CC BY
62
ОБЗОРЫ
ОБЗОРЫ
© ЖИРНОВ О.П., 2016 УДК 578.832.1:578.32:581.1
Жирнов О.П.
асимметричная структура вируса гриппа а и новая функция
матриксного белка м1
Институт вирусологии им. Д.И. Ивановского ФГБУ «Федеральный научно-исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, 123098, г. Москва
Вирус гриппа А относится к оболочечным вирусам. Структура вируса включает 2 основных модуля: наружную липопротеидную оболочку и внутренний рибонуклеопротеид (РНП), содержащий геномную негативно-полярную рНк. В состав липопротеидной оболочки входят 4 вирусных белка: наружные гли-копротеиды гемагглютинин (НА), нейраминидаза (NA), трансмембранный белок ионных каналов М2 и минорное количество белка ядерного экспорта NEP. РНП состоит из вирусной РНК и четырех полипептидов: главного нуклеокапсидного белка NP и трех полимеразных белков PB1, PB2, PA. Оба модуля соединены в вирусной частице сетью белкового матрикса М1, который поддерживает структурную целостность вирио-на - так называемая функция структурной интеграции вириона. В соответствии со структурной функцией белки NP и M1 доминируют в вирионе и содержатся в количестве 1000 и 3000 молекул соответственно. Помимо структурной функции матриксный белок выполняет ряд функций по регуляции внутриклеточного транспорта и ядерного экспорта вирусного РНП и сборки вирусных частиц (budding) на плазматической мембране в инфицированных клетках. В статье рассматривается биполярная структура вирусной частицы с асимметричной локализацией вирусных рНп и неравномерной сетью матрикса М1 и белка ионных каналов М2. Обсуждается роль матриксного белка М1 в поддержании асимметричной локализации вирусных РНП в вирусной частице и регуляции их транспорта внутри вирусной частицы из головного вирусного домена к месту выхода из вириона. Приведены первые экспериментальные данные о том, что транспорт вирусных РНП внутри вирусной частицы направляется белком М1, и этот транспорт необходим для завершения процесса "раздевания" вируса и инициации инфекционного процесса в клетке-мишени. Высказана идея о создании нового класса антивирусных химиопрепаратов, активирующих АТФазы ранних эндосом в клетке-мишени.
К л ю ч е в ы е с л о в а: вирус гриппа; структура; проникновение вируса; Ml; кислый рН.
Для цитирования: Жирнов О.П. Асимметричная структура вируса гриппа А и новая функция матриксного белка М1. Вопросы вирусологии. 2016; 61 (4): 149-154. DOI: 10.18821/0507-4088-2016-61-4-149-154
Zhirnov O.P.
ASYMMETRIC STRUCTURE OF THE INFLUENZA A VIRUS AND NOVEL FUNCTION OF THE MATRIX
PROTEIN M1
D.I. Ivanovsky Institute of Virology «Federal Research Centre of Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. Gamaleya», Moscow, 123098, Russian Federation Influenza virus is an enveloped virus. It comprises two major modules: external lipoprotein envelope and internal ribonucleoprotein (RNP) containing the genomic negative-strand RNA. Lipoprotein envelope contains four vital proteins: hemagglutinin (HA), neuraminidase (NA), transmembrane ionic channel M2, and minor amounts of nuclear export protein NEP. RNP contains RNA and four polypeptides: major nucleocapsid protein NP and three polymerase subunits PB1, PB2, PA. Both modules are linked with each other by matrix M1 maintaining the virus integrity. According to the structural function, NP and M1 are predominant in virus particle in the amounts of 1000 and 3000 molecules, respectively. In addition to the structural function, M1 plays a role in regulation of intracellular and nuclear migration of viral RNP and virus assembly, referred as budding process, at the plasma membrane in infected cells. The bipolar structure of the influenza virus characterized by asymmetric location of RNP and nonregular distribution of M1 and M2 inside the virion is reviewed. The role of M1 in maintaining the asymmetric structure of the virus particle and regulation of RNP transport inside virus particle is considered. First experimental data confirming (i) intravirion RNP transport and its outside exit directed by the M1 and (ii) the importance of this process in virus uncoating and initiation of infection in target cell are discussed. A novel class of antiviral agents activating ATP-ase of the early endosome compartment in the target cell is discussed.
K e y w o r d s: influenza virus; .structure; virus entry; Ml; acidic pH.
This paper is dedicated to a great Russian scientist, Academician N.V. Kaverin.
For citation: Zhirnov O.P. Asymmetric structure of the influenza A virus and novel function of the matrix protein M1. Voprosy Virusologii (Problems of Virology, Russian journal).2016; 61(4): 149-154. (In Russ.). DOI 10.18821/0507-4088-2016-61-4-149-154
Для корреспонденции: Жирнов Олег Петрович, д-р биол. наук, проф., зав. лаб. вирусного патогенеза, Институт вирусологии им. Д. И. Ивановского ФГБУ «Федеральный научно-исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, 123098, г. Москва, E-mail: [email protected]
problems of virology. 2016; 61 (4)
DOI 10.18821/0507-4088-2016-61-4-149-154 REVIEWS
For correspondence: Oleg P. Zhirnov, Doctor of Biological Sciences, professor, head of the laboratory of viral pathogenesis
D.I. Ivanovsky Institute of Virology «Federal Research Centre of Epidemiology and Microbiology named after the honorary
academician N.F. Gamaleya», Moscow, 123098, Russian Federation, E-mail: [email protected]
Acknowledgments. The author is grateful to Professor A. A. Manykin for participation in electron microscopy studies.
Funding. This work was supported by grants RFBR No. 13-04-001824, 16-54-12063 .
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Received 23 July 2015
Accepted 19 November 2015
Введение
Структура вируса гриппа А включает 2 основных модуля: наружную липопротеидную оболочку и внутренний рибонуклеопротеид (РНП), содержащий вирусную РНК негативной полярности. Липопротеидная оболочка сформирована липидным бислоем, в который погружены 3 трансмембранных белка: гемагглютинин (НА), нейраминидаза (ЫА) и белок ионных каналов М2. РНП состоит из 8 сегментов РНК, упакованной основным вирусным белком ЫР и тремя полипептидами вирусной полимеразы РВ1, РВ2, РА. Белок ЫР является одним из главных структурных белков и присутствует в количестве около 1000 молекул на вирион [1]. Оба модуля связаны в вирусной частице белковым матриксом М1, который количественно превосходит другие вирусные белки и присутствует в виде 3000 молекул [1].
Вирус гриппа А имеет 2 класса частиц: сферические диаметром около 100 нм и филаментозные в виде тяжей диаметром около 100 нм и длиной, достигающей 20 мкм [2]. Сферический и филаментозный фенотипы вируса обусловлены особенностями вирусного матрикса М1 и трансмембранного белка ионных каналов М2, которые влияют на взаимодействие вирусного РНП с липидной мембраной в составе вируса и клеточной мембраной при сборке вируса в инфицированных клетках [3-7], а также клеточными факторами ¿аЬ-11 [8]. Обе морфологические формы имеют высокую инфекционную активность [3]. Настоящая работа сфокусирована на рассмотрении структуры вируса гриппа А сферической формы. Этот тип вирионов доминирует в вирусных препаратах при пассировании вируса в клеточных культурах и куриных эмбрионах [9].
До настоящего времени модель строения вируса гриппа А представляется в форме симметричного шара. Согласно этой модели, вирус имеет шаровидную форму со случайным распределением компонентов как в липидной оболочке, так и во внутренней полости, которую, как считается, равномерно заполняют 8 сегментов РНП, а внутренняя сфера вириона симметрично выстлана матриксным белком М1 [10, 11]. На рис. 1 (см. вторую полосу обложки) изображена традиционная симметричная модель вируса гриппа А. Однако в последнее время накапливаются данные, позволяющие пересмотреть указанную симметричную модель. В этом плане можно рассматривать 3 группы наблюдений, которые ставят под сомнение симметричную модель вируса:
• данные о структурной перестройке вируса под влиянием кислого рН и ее влиянии на функциональные свойства вируса;
• данные о механизме почкования вирусных частиц в инфицированных клетках;
• данные о локализации сегментов РНП в вирусных частицах.
1. Структурные и функциональные превращения вируса гриппа под влиянием кислого рН
Вирус гриппа имеет 2 функциональных состояния, которые определены структурной формой поверхностного гликопротеида НА. Вирусный гликопротеид существует в форме нерасщепленного белка НА0 с мол. массой 75 кД и в расщепленной форме в виде двух субъединиц НА1 (55 кД) и НА2 (20 кД), связанных дисульфидной связью. Расщепление НА0 ^ НА1 + НА2 осуществляют мембранно-связанные протеазы клетки-хозяина. Ви-рионы, содержащие НА0, - неинфекционные и не могут инициировать инфекцию клеток-мишеней, а вирионы с НА1/НА2 обладают полноценной инфекционностью [12]. Оказалось, что эти классы вирионов по-разному чувствительны к обработке кислым рН в диапазоне 4,0-5,0 и различным образом изменяют свою структуру. После обработки кислым рН в вирионах обоих классов обнаруживались выпячивания (пузыри) липидной оболочки по одному на вирион, которые имели размер около 25-30 нм и были лишены наружных поверхностных шипов НА и ЫА [13, 14]. Через эти везикулы внутрь вириона входил краситель при инкубации в кислой среде, что указывало на их проницаемость для ионов. Важным оказалось наблюдение специфической проницаемости оболочки вируса только у вирионов класса НА1/НА2, тогда как вирионы с НА0 оказались непроницаемыми в кислой среде [14].
Возникал вопрос: будет ли закисление среды оказывать влияние на внутреннюю структуру вируса? Исследования с помощью электронной микроскопии показа-
Рис. 2. Морфология вируса гриппа А после экспозиции в кислой среде. Вирус А/АкЫ/2/68 (Н3Ы2) выращивали в культуре клеток МДСК-Н в присутствии трипсина для расщепления вирусного белка НА0 ^ НА1 + НА2 (НА1/НА2) и синтезированный вирус экспонировали при рН 4,5. Образцы исследовали в электронном микроскопе с помощью негативного контрастирования фосфорно-вольфрамовой кислотой (ФВК). а - исходный вирус; б - начальное закисление и вход ФВК через наружный пузырь; в - терминальная стадия закисления и распад вириона в зоне пузыря. Стрелкой показана зона пузыря.
ОБЗОРЫ
Рис. 3. Комплексирование РНП с белком М1 в вирусе после экспозиции в кислой среде в присутствии римантадина. Вирус А/АюЫ/2/68 (Н3К2) выращивали в культуре клеток МДСК-Н в присутствии трипсина для расщепления вирусного белка НА0 ^ НА1 + НА2 (НА1/НА2) и синтезированный вирус экспонировали при рН 4,5. Далее вирус инкубировали в кислой среде, разрушали липидную оболочку неионным детергентом КР-40 и разделяли на фракции РНП и фракцию растворимых белков (ФРБ). Белки идентифицировали с помощью метода вестерн-блот. При экспозиции в кислой среде белок переходит из фракции РНП во фракцию растворимых белков. При инкубации в присутствии римантадина М1 сохраняет связь с РНП и обнаруживается во фракции РНП.
ли, что внутренняя полость вируса с НА1/НА2 быстро закисляется, вызывая распад вирусных частиц в зоне пузыря (рис. 2). При распаде освобождались структуры свободного вирусного РНП, что говорило о разрушении связи М1-РНП внутри вируса. Напротив, вирионы с НА0 имели полную непроницаемость и сохраняли структурную целостность в кислой среде. Эти наблюдения дали основание считать, что ионные каналы М2 у вируса с НА0 находились в неактивном закрытом состоянии. У вируса с НА1/НА2 каналы М2 обладали проницаемостью для протонов, что приводило к закислению внутри вируса и потере структурной целостности внутренней структуры вируса.
Для проверки этого предположения проводили эксперименты с римантадином - ингибитором ионных каналов М2 вируса гриппа А [15]. В качестве критерия внутренней целостности исследовали комплексирование РНП с белковым матриксом М1. Оказалось, что предобработка вируса НА1/НА2 с римантадином полностью предотвращала нарушение связи М1 с РНП при инкубации в кислой среде (рис. 3). Напротив, у вируса НА1/НА2, не обработанного римантадином, экспозиция в кислой среде полностью разрушала взаимодействие М1-РНП. Эти наблюдения указывают на то, что, во-первых, эффект внутреннего закисления вируса опосредован каналом М2, и, во-вторых, такое закисление приводит к дезинтеграции матрикса М1 с РНП внутри вирусной частицы.
Вполне естественно возник вопрос о влиянии кислого рН на биологические свойства вируса, в частности на инфекционную активность вируса и полимеразную активность его внутреннего РНП. Влияние кислого рН на эти активности оказалось зависимым от формы белка НА в вирусе. Вирус с НА0 сохранял инфекционность после кислотной обработки, тогда как вирус с НА1/НА2 быстро терял инфекционность уже после 5-10-минутной экспозиции в кислой среде. Кроме этого, такая кислотная экспозиция оказывала избирательное действие на полимеразную активность РНП внутри вируса. Если по-лимеразная активность РНП внутри вируса с НА0 была на низком уровне и практически не изменялась после кислотной обработки, активность РНП в вирусе с НА1/ НА2 значительно возрастала в 5-10 раз (рис. 4). В со-
вокупности эти, на первый взгляд, парадоксальные данные имели следующее логическое объяснение. При кислотной обработке вируса с НА1/НА2 происходит закис-ление его внутреннего объема, которое ведет к распаду комплекса М1-РНП и освобождению вирусного РНП от ингибиторного воздействия белка М1 [16-18], что приводило к экзальтации его полимеразной активности. Напротив, у вируса с НА0 вследствие закупорки ионных каналов М2 не происходит внутреннего закисления и сохраняется контакт белка М1 с РНП, препятствующий полимеразной функции РНП.
Важный вопрос, требующий объяснения: почему вирус с НА1/НА2 и активированным РНП не имел инфекционной активности? Наиболее логичным представляется предположение о том, что РНП не может самостоятельно выходить из вириона в клетке-мишени. Для этого ему нужен контакт с матриксом М1. В этом процессе М1, вероятно, играет роль моторного белка, осуществляющего активный выход вирусного РНП из вириона. В вирусных частицах с асимметричной структурой сегменты РНП, локализованные в головном домене, должны выходить с противоположного (анального) полюса. Такой внутривирионный транспорт РНП может происходить по каналам белкового матрикса М1 посредством последовательного перескока. Возможно, вирусный белок КЕР, который обнаруживается в вирионном матриксе М1 [19], участвует в этом транспорте в кооперации с М1. При нарушении М1-зависимого транспорта вирус терял инфекционность, несмотря на высокую полимеразную активность РНП. Схематично этот процесс проиллюстрирован на рис. 5 (см. на вторую полосу обложки).
2. Формирование асимметричной структуры вируса гриппа А при его сборке и почковании на плазматической мембране клетки
Важные данные, подтверждающие концепцию асимметричной структуры вируса гриппа, представлены в работе японских авторов [11, 20]. С помощью метода электронной томографии авторы установили неравномерное распределение сегментов РНП внутри вирусной частицы. Все сегменты группировались в виде грозди, которая прикреплялась к матриксу М1 в определенном сайте внутренней сферы вириона. Свободные концы РНП свешивались внутрь полости вириона на различную глубину в зависимости от длины сегмента. Асим-
100-, 9080706050403020100-
1 +
2 +
4
+
Рис. 4. Полимеразная и инфекционная активность вирусного РНП после экспозиции с кислым рН. Вирус гриппа А с НА0 (1, 2) или НА1/НА2 (3, 4) инкубировали в кислой среде с рН 4,5 (1, 3). Далее исследовали полимеразную активность вири-онного РНП. Знаками «+» и «-» показан инфекционный и неинфекционный вирус соответственно.
REVIEWS
Рис. 7. Схема почкования вируса гриппа А на плазматической мембране клетки-
мишени.
Показаны последовательные стадии асимметричного образования вириона: а - образование липид-ного микродомена на плазматической мембране; б - фаза инвагинации вирусного РНП; в - фаза отшнуровывания и почкования вириона.
метричная локализация сегментов РНП внутри вируса имеет важные характеристики, связанные с их функцией и процессом сборки вируса на клеточной мембране.
Как известно, сегменты РНП вируса гриппа, имеющие форму «сковородки с ручкой», формируются из закрученной самой на себя спирали РНК в комплексе с главным нуклеокапсидным белком NP. 3' - и 5'-концевые участки РНК сохранены на конце «ручки», и на них локализованы субъединицы вирусной полимеразы. Как сказано выше, сегменты РНП в составе вируса не активны в РНК-полимеразной реакции, и на этом основании можно предположить, что РНП-сегменты связаны с ма-триксом М1 посредством своей «ручки», содержащей субъединицы полимеразы. Такая связь М1 с полимера-зами сохраняла РНП в неактивном состоянии. Инкубация вируса с НА1/НА2 в кислой среде разрушает этот комплекс, что ведет к активации полимеразной функции свободного РНП в составе вируса (см. рис. 4).
Вторая важная характеристика внутривирионной локализации комплексов РНП связана с их участием в сборке вируса (так называемом почковании) на плазматической мембране в инфицированной клетке. Известно, что процесс почкования начинается с подбора 8 сегментов и их концентрации на определенном участке плазматической мембраны, так называемом «плотике» [21-23]. Далее происходит инвагинация комплекса («грозди») РНП клеточной мембраной, содержащей вирусные белки НА, NA и М2. Завершается процесс выпячиванием (так называемый budding), замыканием липидной мембраны в кольцо и отшнуровыванием частицы вируса. В зоне отшнуровывания вириона концентрируется вирусный белок М2 (и, возможно, NA), которому приписывают ключевую роль в процессе отпочкования вири-она от мембраны клетки (рис. 6, см. на второй полосе обложки). В результате почкования формируется асимметричная (ракетообразная) структура вируса, когда в головном домене сконцентрирован комплекс РНП, а в анальном полюсе сконцентрирован отшнуровывающий белок М2, повышенное количество NA и брешь в белковом матриксе М1 (рис. 6, 7).
Важная особенность асимметричной структуры вируса гриппа заключается в неравномерном распределении
белкового матрикса М1 в вирионе. В частности, внутри белкового ма-трикса обнаруживались небольшие бреши, лишенные белка М1 [24, 25]. Такую брешь авторы связывали с участком отшнуровывания при почковании вириона на плазматической мембране. Наши наблюдения формирования пузырей на поверхности вирионов в кислой среде полностью согласуются с таким предположением. Наиболее вероятно, такая брешь в М1-матриксе соответствует участку образования пузыря в вирионе при кислотной экспозиции. Именно по причине отсутствия белкового матрикса в зоне пузыря происходит его преимущественный разрыв по сравнению с соседними ригидными участками, покрытыми матриксом М1. Отсутствие матрикса М1 в зоне пузыря согласуется также с наблюдением отсутствия шипов НА и ЫА на его поверхности, поскольку шипы этих гликопротеи-дов, как известно, заякорены своими трансмембранными концами в белковый матрикс М1 [26].
3. Роль асимметричной структуры вируса на этапе внедрения в клетку и новые химиотерапевтические мишени
Главным механизмом внедрения вируса гриппа А в клетку-мишень при ее инфекции служит клатрин-зависимый клеточный рецепторный эндоцитоз [27]. В качестве возможных второстепенных механизмов для внедрения вируса гриппа А могут использоваться также пиноцитоз или кавеолин-зависимый путь [28]. В ходе рецепторного эндоцитоза вирус входит в фазу ранних эндосом, имеющих рН около 6,0, и далее переходит в поздние эндосомы с рН в диапазоне 4,4-5,0, где завершается процесс освобождения от липопротеидной оболочки и освобождения РНП. Вышедшие свободные РНП взаимодействуют с клеточными медиаторами («карго»), осуществляющими внутриядерный транспорт, и уже в ядре на матрице РНП начинается репликативная фаза синтеза вирусных РНК. Преодолевая последовательно фазу ранних и поздних эндосом, вирус гриппа претерпевает воздействие градиента рН от слабокислого 6,0 до кислого 4,5. Более того, на этом маршруте вирус проходит смену концентрации К+ от низкой в ранних эндосо-мах до высокой в поздних эндосомах [29].
Преодолевая кислую среду эндосом и калиевый шифт, вирус гриппа должен избежать преждевременного за-кисления внутренней полости вириона, вызывающего дестабилизацию М1-РНП-связи и ингибирование его инфекционности (см. выше раздел 1). Чтобы согласовать эти, на первый взгляд, противоречивые данные, мы предположили, что М1-регулируемый транспорт РНП из головной части в анальный домен внутри вируса происходит на этапе ранних эндосом еще до момента более мощного закисления в поздних эндосомах (см. рис. 5). В поздних эндосомах происходит разрыв связи РНП с ма-триксом М1, который реализуется уже в анальном домене вириона в зоне пузыря и легко освобождает РНП для взаимодействия с клеточными белками-перевозчиками, осуществляющими его транспорт в клеточное ядро. Таким образом, асимметричная структура вируса позволя-
ет вирусному РНП до последнего момента оставаться в защищенном состоянии, что, вероятно, предохраняет его от контакта с клеточными антивирусными белками, так называемыми паттерн-распознающими рецепторами (PPR), включая RIG-I-хеликазы, TLR-рецепторы (toll-like receptors), NLR-рецепторы (nucleotide-binding and leucine-rich receptors) [30, 31].
Результаты, касающиеся быстрой потери инфекцион-ности вируса под действием кислого рН 4,0-5,0, создают платформу для поиска и конструирования нового класса противовирусных химиопрепаратов, способных влиять на рН среды вне или внутри клетки-мишени. Это предположение вытекает из концепции об активной роли ма-триксного белка М1 в выходе РНП из вирусной частицы и разрушении этого процесса при преждевременном за-кислении. К 1-й группе можно отнести вещества, способные понижать рН среды, в которой находится вирус, например в назобронхиальном сурфактанте, до 4,0-5,0. В этом случае продуцируемый эпителием вирус будет быстро инактивироваться и терять способность заражать новые клетки. 2-ю группу могут составить вещества, способные понижать кислотность ранних внутриклеточных эндосом. Логично предположить, что понижения рН эндосом можно достичь с помощью агентов, способных активировать АТФазный протоновый насос ранних эндосом и уменьшать рН с 6,0 до 5,0 и ниже в этом клеточном компартменте. В этом случае у вируса гриппа при вхождении в клетку уже в зоне ранних эндосом будет реализовываться преждевременное разрушение связи М1-РНП, делающее невозможным выход РНП в поздних эндосомах и ведущее к инактивации вируса, как это представлено на рис. 5. По механизму действия активаторы протонового насоса можно рассматривать как патогенетические антагонисты таких препаратов, как амантадин и римантадин, которые, напротив, блокируя вирусные каналы М2, как бы замораживают дезинтеграцию вируса в клетке-мишени и останавливают инфекционный процесс [15].
Заключение
Исследования последних лет позволяют рассматривать асимметричную структуру вируса гриппа А, состоящую из головного домена, в котором сконцентрирован комплекс из 8 сегментов вирусного РНП и локализованного на противоположном полюсе вириона кольцевого участка (анального домена), лишенного белкового матрикса М1 и окруженного по периферии скоплением белка М2 и, возможно, NA. Асимметричность структуры вируса гриппа А формируется в стадии сборки вируса на плазматической мембране клетки-мишени, когда комплекс РНП инициирует выпячивание и последующую инвагинацию вирусной частицы фрагментом клеточной ли-пидной мембраны. Процесс выпячивания (budding) завершается перетяжкой мембраны и отшнуровыванием зрелой вирусной частицы от клеточной мембраны, его главным медиатором выступает вирусный белок ионного канала М2, а белок М1 образует кольцевую брешь (анус) в этом участке вирусной частицы. По этой причине зона ануса является наиболее слабым местом в вирусной оболочке. Анальный домен вируса может наиболее легко разрушаться при вхождении и раздевании вируса в эндосоме клетки-мишени и через образовавшийся разрыв РНП выходит в цитоплазму и затем мигрирует в ядро, чтобы инициировать процесс вирусной репликации. Транспорт РНП из головного в анальный домен
ОБзОрЫ
вируса для выхода из вируса, вероятно, осуществляется матриксным белком М1 (возможно, в кооперации с вирусным NEP). Этот транспорт РНП внутри вириона важен для запуска инфекции в клетке-мишени, и его повреждение ведет к потере вирусом инфекционности. Преждевременное закисление можно рассматривать как платформу для создания нового класса антивирусных химиопрепаратов.
Автор благодарит проф. А.А. Маныкина за помощь в проведении электронно-микроскопических исследований.
Автор посвящает статью памяти великого российского ученого - академика РАН Каверина Н.В.
Финансирование. Работа поддержана грантами РФФИ № 13-04-001824, 16-54-12063.
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
ЛИТЕРАТУРА (пп. 2-12, 14-15, 17-31 см. REFERENCES)
1. Жирнов О.П., Букринская А.Г. Белки вируса гриппа. Включение вновь синтезированных вирусных белков в вирионы. Вопросы вирусологии. 1982; (5): 549-56. 13. Жирнов О.П., Маныкин А.А. рН-зависимые перестройки в структуре вируса гриппа А. Вопросы вирусологии. 2014; 59 (3): 41-6.
16. Жирнов О.П. Белки вируса гриппа: солюбилизация in vitro матрикс-ного белка М1 вириона зависит от протеолитического нарезания гемагглютинина и от рН. В кн.: Каверин Н.В., ред. Молекулярная биология и генетическая инженерия вирусов. М.; 1989: 50-7.
REFERENCES
1. Zhirnov O.P., Bukrinskaya A.G. The proteins of influenza virus. Inclusion of newly synthesized viral proteins into virions. Voprosy virusologii. 1982; (5): 549-56. (in Russian)
2. Kilbourne E.D., Murphy J.S. Genetic studies of influenza viruses. I. Viral morphology and growth capacity as exchangeable genetic traits. Rapid in ovo adaptation of early passage Asian strain isolates by combination with PR8. J. Exp. Med. 1960; 111: 387-406.
3. Roberts P.C., Lamb R.A., Compans R.W. The M1 and M2 proteins of influenza A virus are important determinants in filamentous particle formation. Virology. 1998; 240 (1): 127-37.
4. McCown M.F., Pekosz A. The influenza A virus M2 cytoplasmic tail is required for infectious virus production and efficient genome packaging. J. Virol. 2005; 79 (6): 3595- 605.
5. Iwatsuki-Horimoto K., Horimoto T., Noda T., Kiso M., Maeda J., Watanabe S. et al. The cytoplasmic tail of the influenza A virus M2 protein plays a role in viral assembly. J. Virol. 2006; 80 (11): 5233-40.
6. Elleman C.J., Barclay W.S. The M1 matrix protein controls the filamentous phenotype of influenza A virus. Virology. 2004; 321 (1): 144-53.
7. Roberts K.L., Leser G.P., Ma C., Lamb R.A. The amphipathic helix of influenza a virus M2 protein is required for filamentous bud formation and scission of filamentous and spherical particles. J. Virol. 2013; 87 (18): 9973-82.
8. Bruce E.A., Digard P., Stuart A.D. The Rab11 pathway is required for influenza A virus budding and filament formation. J. Virol. 2010; 84 (12): 5848-59.
9. Choppin P.W., Murphy J.S., Tamm I. Studies of two kinds of virus particles which comprise influenza A2 virus strains. III. Morphological characteristics: independence to morphological and functional traits. J. Exp. Med. 1960; 112: 945-52.
10. McHardy A.C., Adams B. The role of genomics in tracking the evolution of influenza A virus. PLoS Pathog. 2009; 5 (10): e1000566.
11. Eisfeld A.J., Neumann G., Kawaoka Y. At the centre: influenza A virus ribonucleoproteins. Nat. Rev. Microbiol. 2015; 13 (1): 28-41.
12. Zhirnov O.P., Klenk H.D., Wright P.F. Aprotinin and similar protease inhibitors as drugs against influenza. Antiviral. Res. 2011; 92 (1): 27-36.
13. Zhirnov O.P., Manykin A.A. pH-dependent adjustment in the
REvIEws
structure of the influenza virus A. Voprosy virusologii. 2014; 59 (3): 41-6. (in Russian)
14. Zhirnov O.P., Manykin A.A. Abnormal morphological vesicles in influenza a virus exposed to acid pH. Bull. Exp. Biol .Med. 2015; 158 (6): 776-80.
15. Pinto L.H., Lamb R.A. The M2 proton channels of influenza A and B viruses. J. Biol. Chem. 2006; 281 (14): 8997-9000.
16. Zhirnov O.P. The proteins of influenza virus: solubilization in vitro matrix protein M1 virion depends on proteolytic cutting hemagglutinin and the pH. In: Kaverin N.V., ed. Molecular Biology and Genetic Engineering of Viruses [Molekulyarnaya biologiya i geneticheskaya inzheneriya virusov]. Moscow; 1989: 50-7. (in Russian)
17. Zhirnov O.P. Solubilization of matrix protein M1/M from virions occurs at different pH for orthomyxo- and paramyxoviruses. Virology. 1990; 176 (1): 274-9.
18. Zhirnov O.P. Isolation of matrix protein M1 from influenza viruses by acid-dependent extraction with nonionic detergent. Virology. 1992; 186 (1): 324-30.
19. Yasuda J., Nakada S., Kato A., Toyoda T., Ishihama A. Molecular assembly of influenza virus: association of the NS2 protein with virion matrix. Virology. 1993; 196 (1): 249-55.
20. Noda T., Sugita Y., Aoyama K., Hirase A., Kawakami E., Miyazawa A. et al. Three-dimensional analysis of ribonucleoprotein complexes in influenza A virus. Nat. Commun. 2012; 3: 639.
21. Nayak D.P., Balogun R.A., Yamada H., Zhou Z.H., Barman S. Influenza virus morphogenesis and budding. Virus Res. 2009; 143 (2): 147-61.
22. Rossman J.S., Lamb R.A. Influenza virus assembly and budding. Virology. 2011; 411 (2): 229-36.
23. Rossman J.S., Jing X., Leser G.P., Lamb R.A. Influenza virus M2 protein mediates ESCRT-independent membrane scission. Cell. 2010; 142 (6): 902-13.
24. Harris A., Cardone G., Winkler D.C., Heymann J.B., Brecher M., White J.M. et al. Influenza virus pleiomorphy characterized by cryoelectron tomography. Proc. Natl. Acad. Sci. U S A. 2006; 103 (50): 19123-7.
