Структура вич-1

ВИЧ относится к подсемейству лентивирусов семейства ретровирусов. Для лентивирусных ин­фекций характерно хроническое течение с длительным латентным периодом, персистирующей репликацией вируса и поражением центральной нервной системы (ЦНС). Типичными приме­рами возбудителей лентивирусных инфекций служат вирус висны, вызывающий заболевание у овец, вирус иммунодефицита обезьян (SIV или ВИО) и вирус иммунодефицита кошек (FIV или ВИК). С помощью электронной микроскопии было обнаружено, что ВИЧ-1 и ВИЧ-2 очень похожи по структуре.

В то же время белки этих вирусов отличаются по молекулярному весу; кроме того, найдены различия в структуре вспомогательных генов. Филогенетически ВИЧ-2 ближе к об­наруженному у дымчатых мангобеев (Cercocebus atys) Вирусу иммунодефицита обезьян (SIVsm), чем к ВИЧ-1. Предполагается, что ВИЧ-2 перешел к человеку от обезьян.

Репликация как ВИЧ-1, так и ВИЧ-2 происходит в лимфоцитах CD4; оба вируса патогенны, хотя ВИЧ-2-инфекция, как правило, протекает легче.

Морфология ВИЧ-1

Диаметр вириона ВИЧ-1 составляет 100 нм. Снаружи вирион окружен липидной мембраной, содержащей 72 гликопротеиновых комплекса, каждый из которых образован тремя молекулами трансмембранного гликопротеина (gp41), служащими «якорем» комплекса, и тремя молекулами поверхностного гликопротеина (gp120). Силы связывания между gp120 и gp41 довольно слабые, поэтому поверхностный гликопротеин может спонтанно отсоединяться от вирусной частицы. По этой причине gp120 обнаруживается в сыворотке крови и лимфатической ткани ВИЧ-ин­фицированных. В результате отпочковывания вириона от клетки в его липопротеиновую обо­лочку попадают белки клеточной мембраны, в том числе антигены HLA классов I и II и моле­кулы адгезии, в частности ICAM-1, которые облегчают процесс адгезии вируса к новой клетке-мишени. Изнутри липопротеиновая оболочка выстлана матриксным белком p17. В кап-сиде, состоящем из белка p24, заключены две копии РНК ВИЧ-1. Каждая нить РНК ВИЧ вхо­дит в состав белково-нуклеинового комплекса, состоящего из нуклеопротеина p7 и фермента обратной транскриптазы p66 (ОТ). Вирусная частица содержит все необходимые ферменты для репликации: обратную транскриптазу (p66), интегразу (p32) и протеазу (p11) (Gelderbloom, 1993) (рис. 3.1).gp120 gp41 липидная оболочкаРис. 3.1. Схема строения вирусной частицы ВИЧ (пояснения в тексте) 1.2. Организация генома ВИЧ Процесс репликации большинства ретровирусов определяется тремя генами: Gag, pol И Env: «gag» означает «gRoup-aNtiGEn» (групповой антиген), «pol» — сокращение от «polYmerase» (полиме-раза), а «env» означает «envElope» (внешняя оболочка) (Wong-Staal, 1991) (рис. 3.2). Классическая схема структуры генома ретровирусов записывается как 5'LTR-gag-pol-env-LTR 3'. На обоих концах каждой молекулы РНК есть длинные концевые повторы (LTR, long terminal repeats), ко- Р11 протеаза Рбб обратная транскриптаза Рис.

3.2. Структура генома ВИЧ (пояснения в тексте) торые обеспечивают интеграцию в геном клетки-мишени и не кодируют вирусные белки. Гены Gag И Env Кодируют белки капсида и внешней оболочки, ген Pol — обратную транскриптазу и другие ферменты.

Кроме того, геном ВИЧ-1, состоящий из приблизительно 9000 пар нуклео-тидов, содержит еще шесть генов — Vif, vpu, vpr, tat, rev И Nef, Что увеличивает сложность строения его генома. Гены Nef, vif, vpr И Vpu Раньше называли вспомогательными, поскольку репликация вируса In vitro Возможна и без их участия. Однако за последние годы механизмы регуляции и функциональные роли этих генов и кодируемых ими белков стали более понятны.

Установлено, что продукты генов Nef, tat И Rev Синтезируются уже на ранней стадии репликации ВИЧ. Регуляторные белки Tat и Rev накапливаются в ядре и связываются с определенными участками вирусной РНК: первый с трансактивируемыми регуляторными элементами (transactivation-res-ponse elements, TAR) на участке длинных концевых повторов, а второй — с Rev-чувствитель­ными регуляторными элементами (rev response elements, RRE) в области гена env. Белок Tat ак­тивирует транскрипцию промоторной области длинных концевых повторов (LTR) и необходим для репликации вируса In vitro Почти во всех культурах клеток.

Он нуждается в клеточном ко­факторе — циклине T1 (Wei, 1998). Белки Tat и Rev стимулируют транскрипцию провирусной ДНК ВИЧ-1 в РНК, обеспечивают элонгацию РНК и транспорт РНК из ядра в цитоплазму, а также необходимы для процесса трансляции. Белок Rev обеспечивает также транспорт компо­нентов вируса из ядра и переключает процесс белкового синтеза с образования регуляторных белков на образование структурных белков.

Белок Nef выполняет несколько функций. Он подавляет экспрессию рецепторов CD4 и анти­генов HLA класса I (Collins, 1998) на поверхности ВИЧ-1-инфицированных клеток, и тем самым позволяет вирусу уклоняться от атаки цитотоксических T-лимфоцитов CD8 и от распо­знавания лимфоцитами CD4. Белок Nef может также угнетать активацию T-лимфоцитов, свя­зываясь с различными белками, участвующими в процессе внутриклеточной передачи сигнала (подробнее см.

в публикации Peter, 1998). У инфицированных вирусом иммунодефицита обезьян макак-резусов активная репликация вируса и прогрессирование болезни возможны только при условии интактности гена nef. Делеции гена Nef Были обнаружены в штаммах ВИЧ-1, выделенных от группы австралийцев с длительным непрогрессирующим течением инфекции (Kirchhoff, 1995).

Однако у некоторых из них со временем появились признаки прогрессирова-ния инфекции, в том числе снижение числа лимфоцитов CD4. Таким образом, хотя делеции гена Nef И могут замедлять репликацию вируса, их наличие не гарантирует защиту от наступле­ния стадии СПИДа. Белок Vpr, по-видимому, необходим для репликации вируса в непролиферирующих клетках, например, макрофагах.

Этот белок наряду с другими клеточными и вирусными промоторами активирует длинные концевые повторы (LTR) генома ВИЧ. Недавно было установлено, что белок Vpr играет важную роль в переносе провируса в ядро (подробнее см. в публикации Miller, 1997) и способен блокировать жизненный цикл клетки в фазе G2.

Белок Vpu играет важную роль в процессе отпочковывания вируса из клетки, поскольку мута­ции гена Vpu Приводят к накоплению вирусных частиц у поверхности клетки. Молекулы кле­точной мембраны, такие, как тезерин (CD317), способны связываться с вирионами ВИЧ-1 с дефектным геном vpu, препятствуя высвобождению вируса. Поэтому можно рассматривать ген Vpu И белок Vpu как важнейшие звенья механизма высвобождения вируса из клетки и искать возможности блокировать их действие (Neil, 2009).

Белок Vpu участвует также в разрушении комплексов CD4-gp160 в эндоплазматическом ретикулуме, позволяя тем самым gp160 вклю­чаться в формирование новых вирионов (Cullen, 1998). Согласно последним публикациям белок Vif играет важную роль в процессе репликации вируса (Mariani, 2003). Штаммы ВИЧ-1 без гена Vif Не способны реплицироваться в лимфоцитах CD4, некоторых линиях T-лимфоцитов («недоступных клетках») и макрофагах.

