Вирусная оболочка — это внешний слой многих типов вирусов . [1] Она защищает генетический материал в их жизненном цикле при перемещении между клетками-хозяевами. Не у всех вирусов есть оболочки. Вирусный оболочечный белок или белок E — это белок в оболочке, который может быть приобретен капсидом из инфицированной клетки-хозяина.
Многочисленные патогенные вирусы человека, находящиеся в обращении, заключены в липидные бислои и заражают свои целевые клетки, заставляя вирусную оболочку и клеточную мембрану сливаться. Хотя существуют эффективные вакцины против некоторых из этих вирусов, для большинства из них не существует профилактических или лечебных средств. В большинстве случаев известные вакцины действуют, индуцируя антитела, которые не позволяют патогену проникать в клетки. Это происходит в случае оболочечных вирусов, когда антитела связываются с белками вирусной оболочки.
Событие слияния мембран, которое запускает проникновение вируса, вызывается вирусным белком слияния . Многие оболочечные вирусы имеют только один видимый белок на поверхности частицы, который необходим как для опосредования адгезии к поверхности клетки, так и для последующего процесса слияния мембран. Чтобы создать потенциально защитные вакцины для человеческих патогенных оболочечных вирусов, для которых в настоящее время нет вакцины, важно понять, как антитела взаимодействуют с белками вирусной оболочки, в частности с белком слияния, и как антитела нейтрализуют вирусы.
Оболочечные вирусы проникают в клетки, присоединяя клеточную мембрану к своей липидной бислойной мембране. Праймирование протеолитической обработкой, либо белка слияния, либо сопутствующего белка, необходимо для большинства вирусных белков слияния. Затем стадия праймирования подготавливает белок слияния к запуску процессами, которые сопровождают присоединение и поглощение, что часто происходит во время транспортировки белка слияния к поверхности клетки, но может также происходить внеклеточно. До сих пор структурные исследования выявили два вида вирусных белков слияния. Считается, что эти белки катализируют один и тот же механизм в обеих ситуациях, что приводит к слиянию двух бислоев. Другими словами, эти белки действуют как ферменты, которые, имея различные структурные вариации, катализируют одну и ту же химическую реакцию. [2]
Оболочки обычно происходят из частей мембран клеток- хозяев ( фосфолипиды и белки), но включают некоторые вирусные гликопротеины . Одной из основных частей патогенных вирусов человека является гликопротеин. Было показано, что они играют важную роль в иммунитете и инфекции. [3] Вирусные гликопротеины, новый класс клеточных ингибиторных белков, были обнаружены. К ним относятся убиквитинлигазы E3 из семейства мембранно-ассоциированных RING-CH (MARCH), которые, среди прочего, подавляют экспрессию белков клеточной поверхности, участвующих в адаптивном иммунитете. [4] Будучи в основном состоящей из мембраны хозяина, вирусная оболочка также может иметь белки, связанные с клеткой-хозяином внутри своей мембраны после почкования. [5] Многие оболочечные вирусы созревают, почковавшись на плазматической мембране, что позволяет им высвобождаться из инфицированных клеток. Во время этой процедуры вирусные трансмембранные белки, также известные как шиповидные белки , интегрируются в мембранные везикулы , содержащие компоненты вирусного ядра (капсида).
В течение очень долгого времени считалось, что шиповидные белки, которые необходимы для инфекционности, напрямую включены в вирусное ядро через их цитоплазматические домены. Недавние исследования показывают, что хотя такие прямые взаимодействия могут быть причиной почкования альфавирусов, это может быть не так для ретровирусов и вирусов с отрицательной цепью РНК . Эти вирусы могут образовывать частицы почек даже при отсутствии шиповидных белков, полагаясь только на компоненты вирусного ядра. Шиповидные белки иногда могут быть получены как вирусоподобные частицы без вирусного ядра. Следовательно, оптимальное почкование и высвобождение могут зависеть от скоординированного действия «толкай-тяни» между ядром и шипом, где олигомеризация обоих компонентов имеет важное значение. [6]
Они могут помогать вирусам избегать иммунной системы хозяина . Тирозинкиназы рецепторов TAM усиливают фагоцитарный клиренс апоптотических клеток и подавляют иммунологические реакции, вызванные Toll-подобными рецепторами и интерферонами типа I (IFN), когда они активируются лигандами Gas6 и Protein S. Фосфолипид фосфатидилсерин можно увидеть на мембранах нескольких оболочечных вирусов, которые они используют для связывания Gas6 и Protein S для активации рецепторов TAM.
