Альфавирус — род РНК-вирусов , единственный род в семействе Togaviridae . Альфавирусы относятся к группе IV поклассификации вирусов Балтимора с одноцепочечным РНК- геномом с положительным смыслом. [1] Существует 32 вида альфавирусов, которые заражают различных позвоночных, таких как люди, грызуны, рыбы, птицы и более крупных млекопитающих, таких как лошади, а также беспозвоночных . [1] Альфавирусы, которые могут заражать как позвоночных, так и членистоногих, называются альфавирусами с двойным хозяином, в то время как альфавирусы, специфичные для насекомых, такие как вирус Эйлата и вирус Яда-яда, ограничены своим компетентным вектором-членистоногим. [2] Передача между видами и их позвоночными хозяевами (включая человека) происходит в основном через комаров, что делает альфавирусы членом коллекции арбовирусов — или вирусов, переносимых членистоногими . [1] Частицы альфавируса имеют оболочку, диаметр 70 нм, имеют тенденцию быть сферическими (хотя и слегка плеоморфными ) и имеют изометрический нуклеокапсид размером 40 нм . [3]
Альфавирусы — это небольшие, сферические, оболочечные вирусы с геномом из одной нити положительной РНК. Общая длина генома составляет от 11 000 до 12 000 нуклеотидов, и имеет 5' -кэп и 3'- поли-А-хвост . Четыре гена неструктурных белков кодируются в 5'-двух третях генома, в то время как три структурных белка транслируются с субгеномной мРНК, колинеарной с 3'-третью генома.
В геноме есть две открытые рамки считывания (ORF), неструктурная и структурная. Первая из них неструктурная и кодирует белки (nsP1–nsP4), необходимые для транскрипции и репликации вирусной РНК. Вторая кодирует три структурных белка: основной белок нуклеокапсида C и белки оболочки P62 и E1, которые ассоциируются как гетеродимер . Поверхностные гликопротеины , закрепленные на вирусной мембране, отвечают за распознавание рецепторов и проникновение в клетки- мишени посредством слияния мембран .
Протеолитическое созревание P62 в E2 и E3 вызывает изменение вирусной поверхности. Вместе E1, E2 и иногда E3, гликопротеиновые «шипы» образуют димер E1/E2 или тример E1/E2/E3, где E2 простирается от центра к вершинам, E1 заполняет пространство между вершинами, а E3, если присутствует, находится на дистальном конце шипа. [4] При воздействии на вирус кислотности эндосомы E1 диссоциирует от E2, образуя гомотример E1 , который необходим для этапа слияния, чтобы соединить клеточную и вирусную мембраны вместе. Альфавирусный гликопротеин E1 является вирусным белком слияния класса II, который структурно отличается от белков слияния класса I, обнаруженных в вирусе гриппа и ВИЧ. Структура вируса леса Семлики выявила структуру, которая похожа на структуру флавивирусного гликопротеина E, с тремя структурными доменами в той же первичной последовательности . [5] Гликопротеин E2 функционирует для взаимодействия с нуклеокапсидом через свой цитоплазматический домен, в то время как его эктодомен отвечает за связывание клеточного рецептора . Большинство альфавирусов теряют периферический белок E3, но у вирусов Семлики он остается связанным с вирусной поверхностью.
Четыре неструктурных белка (nsP1–4), которые производятся как один полипротеин, составляют репликационный аппарат вируса. [6] Обработка полипротеина происходит в высокой степени регулируемым образом, с расщеплением на стыке P2/3, влияющим на использование шаблона РНК во время репликации генома. Этот сайт расположен в основании узкой щели и не является легкодоступным. Перед расщеплением nsP3 создает кольцевую структуру, которая окружает nsP2. Эти два белка имеют обширный интерфейс.
Мутации в nsP2, которые производят нецитопатические вирусы или температурно-чувствительные фенотипы, кластеризуются в области интерфейса P2/P3. Мутации P3 напротив местоположения нецитопатических мутаций nsP2 предотвращают эффективное расщепление P2/3. Это, в свою очередь, влияет на инфекционность РНК, изменяя уровни производства вирусной РНК.
Вирус имеет диаметр 60–70 нанометров . Он покрыт оболочкой, имеет сферическую форму и имеет геном РНК с положительной цепью размером ~12 килобаз. Геном кодирует два полипротеина. Первый полипротеин состоит из четырех неструктурных единиц: в порядке от N-конца к C-концу — nsP1, nsP2, nsP3 и nsP4. Второй — структурный полипротеин, состоящий из пяти единиц экспрессии: от N-конца к C-концу — капсид, E3, E2, 6K и E1. Субгеномная РНК с положительной цепью — РНК 26S — реплицируется из промежуточного продукта РНК с отрицательной цепью. Это служит матрицей для синтеза вирусных структурных белков. Большинство альфавирусов имеют консервативные домены, участвующие в регуляции синтеза вирусной РНК.
Нуклеокапсид диаметром 40 нанометров содержит 240 копий капсидного белка и имеет икосаэдрическую симметрию T = 4. Вирусные гликопротеины E1 и E2 встроены в липидный бислой. Отдельные молекулы E1 и E2 ассоциируются, образуя гетеродимеры. Гетеродимеры E1–E2 образуют контакты один к одному между белком E2 и мономерами нуклеокапсида. Белки E1 и E2 опосредуют контакт между вирусом и клеткой-хозяином.
Было идентифицировано несколько рецепторов. К ним относятся прохибитин , фосфатидилсерин , гликозаминогликаны и субъединица АТФ-синтазы β (нужна ссылка).
Репликация происходит в цитоплазме, в частности в областях, называемых «сферулами», отделенных от остальных инвагинациями плазматической мембраны. Каждый комплекс занимает одну такую область с внутренним диаметром около 50 нм. [7]
Вирионы созревают, прорастая через плазматическую мембрану, где усваиваются кодируемые вирусом поверхностные гликопротеины E2 и E1. Эти два гликопротеина являются мишенями многочисленных серологических реакций и тестов, включая нейтрализацию и торможение гемагглютинации. Альфавирусы демонстрируют различные степени антигенной перекрестной реактивности в этих реакциях, и это формирует основу для семи антигенных комплексов, 32 видов и многих подтипов и разновидностей. Белок E2 является местом большинства нейтрализующих эпитопов, в то время как белок E1 содержит более консервативные, перекрестно-реактивные эпитопы.
Изучение этого таксона позволяет предположить, что эта группа вирусов имеет морское происхождение, в частности, из Южного океана, и что впоследствии они распространились как в Старый, так и в Новый Свет. [8]
В этом роде есть три подгруппы: подгруппа вируса леса Семлики (вирусы леса Семлики, О'ньонг-ньонг и реки Росс); подгруппа вируса восточного энцефалита лошадей (вирусы восточного энцефалита лошадей и венесуэльского энцефалита лошадей) и подгруппа вируса Синдбис. [9] Вирус Синдбис, географически ограниченный Старым Светом, более тесно связан с подгруппой восточного энцефалита лошадей, которые являются вирусами Нового Света, чем с подгруппой вируса леса Семлики, которая также встречается в Старом Свете.
К роду отнесены следующие виды: [10]
Семь комплексов:
Вирус леса Бармах связан с вирусом леса Семлики. Вирус Мидделбурга, хотя и классифицируется как отдельный комплекс, может быть членом группы вирусов леса Семлики.
Вероятно, этот род произошел в Старом Свете от вируса растений, переносимого насекомыми. [12]
Вирус Синдбис, возможно, возник в Южной Америке. [13] Вирусы энцефалита лошадей и вирус Синдбис являются родственными.
Вирусы Старого и Нового Света, по-видимому, разошлись между 2000 и 3000 лет назад. [14] Расхождение между вирусом венесуэльского энцефалита лошадей и восточным вирусом лошадей, по-видимому, произошло ~1400 лет назад. [15]
Видимо, заражающая рыб клада является базальной по отношению к другим видам.
Вирус южного морского слона, по-видимому, связан с кладой Sinbis.