Такие штаммы спо­собны проникать в клетки-мишени и начинать обратную транскрипцию, однако синтез про-вирусной ДНК остается незавершенным. In vitro Слияние «доступных» и «недоступных» клеток приводит к «недоступному» фенотипу; это наблюдение позволило предположить, что репли­кация ВИЧ зависит от наличия или отсутствия некоего клеточного ингибитора. Этот эндоген­ный ингибирующий фактор был выявлен и получил название «APOBEC3G» (Sheehey, 2002).

APOBEC3G (apolipoprotein B mRNA editing enzyme catalytic polypeptide-like 3G [полипептид типа 3G, каталитический фермент, корректирующий мРНК аполипопротеина B]) принадлежит к семейству внутриклеточных ферментов, превращающих цитозин в урацил в составе мРНК или ДНК путем деаминирования, что приводит к накоплению мутаций гуанин/аденозин и рас­паду провирусной ДНК. Образуя комплекс с APOBEC3G, белок Vif блокирует ингибиторную активность APOBEC3G (рис. 3.3(a). АБ Рис.

3.3. Инфекция ВИЧ дикого типа: белок Vif взаимодействует с APOBEC3G, связывается с APOBEC3G и препятствует его встраиванию в новые вирусные частицы (рис. 3a).

Штаммы ВИЧ с делецией гена Vif Не способны ингибировать внутриклеточный APOBEC3G, который встраивается в обра­зующиеся вирусные частицы и блокирует процесс обратной транскрипции в инфицируемых ими клетках-мишенях (рис. 3б) Примечательно, что противовирусная активность APOBEC3G обнаруживается у разных видов животных, в то время как ингибирование APOBEC3G белком Vif высокоспецифично для ВИЧ. Белок Vif ВИЧ-1 не связывается с APOBEC3G мышей и макак-резусов.

В отсутствие гена Vif APOBEC3G встраивается в образующиеся вирусные частицы и блокирует синтез провирусной ДНК в инфицированных ими клетках-мишенях (рис. 3.3(б). При наличии белка Vif APOBEC3G связывается с ним, распадается и не встраивается в новые вирусные частицы. APOBEC3G син­тезируется в лимфоцитах и макрофагах — основных клетках—мишенях для ВИЧ. В дендритных клетках количество APOBEC3G зависит от состояния активности клетки. По мере созревания дендритной клетки экспрессия APOBEC3G увеличивается (Pion, 2006). В настоящее время остается много вопросов о механизмах регуляции внутриклеточного APOBEC3G. Например, существует ли пороговое количество внутриклеточного APOBEC3G, при котором блокировалось бы распространение ВИЧ с белком Vif, и существуют ли генети­ческие полиморфизмы APOBEC3G, способные влиять на течение ВИЧ-инфекции. Кроме того, ферментативная функция внутриклеточного APOBEC3G в лимфоцитах, возможно, зависит от состояния клеточной активации (Chiu, 2005).

В то же время уже описаны эпитопы, с помощью которых происходит взаимодействие белков Vif и APOBEC3G, и пути внутриклеточного рас­пада комплекса APOBEC3G-Vif. Следует заметить, что поиск специфических ингибиторов, блокирующих взаимодействие белков Vif и APOBEC3G или препятствующих внутриклеточ­ному распаду APOBEC3G, крайне перспективен с точки зрения разработки новых методов лечения ВИЧ-инфекции, поскольку теоретически риск развития устойчивости вируса к бло-катору клеточных структур минимален. В целом эти данные объясняют не только то, почему белок Vif необходим для репликации ВИЧ, но также почему репликация ВИЧ видоспецифична.

Помимо APOBEC3G, был открыт и другой клеточный фактор (см. ниже), который также объясняет видоспецифичность репликации ви­руса. Ключевая роль APOBEC3G и других цитидиновых деаминаз, возможно, не ограничивается ВИЧ-1.

Накопление мутаций гуанин/аденозин было обнаружено у различных штаммов вируса гепатита B (ВГВ). In vitro Рост уровня ДНК вируса гепатита B резко снижался в присутствии белка APOBEC3G, однако ко-трансфекция Vif Устраняла ингибиующий эффект APOBEC3G.