Вирусы, покрытые лигандом, стимулируют сигнализацию IFN типа I, активируют рецепторы TAM на дендритных клетках (DC) и подавляют сигнализацию интерферона типа II, чтобы обойти защиту хозяина и способствовать инфицированию. Дефицитные TAM DC демонстрируют ответы IFN типа I, которые более выражены, чем у клеток дикого типа, в ответ на воздействие вируса. В результате флавивирусы и псевдотипированные ретровирусы испытывают трудности с инфицированием дефицитных TAM DC, хотя инфекция может быть возвращена антителами IFN типа I. Между тем, ингибитор киназы TAM предотвращает инфицирование диких DC. Рецепторы TAM, которые являются потенциальными мишенями для терапии, тем самым активируются вирусами для снижения сигнализации IFN типа I. [7] Гликопротеины на поверхности оболочки служат для идентификации и связывания с рецепторными участками на мембране хозяина. Конкретный набор вирусных белков участвует в серии структурных изменений. Когда эти изменения установлены/завершены, тогда и только тогда происходит слияние с мембраной хозяина. [8] Эти гликопротеины опосредуют взаимодействие между вирионом и клеткой хозяина, обычно инициируя слияние между вирусной оболочкой и клеточной мембраной хозяина. [9] В некоторых случаях вирус с оболочкой образует эндосому внутри клетки хозяина. [10] Существует три основных типа вирусных гликопротеинов: белки оболочки, мембранные белки и шиповидные белки (E, M и S). [11] Затем вирусная оболочка сливается с мембраной хозяина, позволяя капсиду и вирусному геному проникнуть и заразить хозяина. [ необходима цитата ]
Все оболочечные вирусы также имеют капсид , еще один слой белка, между оболочкой и геномом. [1] Вирус обертывает свою нежную нуклеиновую кислоту белковой оболочкой, известной как капсид, от латинского capsa, что означает «коробка», чтобы защитить ее от этой враждебной среды. Подобно тому, как многочисленные кирпичи собираются вместе, чтобы сформировать стену, капсид состоит из одного или нескольких отдельных типов белков, которые многократно повторяются, чтобы сформировать весь капсид. Этот повторяющийся узор создает прочный, но довольно гибкий капсид. Нуклеиновая кислота внутри капсида надлежащим образом защищена своим скромным размером и физической сложностью его открытия. Нуклеокапсид вириона состоит из нуклеиновой кислоты и капсида. Помните, что геномы большинства вирусов очень малы. Гены кодируют инструкции по производству белков, поэтому небольшие геномы не могут кодировать много белков. Поэтому капсид вириона состоит из одного или всего лишь нескольких белков, которые повторяются снова и снова, чтобы сформировать структуру. Вирусная нуклеиновая кислота была бы физически слишком большой, чтобы поместиться внутри капсида, если бы она состояла из более чем нескольких белков. [12] Капсид, имеющий целевую роль защиты генома в дополнение к уклонению от иммунного распознавания. [13] Вирусный капсид известен своей защитой РНК до того, как она будет вставлена в клетку-хозяина, в отличие от вирусной оболочки, которая защищает белковый капсид. [14]
Клетка, из которой отпочковывается вирус , часто умирает или ослабевает и в течение длительного периода выделяет больше вирусных частиц. Липидная двухслойная оболочка этих вирусов относительно чувствительна к высыханию , теплу и амфифилам, таким как мыло и моющие средства , поэтому эти вирусы легче стерилизовать, чем не имеющие оболочки вирусы, они имеют ограниченную выживаемость вне среды хозяина и, как правило, должны передаваться напрямую от хозяина к хозяину. Устойчивость вирусной оболочки, будь она оболочкой или голой, является фактором, определяющим долговечность вируса на неодушевленных поверхностях. [15] Оболочечные вирусы обладают большой приспособляемостью и могут изменяться за короткое время, чтобы уклониться от иммунной системы. Оболочечные вирусы могут вызывать стойкие инфекции . [ требуется цитата ]
Вакцинация против оболочечных вирусов может функционировать путем нейтрализации активности гликопротеина антителами. [16]
Устранение способности вируса формировать оболочку (путем удаления или инактивации структурного белка) или почковаться изучалось как метод получения вирусов, неспособных к репликации [17] [18] [19] [20] [21] .
Ниже приведены некоторые примеры видов оболочечных вирусов:
Ниже приведены некоторые примеры вирусов без оболочки:
