, а скорее инициируется IRES (внутренним сайтом входа в рибосомы). Жизненный цикл вируса очень быстрый, и весь процесс репликации завершается в среднем за 8 часов. Однако всего через 30 минут после первоначального заражения синтез клеточного белка снижается почти до нуля - по сути, макромолекулярный синтез клеточных белков прекращается. В течение следующих 1–2 часов происходит потеря границ хроматина и гомогенности в ядре, прежде чем вирусные белки начнут синтезироваться и в цитоплазме появится вакуоль, близкая к ядро, которое постепенно начинает распространяться по прошествии примерно 3 часов после заражения. По истечении этого времени плазматическая мембрана клетки становится проницаемой, через 4–6 часов вирусные частицы собираются, и иногда их можно увидеть в цитоплазме. Примерно через 8 часов клетка фактически мертва и лизируется, высвобождая вирусные частицы.
Экспериментальные данные одноступенчатых экспериментов в форме кривой роста позволили ученым детально изучить репликацию пикорнавирусов. Вся репликация происходит в цитоплазме клетки-хозяина, и инфекция может происходить даже в клетках, не содержащих ядра (известных как энуклеированные клетки), и в клетках, обработанных актиномицином D (этот антибиотик подавлял бы репликацию вируса, если бы это произошло в ядре.)
Трансляция происходит посредством сдвига рамки считывания -1 рибосом, вирусной инициации и пропуска рибосом. Вирус покидает клетку-хозяина путем лизиса и виропоринов. Позвоночные животные служат естественным хозяином. Пути передачи: фекально-оральный, контактный, проглатывание и переносимые по воздуху частицы.
Пикорнавирусы имеют вирусный белок (VPg), ковалентно связанный с 5'-концом их генома. вместо 7-метилгуанозинового кэпа, как клеточные мРНК. Полимеразы вирусной РНК используют VPg в качестве праймера. VPg в качестве праймера использует синтез РНК как с отрицательной, так и с положительной цепью. Репликация пикорнавируса инициируется уридилилированием вирусного белка, связанного с геномом (VPg). Он уридилилирован по гидроксильной группе остатка тирозина. Праймерный механизм VPg используется пикорнавирусом (энтероафто- и др.), Дополнительными вирусными группами (поти-, комо-, калици- и др.) И пикорнавирусами (коронавирус, нотавирус и др.)) супергруппа РНК-вирусов. Механизм лучше всего изучен для энтеровирусов (которые включают множество патогенов человека, таких как полиовирус и вирусы Коксаки ), а также для афтовируса, патогена животных, вызывающего стопу. и заболевание полости рта (ящур).
В этой группе праймер-зависимый синтез РНК использует небольшой вирусный белок длиной 22-25 аминокислот, связанный с геномом (VPg), для инициации полимеразной активности, где праймер ковалентно связан с 5'-концом шаблон РНК. Уридилилирование происходит по остатку тирозина в третьем положении VPg. Цис-действующий элемент репликации (CRE), который представляет собой структуру петли стебля РНК, служит в качестве матрицы для уридилилирования VPg, что приводит к синтезу VPgpUpUOH. Мутации в структуре CRE-РНК предотвращают уридилилирование VPg, а мутации в последовательности VPg могут серьезно снижать каталитическую активность RdRp. В то время как гидроксил тирозина VPg может инициировать синтез РНК с отрицательной цепью CRE- и VPgpUpUOH-независимым образом, CRE-зависимый синтез VPgpUpUOH абсолютно необходим для синтеза РНК с положительной цепью. CRE-зависимое уридилилирование VPg снижает Kmm UTP, необходимое для репликации вирусной РНК и CRE-зависимого синтеза VPgpUpUOH, и требуется для эффективного синтеза РНК с отрицательной цепью, особенно когда концентрации UTP ограничены. Праймер VPgpUpUOH переносится на 3’-конец матрицы РНК для удлинения, которое может продолжаться путем добавления нуклеотидных оснований с помощью RdRp. Частичные кристаллические структуры для VPgs вируса ящура и вируса Коксаки B3 предполагают, что могут быть два сайта на вирусной полимеразе для небольших VPg пикорнавирусов. Структуры раствора ЯМР полиовируса VPg и VPgpU показывают, что уридилилирование стабилизирует структуру VPg, которая в остальном довольно гибкая в растворе. Второй сайт можно использовать для уридилилирования, v после чего VPgpU может инициировать синтез РНК. Праймеры VPg калицивирусов, структуры которых только начинают выявляться, намного крупнее, чем у пикорнавирусов. Механизмы уридилилирования и прайминга могут сильно различаться во всех этих группах.
Уридилилирование VPg может включать использование белков-предшественников, что позволяет определить возможный механизм расположения диуридилилированного предшественника, содержащего VPg, на 3'-конце плюс- или минус-цепи РНК для продукции полноразмерной РНК. Детерминанты эффективности уридилилирования VPg предполагают образование и / или коллапс или высвобождение уридилилированного продукта в качестве стадии, ограничивающей скорость in vitro, в зависимости от используемого донора VPg. Белки-предшественники также влияют на специфичность и стабильность VPg-CRE. Верхняя петля ствола РНК, с которой связывается VPg, оказывает значительное влияние как на удержание, так и на рекрутирование VPg и Pol. Стеблевая петля CRE будет частично разматываться, позволяя компонентам-предшественникам связываться и рекрутировать VPg и Pol4. Цикл CRE имеет определенную консенсусную последовательность, с которой, однако, связываются компоненты инициации; не существует консенсусной последовательности для поддерживающей ножки, что позволяет предположить, что важна только структурная стабильность CRE.
Сборка и организация рибонуклеопротеинового комплекса VPg пикорнавируса.
VPg также может играть важную роль в специфическом распознавании вирусного генома белком движения (MP). Белки движения - это неструктурные белки, кодируемые многими, если не всеми, вирусами растений, чтобы обеспечить их перемещение от одной инфицированной клетки к соседним клеткам. MP и VPg взаимодействуют, чтобы обеспечить специфичность транспорта вирусной РНК от клетки к клетке. Чтобы удовлетворить потребности в энергии, MP также взаимодействует с P10, которая является клеточной АТФазой.
Пикорнавирусы вызывают ряд заболеваний. Энтеровирусы семейства пикорнавирусов инфицируют кишечный тракт, что отражено в их названии. С другой стороны, риновирусы инфицируют в первую очередь нос и горло. Энтеровирусы реплицируются при 37 ° C, тогда как риновирусы лучше растут при 33 ° C, поскольку это более низкая температура носа. Энтеровирусы стабильны в кислых условиях и, таким образом, способны выдерживать воздействие желудочной кислоты. Напротив, риновирусы являются кислотолабильными (инактивированы или уничтожаются в условиях низкого pH ), и это является причиной того, что инфекции риновирусов ограничиваются носом и горлом.
Выделяются следующие роды:
