Установлены и охарактеризованы два ведущих механизма проникновения вирусов в клетку — трансмембранное проникновение и проникновение путем рецепторного эндоцитоза. Выбор пути, по которому происходит проникновение вируса, зависит от индивидуальных особенностей вируса, типа клеток, температуры и рН среды. Однако эти два механизма не исчерпывают всего многообразия путей, которыми пользуются вирусы для проникновения в клетку. Так, многие вирусы растений не могут преодолеть клеточную стенку и попадают внутрь только при ее механическом повреждении. Уникальным механизмом введения генома в клетку хозяина обладают бактериофаги с сократительным хвостовым отростком. Они прокалывают оболочку бактериальной клетки и впрыскивают геном в тело клетки хозяина («шприцевой» механизм). Другие бактериофаги для преодоления клеточной стенки применяют ее ферментативный лизис.
Введение вирусного генома в клетку с использованием «шприцевого» механизма за счет сокращения хвостового отростка фага
Бактериофаг T4 (Mioviridae)
Ферментативный лизис клеточной стенки
Бактериофаг φ6 (Cystoviridae)
Трансмембранное проникновение вирусов Трансмембранное проникновение вирусов или, другими словами, прямая пенетрация через клеточную мембрану, происходит, минуя стадию эндоцитоза. В основе трансмембранного проникновения вируса лежит взаимодействие со специфическим рецептором, что приводит к конформационным изменениям белков вирусной поверхности, а также конформационным изменениям компонентов цитоплазматической мембраны. Следствием конформационных изменений является проникновение в клетку нуклеокапсида или геномной нуклеиновой кислоты. Такой способ проникновения используют как оболочечные, так и безоболочечные вирусы.
Оболочечные вирусы проникают в клетку путем слияния клеточной мембраны и мембраны вирусной оболочки. Слияние происходит после взаимодействия вируса с рецептором за счет так называемых белков слияния. В клетку проникает внутренний компонент вириона (нуклеокапсид). Белки вирусной оболочки остаются на поверхности клеточной мембраны.
В ряде случаев может наблюдаться слияние не только вирусной и клеточной мембран, но и мембран соседних клеток. Слияние приводит к образованию отдельных многоядерных клеток, симпластов (многоядерный слой слившихся клеток) и синцитиев (конгломераты клеток). При высокой множественности заражения клеточные мембраны сливаются за счет вирусных белков слияния при проникновении вируса в клетку. Это так называемое слияние снаружи (миксовирусы). При низкой множественности заражения слияние клеточных мембран может происходить после проникновения вируса. В таких случаях для слияния необходимо накопление внутриклеточного пула белков слияния за счет внутриклеточного синтеза. Накопление вирусных белков внутри клетки приводит к так называемому слиянию изнутри (герпесвирусы, ретровирусы).
Пенетрация через клеточную мембрану безоболочечных вирусных частиц — это конформационно-зависимый процесс. При взаимодействии антирецепторов вирионов с белками-рецепторами клетки капсидные белки претерпевают конформационные изменения, изменяя одновременно состояние мембраны, в результате чего в клетку проникает геномная нуклеиновая кислота вируса.
Теория рецепторного эндоцитоза Теория проникновения вирусов в клетку путем рецепторного эндоцитоза впервые сформулирована в 1979 г. Голдстайном и в общих чертах повторяет хорошо изученный механизм рецепторного эндоцитоза белков и гормонов (рис.). С использованием механизма рецепторного эндоцитоза в клетку проникают как оболочечные, так и безоболочечные вирусы.
Стадия 1. Вирус связывается с клеточной поверхностью за счет комплементарного взаимодействия антирецепторных участков прикрепительных белков и рецепторов клетки мультивалентным способом.
Стадия 2. Комплекс «ВЧ-рецепторы» мигрирует в область окаймленной ямки, которая может быть ассоциирована с цитоскелетом.
Окаймленная ямка представляет собой участок цитоплазматической мембраны, ассоциированный с внутренней стороны мембраны с белковым комплексом, называемым трискелионом. Мажорным белком этого комплекса является клатрин — консервативный фибриллярный белок. Трискелион служит структурным элементом чехла окаймленного пузырька, образующегося путем эндоцитоза. Часто окаймленные ямки располагаются над пучками цитоплазматических актиновых филаментов, формирующих цитоскелет.