25. Barman S., Nayak D.P. Lipid raft disruption by cholesterol depletion enhances influenza A virus budding from MDCK cells. J. Virol. 2007; 81 (22): 12 169-78.
26. Ali A., Avalos R.T., Ponimaskin E., Nayak D.P. Influenza virus assembly: effect of influenza virus glycoproteins on the membrane association of M1 protein. J. Virol. 2000; 74 (18): 8709-19.
27. Helenius A. Unpacking the incoming influenza virus. Cell. 1992; 69 (4): 577-8.
28. Sieczkarski S.B., Whittaker G.R. Influenza virus can enter and infect cells in the absence of clathrin-mediated endocytosis. J. Virol. 2002; 76 (20): 10 455-64.
29. Stauffer S., Feng Y., Nebioglu F., Heilig R., Picotti P., Helenius A. Stepwise priming by acidic pH and a high K+ concentration is required for efficient uncoating of influenza A virus cores after penetration. J. Virol. 2014; 88 (22): 13 029-46.
30. Akira S., Uematsu S., Takeuchi O. Pathogen recognition and innate immunity. Cell. 2006; 124 (4): 783-801.
31. Moore C.B., Ting J.P. Regulation of mitochondrial antiviral signaling pathways. Immunity. 2008; 28 (6): 735-9.
Поступила 23.07.15 Принята в печать 19.11.15
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2016 УДк 615.371:578.823.91
Алексеев К.П., Кальнов С.Л., Гребенникова Т.В., Алипер Т.И.
ротавирусная инфекция человека. стратегии вакцинопрофилактики
Институт вирусологии им. Д.И. Ивановского ФГБУ «Федеральный научно-исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, 123098, г. Москва
Ротавирус был впервые выделен в 1973 г. от больных диареей детей в Австралии. В развивающихся странах сотни тысяч детей ежегодно погибают от этого вируса, пик смертности приходится на самые бедные страны. По данным ВОЗ, ротавирусная инфекция уносит ежегодно около 440 тыс. детских жизней, являясь по важности третьей после пневмонии и малярии причиной смертности. Ротавирус распространен повсеместно и к 5 годам почти каждый ребенок на планете хотя бы раз сталкивался с этим патогеном. Ротавирус отличается высоким генетическим и антигенным разнообразием. Наибольшее значение для человека имеет ротавирус группы А, а наиболее распространенными на сегодняшний день генотипами являются в1Р[8], в2Р[4], в3Р[8], С4Р[8], й9Р[8] и в меньшей степени в12Р[8]. Выделяют 3 устойчивых сочетания генов ротавируса, обозначаемых об-1 и Аи-1. Предполагают их происхождение от ротави-русов свиней, крупного рогатого скота (КРС), собак и кошек соответственно. Описаны случаи межвидовых переходов ротавируса от животных к человеку. Первые вакцины против ротавирусной инфекции были основаны на естественно аттенуированном вирусе животного происхождения. Их эффективность, особенно в развивающихся странах, оказалась недостаточной, однако сегодня в Китае и Индии применяются вакцины на основе ротавирусов животного происхождения. Методом реассортации на основе ротавируса КРС WC3 была получена успешно применяемая сегодня пентавалентная вакцина против основных серо-типов ротавируса человека RotaTeq. Способность ротавируса обеспечивать защиту и против гетероло-гичных изолятов учли при разработке другой вакцины - Го{апх, созданной на основе генотипа С1Р1А[8]. Эффективность этих вакцин в развивающихся странах значительно снижена (до 51%), стоимость дозы высока, поэтому поиски более эффективных, безопасных и недорогих вакцин против ротавирусной инфекции продолжаются во всем мире.
К л ю ч е в ы е с л о в а: обзор; ротавирус; вакцина; межвидовые переходы.
Для цитирования: Алексеев К.П., Кальнов С.Л., Гребенникова Т.В., Алипер Т.И. Ротавирусная инфекция человека. Стратегии вакцинопрофилактики. Вопросы вирусологии. 2016; 61 (4): 154-159. БО!: 10.18821/0507-4088-2016-61-4-154-159
Для корреспонденции: Алексеев Константин Петрович, канд. биол. наук, ст. науч. сотр. лаб. прикладной вирусологии и биотехнологии, Институт вирусологии им. Д.И. Ивановского ФГБУ «Федеральный научно-исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почетного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России, 123098, г. Москва, E-mail: [email protected]
