Биология на грипните вируси на база проучвания

Грипните вируси, принадлежащи към семейството Orthomyxoviridae, обхващат три основни типа: A, B и C.

Тези вируси са уникални поради техните сегментирани РНК геноми с отрицателна верига. Въпреки че споделят общ генетичен произход, всеки тип е различен и пренареждането се извършва в рамките на всеки тип, но не и между видовете.

Грипните вируси тип А се характеризират с подтипове на техните повърхностни гликопротеини, хемаглутинин (HA) и невраминидаза (NA). Вирусите показват стандартизирана номенклатура, отразяваща вида на вируса, изолирания вид, местоположението, броя на изолата, годината и за подтипове на грип A, HA и NA.

Структура и организация на вириона

Изследването на вируси на грип A и B чрез електронна микроскопия разкрива неразличими сферични или нишковидни форми.

Вирионът, приблизително 100 nm в диаметър за сферичните форми и над 300 nm с дължина за нишковидните форми, включва гликопротеинови шипове (HA и NA), стърчащи от¹липидна мембрана ²Palese P, Shaw ML. Orthomyxoviridae: Вирусите и тяхната репликация. В: Knipe DM, Howley PM, редактори.Вирусология. Филаделфия: Lippincott Williams Google Scholar .

Матричните (M2) йонни канали пресичат обвивката и вирионното ядро се състои от M1 протеинова матрица, ядрен експортен протеин (NEP) и рибонуклеопротеинов (RNP) комплекс.

Вирионите на грип B споделят подобна организация, но заместват M2 с NB и BM2 ³Zebedee SL, Lamb RA. Протеин М2 на грипен вирус А: моноклонално антитяло ограничаване на растежа на вируса и откриване на М2 във вирионите. J Virol. 1988 август;62(8):2762–72.

Вирионите на грип C се различават структурно, но поддържат сходство в състава с обсипаните с гликопротеин липидни обвивки, протеинови матрици и RNP комплекси.

Структура на генома

Геномите на вирусите на грип А и В се състоят от осем сегмента на едноверижна вирусна РНК (vRNA) с отрицателен смисъл, докато вирусът на грип С има седемсегментен геном.

Всеки сегмент е номериран с намаляваща дължина. Специфични сегменти кодират различни протеини: PB2, PA, HA, NP, PB1 (с потенциална алтернативна рамка за четене, кодираща PB1-F2), NA, M1 и интерферон-антагонист NS1 и NEP/NS2.

При грип B допълнителни протеини като NB и BM2 са кодирани в специфични сегменти. Грип C има геномна структура, подобна на A и B,но липсва HA и NA ⁴ Hatta M, Kawaoka Y. NB протеинът на вируса на грип В не е необходим за репликация на вируса in vitro. J Virol. 2003 май; 77 (10), включващ протеина хемаглутинин-естераза-сливане (HEF). Следователно, грип С има един сегмент по-малко от вирусите А или В.

Разбирането на сложната структура и организация на грипните вируси дава представа за тяхната способност да претърпяват антигенен дрейф и изместване, позволявайки избягване на имунните отговори на гостоприемника.

Антигенен дрейф и изместване: Механизми на еволюцията

Сегментираният характер на геномите на грипния вирус играе ключова роля в способността им да претърпят антигенен дрейф и изместване.

Антигенният дрейф включва постепенни мутации във вирусния геном, особено в гените, кодиращи HA и NA. Тази постоянна еволюция води до малки промени във вируса с течение на времето, което му позволява да избегне разпознаването от предишния придобит имунитет.

Обратно, антигенното изместване възниква, когато има голямо пренареждане на генетичен материал между различни грипни вируси. Това може да доведе до появата на нов вирус с комбинация от повърхностни протеини, които преди това не са били срещани от имунната система.

Вирусните протеини: ключови участници в инфекцията

Да познаваме добре функциите на ключовите вирусни протеини, е от решаващо значение за разбирането на инфекциозния процес.

НА гликопротеинът улеснява навлизането на вируса в клетките гостоприемници чрез свързване към рецепторите на сиалова киселина на клетъчната повърхност. След като влезе вътре, вирусната РНК се освобождава в клетката гостоприемник, инициирайки процеса на инфекция. NA гликопротеинът, от друга страна, подпомага освобождаването на новообразувани вириони от инфектирани клетки чрез разцепване на остатъци от сиалова киселина.

М2 йонният канал, присъстващ в грипни вируси А и В, играе жизненоважна роля в процеса на отстраняване на покритието, позволявайки освобождаването на вирусна РНК в цитоплазмата на клетката гостоприемник. Матричните протеини (M1, NB и BM2) осигуряват структурна цялост на вириона и са от съществено значение за сглобяването и размножаването на нови вирусни частици.

Разпознаване на сиалова киселина

Грипните вируси инициират инфекция чрез разпознаване на N-ацетилневраминова (сиалова) киселина върху повърхността на клетката гостоприемник.

Сиаловите киселини, монозахариди с девет въглеродни киселини, са широко разпространени в различни типове клетки и животински видове. Спецификата на взаимодействието се състои в α-2,3- илиα-2,6-връзките ⁵Couceiro JN, Paulson JC, Baum LG. Щамовете на грипния вирус селективно разпознават сиалилолигозахариди върху човешкия респираторен епител; ролята на клетката гостоприемник в селекцията на специфичността на хемаглутининовия рецептор. Virus Res. 1993 август; 29 (2): 155–65 между крайната сиалова киселина и галактозата.

Шиповете на НА върху повърхностите на грипния вирус се свързват с двете връзки. Човешките трахеални епителни клетки показват предимно α-2,6-връзки, докато епитела на червата на патица е богат на α-2,3-връзки.

Вирусите на птичия грип могат да заразят хората и приматите. Диференциалната експресия на сиаловите киселини в долните дихателни пътища може да обясни ниската инфекциозност, но високата патогенност на някои птичи щамове.

Кристална структура на НА

Кристалната структура на молекулата НА разкрива тримерна конфигурация с ясно изразени участъци на стеблото и глобуларната глава.

Главата съдържа рецепторното място за свързване на сиалова киселина, заобиколено от променливи антигенни детерминанти.

По време на репликацията на вируса НА се подлага на разцепване на НА1 и НА2 от серинови протеази ⁶Steinhauer DA. Роля на разцепването на хемаглутинин за патогенността на грипния вирус. Вирусология. 1999 25 май; 258.

Докато HA1 съдържа рецепторно свързване и антигенни места, HA2 е замесен в медиирането на сливането на вирусната обвивка с клетъчните мембрани.

Антигенният дрейф възниква, когато вирусът развива аминокиселинни промени в антигенни места, което му позволява да избегне неутрализацията от антителата на гостоприемника.

Навлизане в организма на вирусио

След прикрепването вирусът се ендоцитира и киселинността на ендозомалното отделяне става решаваща.

Ниското pH задейства конформационна промяна в НА, който улеснява сливането на вирусната обвивка с ендозомалната мембрана.

Едновременно с това йонният канал M2 улеснява вътрешното подкисляване чрез изпомпване на водородни йони във вирусната частица. Този процес нарушава вътрешните протеин-протеинови взаимодействия, позволявайки на вирусните RNP да бъдат освободени в цитоплазмата на клетката гостоприемник.

Насочване към йонния канал M2

Протеинът М2, специфичен за вируса на грип А, е трансмембранен йонен канал. Той е мишена за антигрипните лекарства от класа амантадин, които блокират активността на йонните канали, предотвратявайки отстраняването на вируса.

Поради присъствието си на повърхността, протеинът М2 също се счита за потенциален компонент на ваксината.

Синтез на вирусна РНК

Трафик към ядрото на клетката гостоприемник

Освободени от вириона, RNPs се транспортират до ядрото на клетката гостоприемник чрез сигнали за ядрена локализация на вирусни протеини (NLSs). Ядрото служи като място за синтез на РНК на грипния вирус. Вирусната РНК-зависима РНК полимераза, част от внесените RNPs, използва vRNA с отрицателен смисъл като матрица, генерирайки видове РНК с положителен смисъл за синтез на вирусен протеин и комплементарни РНК (cRNA) междинни продукти за геномна vRNA транскрипция.

Синтез на вирусни протеини

Протеините на обвивката HA, NA и M2 се синтезират от вирусна и РНК върху ⁷ros JF, Palese P. Трафик на вирусна геномна РНК в и извън ядрото: вируси на грип, Thogoto и Borna. Virus Res. 2003 септември; 95 (1–2) вирусна и РНК върху мембранно свързани рибозоми.

Те претърпяват сгъване и посттранслационна модификация в ендоплазмения ретикулум, преди да бъдат транспортирани до апарата на Голджи.

Сигналите за апикално сортиране насочват тези протеини към клетъчната мембрана за сглобяване на вириони. Докато се знае по-малко за транслацията и сортирането на протеини без обвивка, се смята, че M1 улеснява опаковането на комплекса RNP-NEP с протеини, свързани с обвивката, в мембраната на клетката гостоприемник.

Разработване на ваксина

Разбирането на генетичното разнообразие и структурните вариации сред грипните вируси е от решаващо значение за разработването на ефективни ваксини ⁸Neirynck S, Deroo T, Saelens X, Vanlandschoot P, Jou WM, Fiers W. Универсална ваксина срещу грип A, базирана на извънклетъчния домен на протеина M2. Nat Med. 1999 октомвриразработването на ефективни ваксин.

Ваксините са предназначени да предизвикат имунен отговор срещу специфични вирусни компоненти, често насочени към HA и NA протеините.

Постоянно променящата се природа на грипните вируси обаче налага непрекъснато наблюдение и периодични актуализации на съставите на ваксината, за да се осигури оптимална ефикасност.

В заключение, разкриването на сложността на грипните вируси, от техните геномни структури до функциите на ключови вирусни протеини, предоставя ценна информация за механизмите на вирусната еволюция и инфекцията.

Това знание не само подобрява нашето разбиране за сезонния характер на грипа, но също така насочва усилията за разработване на ваксини и стратегии за обществено здраве за борба с този постоянно адаптиращ се вирусен враг.

Референции:

1. Palese P, Shaw ML. Orthomyxoviridae: The Viruses and their Replication. In: Knipe DM, Howley PM, editors. Fields Virology. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins; 2007. [Google Scholar]

2. Zebedee SL, Lamb RA. Influenza A virus M2 protein: monoclonal antibody restriction of virus growth and detection of M2 in virions. J Virol. 1988 Aug;62(8):2762–72. [PMC free article]

3. 19. Couceiro JN, Paulson JC, Baum LG. Щамовете на грипния вирус селективно разпознават сиалилолигозахариди върху човешкия респираторен епител; ролята на клетката гостоприемник в селекцията на специфичността на хемаглутининовия рецептор. Virus Res. 1993 август; 29 (2): 155–65. [ PubMed ] [ Google Scholar ]

4. Steinhauer DA. Роля на разцепването на хемаглутинин за патогенността на грипния вирус. Вирусология. 1999 25 май; 258 (1): 1–20. [ PubMed ] [ Google Scholar ]

5. Cros JF, Palese P. Трафик на вирусна геномна РНК в и извън ядрото: вируси на грип, Thogoto и Borna. Virus Res. 2003 септември; 95 (1–2):3–12. [ PubMed ] [ Google Scholar ]

6. Neirynck S, Deroo T, Saelens X, Vanlandschoot P, Jou WM, Fiers W. Универсална ваксина срещу грип A, базирана на извънклетъчния домен на протеина M2. Nat Med. 1999 октомври; 5 (10): 1157–63. [ PubMed ] [ Google Scholar ]