Существует множество альфавирусов, распространенных по всему миру и способных вызывать заболевания у людей. Инфекционный артрит , энцефалит , сыпь и лихорадка являются наиболее часто наблюдаемыми симптомами. Более крупные млекопитающие, такие как люди и лошади, обычно являются тупиковыми хозяевами или играют незначительную роль в передаче вируса; однако в случае венесуэльского энцефалита лошадей вирус в основном усиливается у лошадей. В большинстве других случаев вирус сохраняется в природе у комаров, грызунов и птиц.
Инфекции наземного альфавируса распространяются насекомыми-переносчиками, такими как комары. После укуса человека инфицированным комаром вирус может проникнуть в кровоток, вызывая виремию . Альфавирус также может попасть в ЦНС , где он может расти и размножаться внутри нейронов. Это может привести к энцефалиту , который может быть смертельным.
Когда человек инфицирован этим конкретным вирусом, его иммунная система может играть роль в очистке от вирусных частиц. Альфавирусы способны вызывать выработку интерферонов . Антитела и Т-клетки также участвуют. Нейтрализующие антитела также играют важную роль в предотвращении дальнейшего заражения и распространения.
Диагностика основана на клинических образцах, из которых вирус может быть легко выделен и идентифицирован. В настоящее время нет вакцин против альфавируса. Контроль переносчиков с помощью репеллентов, защитной одежды, уничтожение мест размножения и распыление являются предупредительными мерами выбора. [ необходима цитата ]
Альфавирусы представляют интерес для исследователей генной терапии , в частности, вирус Росс-Ривер, вирус Синдбис , вирус леса Семлики и вирус венесуэльского энцефалита лошадей использовались для разработки вирусных векторов для доставки генов. Особый интерес представляют химерные вирусы, которые могут быть образованы с альфавирусными оболочками и ретровирусными капсидами. Такие химеры называются псевдотипированными вирусами. Псевдотипы альфавирусной оболочки ретровирусов или лентивирусов способны интегрировать гены , которые они несут, в обширный диапазон потенциальных клеток-хозяев, которые распознаются и инфицируются альфавирусными оболочечными белками E2 и E1. Стабильная интеграция вирусных генов опосредуется ретровирусными внутренностями этих векторов.
Существуют ограничения на использование альфавирусов в области генной терапии из-за отсутствия у них таргетинга, однако, посредством введения вариабельных доменов антител в неконсервативную петлю в структуре E2 были нацелены определенные популяции клеток. Более того, использование целых альфавирусов для генной терапии имеет ограниченную эффективность как из-за того, что несколько внутренних альфавирусных белков участвуют в индукции апоптоза при инфицировании, так и из-за того, что альфавирусный капсид опосредует только временное введение мРНК в клетки-хозяева. Ни одно из этих ограничений не распространяется на псевдотипы альфавирусной оболочки ретровирусов или лентивирусов. Однако экспрессия оболочек вируса Синдбис может привести к апоптозу, а их введение в клетки-хозяева при инфицировании псевдотипированными ретровирусами оболочки вируса Синдбис также может привести к гибели клеток. Токсичность оболочек вируса Синдбис может быть причиной очень низких титров продукции, реализуемых упаковочными клетками, сконструированными для производства псевдотипов Синдбис.
Другая отрасль исследований, связанная с альфавирусами, — это вакцинация. Альфавирусы могут быть сконструированы для создания векторов репликонов , которые эффективно вызывают гуморальные и Т-клеточные иммунные ответы. В этом контексте репликоны были названы самоамплифицирующимися РНК . [16] Репликоны не способны передаваться новым клеткам, поскольку у них отсутствуют последовательности, кодирующие структурные белки, которые заменяются интересующим геном, таким как антиген, для выработки иммунитета против заболевания. Поэтому их можно использовать для вакцинации против вирусных, бактериальных, простейших и опухолевых антигенов.
Первоначально семейство Togaviridae включало то, что сейчас называется Flaviviruses , в пределах рода Alphavirus . Флавивирусы были выделены в отдельное семейство, когда были отмечены достаточные различия с альфавирусами из-за развития секвенирования. [17] Вирус краснухи ранее был включен в семейство Togaviridae в его собственный род Rubivirus , но теперь классифицируется в его собственное семейство Matonaviridae . [18] Alphavirus теперь является единственным родом в семействе.
внимание, что до 2000 г. вид "Ochlerotatus vigilax" назывался "Aedes vigilax".
