ВІрусологІя ЛекцІя 3 Дотик та входження

1. ВІрусологІяЛекцІя 3Дотик та входження Проект «Біотероризм. Стратегіязахисту та боротьби. Нове у медицині» Автор проекту В.Остальцев

2. Дотик – процес зіткнення • «Хто обманював тебе • також часто як самого себе?» • Бенджамін Франклін. • Як вже було вказано раніше, віруси – це облігатні внутріклітинні мікроорганізми. Віріони занадто великі для проникнення через плазматичну мембрану клітки методом простої дифузії. • Ми також говорили раніше, що структура віріону метастабільна. • Ініціація інфекційного циклу – це зіткнення віріонів з клітиною. Віріони – нерухомі частинки. Вони не мають енергії та локомотивного механізму для свого руху. Їх переміщення у внутрішньому середовищі організму хазяїна підпорядковується законам дифузії, Броунівського руху, електростатичним силам. Найбільш міцна сила, що рухає віріони – потік крові та інших біологічних рідин. Таким чином моменти зіткнення віріонів з клітками управляються по правилу випадковості та вірогідності події. На своєму шляху віріони можуть зв’язуватись з великою кількістю органічних останків кліток. • Віріон повинен знайти «правильну» тобто тропну до нього клітину. Процес зіткнення має три послідовних шаги: • 1. Адгезія (приклеювання) до поверхні клітини. Не має специфічності. Діють в основному електростатичні сили. • 2. Захоплення специфічного рецептору. Тропність віріону до конкретної клітини залежить від цього специфічного рецептору. В процес можуть залучатися декілька рецепторів. • 3. Трансфер (перенос) геному усередину клітини.

3. Дотик – процес зіткнення Контакт з рецептором Розчинення мембрани • Така найбільш проста схема характерна для параміксовірусів, що відображено на малюнку. Усередину клітини проникає тільки спіральна РНК. • Клітинні рецептори суттєві для всіх вірусів, крім тих, що інфікують дріжджі (тут віруси не мають екстрацелюлярної фази інфекційного процесу) та рослини (вхід усередину клітини здійснюється через механічні пошкодження її мембрани). Тобто цей процес характерний в основному для вірусів ссавців та бактеріофагів. • Рецептори і ко-рецептори. Процес стимулюється mAbs– молекулярним клоном, ДНК-залежна трансформація. • До 1985 року був звісний один рецептор – сіалова кислота при інфекції грипу. Пенетрація роздягнутого геному в цитоплазму Сіалова кислота галактоза нейрамінідаза

4. Рецептори і корецептори • Рецептор для вірусу грипу, який розташований на поверхневих клітках респіраторного тракту, це – глікопротеїн, що існує у двох варіантах: α(2,3) та α(2,6). На схемі продемонстрований α(2,3) ізомер сіалової кислоти, де дві молекули галактози з’єднуються між собою через кисень атомами вуглецю, один з яких розташований у другій позиції галактозного кільця (жовтий колір) а інший – у третій позиції своєї молекули (бурий колір). Ця на перший погляд невеличка різниця має велике значення, тому, що це є місце зіткнення рецептору з нейрамінідазою вірусу грипу. α(2,3) використовується вірусом пташиного грипу. α(2,6) використовуються людськими штамами. Таким чином люди мають мало шансів заразитися пташиним грипом. • Види рецепторів пікорнавірусів.

5. Рецептори і корецептори • Іноді різні віруси можуть зв’язуватись з одним рецептором. Так аденовірус і вірус Коксакі В3 мають одного й того ж рецептора. Свинячий герпес вірус, віруспсевдосказу зв’язуються з тими ж рецепторами, що й поліовірус людини. Навпаки, віруси одного сімейства можуть використовувати різні рецептори. У ріновірусів таких різних рецепторів – 3, у ретровірусів – 16.

6. Рецептор вірусу грипу Округла голова петля Фіброзний ствол Мономер протеїна гемаглютиніну НА вірусу грипу мембрана

7. Вірусна структура - ліганда • Зіткнення вірусу ВІЛ/СНіДу з мембраною клітини • Вірусна структура – ліганда (ligand– субстанція, що формує молекулярний комплекс навколо центрального атома), яка взаємодіє з рецепторами клітки (аденовірус).

8. Входження у клітину Фагоцитоз Ендоцитоз Рецептор-залежний ендоцитоз • Входження у клітину. • Для проникнення усередину клітини віруси мають специфічні сполучні пептиди – fusion peptide. Вони за своєю структурою та функцією підрозділяються на декілька класів. • Клас І: • Перпендикулярні до мембрани - шипи • α – спіральні • Тримери піноцитоз Плазматична мембрана Частинка, яка оточена плазматичною мембраною

9. специфічні сполучні пептиди вірусів – fusion peptide • Клас ІІ: • β – шар • Дімери • Паралельні до мембрани Тример вірусів грипу Дімерфлавівірусів

10. специфічні сполучні пептиди вірусів – fusion peptide • Клас ІІІ: • Перпендикулярні до мембрани – шипи • Суміш α – спіральних та β – шарових протеїнів • Тримери • Rhabdoviridae, Herpesviridae Сполучний протеїн для проникнення вірусу кліщового енцефаліту Кріо - електронно - мікроскопічна реконструкція вірусу Денге, структура якого подібна вірусу кліщового енцефаліту

11. специфічні сполучні пептиди вірусів – fusion peptide • Приклади використання сполучних пептидів для проникнення у клітку: • Вірус кору: крім глюкопротеїду HN, який зв’язується з рецептором клітки, вірусна мембрана має особливий пептид для проникнення у клітку – сполучний пептид (fusion peptide), який після підтвердження зчеплення глюкопротеїду HN з рецептором, приєднається до клітинної мембрани. • Вірус ВІЛ/СНІДу: SUглюкопротеїд вірусу зв’язується одразу з двома рецепторами клітки - CD4 та CCR (ко-рецептор). Це є сигналом для сполучного пептиду, якій розпрямляється, витягуючи свою структуру, чіпляє мембрану клітки та приближує її до себе.

12. специфічні сполучні пептиди вірусів – fusion peptide • На зображені нижче (метод комп’ютерної анімації) представлені CD4 та CCR рецептори лімфоциту. • Роль сполучного пептиду в інфекційному циклі вірусу грипу • Вірус грипу: глюкопротеїд НА (гемаглютинін) та сполучний протеїд зв’язуються з сіаловою кислотою клітини. Клітинна мембрана охоплює вірусну частинку так, що формується ендосома. Через мембрану ендосоми проникають іони водню Н+, окислюючи ендосомнесередовище. Це призводить до активації сполучного пептиду. Він відриває силову кислоту від мембрани ендосоми. Оболонка вірусу та мембрана ендосоми розщеплюються, випускаючи вірусний геном у цитоплазму клітки. На останньому етапі вірусний геном проникає у ядро клітки через пори.

13. Сполучний пептид вірусу грипу • При цьому гемаглютинін НА піддається драматичним змінам у своєї структури: він розщеплюється та «втрачає голову». Цей процес має назву – клівідж (cleavage – розщеплення).

14. Способи проникнення вірусів усередину клітки • Стадії проникнення альфа вірусів та флавівірусів. • Кисле середовище активує сполучні пептиди – пусковий механізм проникнення.

15. Способи проникнення вірусів усередину клітки • Формування пори в мембрані для проникнення віріону усередину клітки. • Процес проникнення усередину клітки – регульований. Він не може проявлятися в непотрібному місці. Віруси тропні тільки до «своїх» клітин. • Протеолітичне розщеплення активує сполучний протеїн – клас І. • Розщеплення вторинних протеїнів (клас ІІ) активує сполучний протеїн. • Низький рівень рН (кисле середовище) являється пусковим механізмом для сполучення віріону з мембраною клітки.

16. Нелегкий Шлях геному до ядра клітки • Які події розвиваються далі, коли віріон чи його геном проникли через мембрану? Його мета – досягнути ядра клітки з тим, щоб обернути механізм синтезу білків на синтез вірусних геномів, тобто змусити генетичну машину клітки працювати на розмноження вірусу. Але добратися до клітинного ядра – нелегка задача. Цитоплазма клітки заповнена внутріклітинними органелами та включеннями: серед мітохондрій, фібринних ниток ендоплазматичного ретікулюму, апарату Гольджі, клітинного ядра багато дрібних включень та органічних сполук. Вірусні протеїни не можуть в такому в’язкому середовищі рухатись до ядра клітки по закону дифузії. Заповнена цитоплазма. Рух великих протеїнів не здійснюється дифузією

17. Нелегкий Шлях геному до ядра клітки • Експериментами встановлені рівні швидкості транспорту вірусних компонентів в воді та у цитоплазмі. Результати відображені у таблиці. • Коефіцієнт дифузії був розрахований за формулою, що включає діаметр вірусної частинки та в’язкість води при кімнатній температурі. Було припущено, що коефіцієнт дифузії в цитоплазмі нижчий за коефіцієнт дифузії у воді в 500 разів. • Висновок: Рух всередині клітки віріонів, геномів, антигеномів, вірусних протеїнових комплексів потребує транспортну машину. Різни механізми дії такої машини схематично відображені на малюнку. До цієї узагальненої схеми ми будемо вертатися неодноразово в декількох лекціях.

18. Схема транспортної машини для “трафіка” вірусних геномів всередині клітки Рання ендосома Пізня ендосома мікротрубка лізосома Ендоплаз-матичнийретікулюм ядро

19. Особливості проникнення усередину клітки різних вірусів • Філовіруси (Filоvirus) Ебола, Марбург, використовують особливий шлях проникнення у клітину. Вони мають протеїн GP для проникнення у клітку. Гліканова шапка вірусу Плазматична мембрана Зв’язування для контакту Піноцитозні захоплення Транспорт до ендосоми рання чи пізня ендосома? GP розщеплюється цистеїнпротеазою Цистеїн-протеаза Пізня ендосома Зв’язування всередині ендосоми Пізня ендосома чи лізосома? Розчинення мембрани ендосоми Постачання нуклеокапсиду у цитоплазму

20. Проникнення аденовірусу у клітку • Аденовіруси також мають свої особливості проникнення у клітку. Після ендоцитозу всередині ендосоми починається процес розбирання вірусного капсиду. Капсид позбавляється від своїх шипів (І клас сполучних пептидів). Вони йому вже не потрібні. Після виходу з ендосоми голий капсид захоплюється транспортними білками, які по мікротрубкам переміщують його у направлені до ядра. Праворуч від схеми – електронні фото аденовірусу, середній знімок – транспорт аденовірусного капсиду по мікротрубці. З’єднання з рецепторами клітки Ендоцитоз 10 хв ендосома Ендосома вживає Н+ • Кислотозалежнапенетрація Роздягання геному Контакт з порою ядра

21. Механізм проникнення поліовірусу • Механізм проникнення поліовірусу. • Після ендоцитолізу поліовірус формує пори у мембрані ендосоми, через які випускається в цитоплазму вірусна РНК. драги Роздягання геному

22. Драги вірусу поліомієліту • На електронній фотографії поліовірусу жовтим кольором показані драги – сполучні пептиди для зв’язування з рецепторами мембрани. Усього драг – 60, і вони розташовані на капсиді по правилу симетрії.

23. Роль ко-рецепторів у вірусних інфекціях • Вірус Коксаки групи В потребує два рецептора: DAF – decay accelerating factor (фактор, прискорюючий гниття, розпад, розкладання) та CAR – coxsackievirus-adenovirus receptor (рецептор, єдиний для вірусів Коксаки та аденовірусу). Ці віруси ініціюють інфекційний процес на поверхні епітеліальних кліток респіраторного та кишкового трактів. CAR – компонент жорстких зв’язків, на поверхні мембрани, які формують зовнішній скелет клітки, що робить її недоступною для багатьох вірусів, але не для вірусу Коксаки. Вірус Коксаки зв’язується спочатку с DAF - рецептором. Саме цей факт є сигналом для рецептора CAR розірвати свої жорсткі звязкі та представити доступ для проникнення вірусу усередину клітки. DAF на маленькому плоті Жорсткі зв’язки і зчеплення

24. Етапи величезного шляху реовірусів дотик • Етапи «величезного шляху» реовірусів. Ці віруси мають подвійну оболонку. Друга внутрішня оболонка гідрофобна. Тому, коли в лізосомах зовнішня оболонка розрушується, внутрішня зберігає геном вірусу, поки він не досягне ядра. ендоцитоз віріон ендосома протеоліз лізосома пенетрація Ядро, внутрішня оболонка вірусу Синтез іРНК