Стадия 3, 4. Появление комплекса «ВЧ-рецепторы» в окаймленной ямке является сигналом для активизации процесса эндоцитоза (образования эндосомы), который включает следующие стадии — переход цитоплазмы в области ямки из золя в гель за счет полимеризации актина и инвагинацию окаймленной ямки, происходящую при сокращении нитей актина (3), замыкание мембраны (4). Образуется покрытая клатрином вакуоль (эндосома).
Стадия 5. На следующем этапе происходит цепь взаимодействий покрытой эндосомы с клеточными непокрытыми везикулами, в основе которых лежит механизм слияния мембран. Слияние эндосомы с клеточной везикулой преследует своей целью освобождение от клатриновой оболочки и завершается образованием так называемой рецептосомы, теряющей клатрин.
Стадия 6. Дальнейшие события, происходящие в рецептосоме, различаются в каждом конкретном случае в зависимости от свойств белков капсида и от наличия или отсутствия вирусной оболочки. Однако общим является акт взаимодействия вирусных белков слияния с мембраной рецептосомы, с последующим раздеванием вирусной частицы и проникновением нуклеиновой кислоты к месту репликации.
У вируса гриппа, относящегося к ортомиксовирусам (оболочечные вирусы, реплицирующиеся в ядре клетки) раздевание идет в два этапа. На первом этапе снижение рН внутри рецептосомы, создаваемое за счет работы K-Na насоса, приводит к взаимодействию вирусного белка гемагглютинина с мембраной рецептосомы, в результате чего происходит слияние мембран. В итоге, в цитоплазму выходит субвирусная частица, потерявшая оболочку. В таком виде она транспортируется к ядру клетки. Второй акт раздевания происходит при взаимодействии матриксного белка субвирусной частицы (M-белок) с ядерной оболочкой, в результате чего в ядро проникает нуклеокапсид.
У ротавирусов (безоболочечные двукапсидные вирусы) раздевание вирусной частицы осуществляется в один этап. Понижение концентрации Ca, происходящее в рецептосоме после ее образования, приводит к разрушению наружного капсида вириона. Освободившиеся из состава наружного капсида белки слияния VP4 и VP7 дезинтегрируют мембрану рецептосомы, и в цитоплазму выходит внутренний капсид, содержащий нуклеиновую кислоту.
Примеры белков слияния Гемагглютинин (HA) вируса гриппа — главный вирусный антиген является прикрепительным белком (содержит антирецептор) и белком слияния. Однако эти функции выполняют разные участки HA. HA синтезируется как полипептид-предшественник и нарезается внеклеточной трипсиноподобной протеиназой на 2 субъединицы — большую (HA1) и малую (HA2). Вирионы с нерасщепленным HA неинфекционны. Инфекционность в таком случае блокируется на стадии слияния мембран и контролируется хозяином. HA1 служит антирецептором, HA2 выполняет функцию слияния. Для слияния HA с клеточной мембраной необходимо экспонирование на поверхности белковой молекулы гидрофобных аминокислот, которые облегчают внедрение аминокислотной последовательности в липидный бислой клеточной мембраны. Экспонирование происходит в результате конформационной престройки молекулы, индуцируемой при низких значениях pH (рис. 6).
Кроме вируса гриппа, низкие значения pH (5,0-5,5) необходимы для проявления активности белков слияния вирусов везикулярного стоматита, бешенства, лесов Семлики, желтой лихорадки, Эпштейна-Барр.
F-белок парамиксовирусов (вирусы Сэндай, кори, паротита, парагриппа) функционирует при нейтральных значениях pH, в связи с чем эти вирусы могут проникать в клетку трансмембранно.
F-белок представляет собой гидрофобный гликопротеин с высококонсервативным расположением остатков цистеина (рис. 7).
F-белки синтезируются как неактивные предшественники и приобретают функциональную активность после нарезания клеточной трипсиноподобной протеазой на пептиды F1 и F2. Нарезание вызывает конформационные изменения молекулы и экспонирование вновь образованного N-конца, где находится сливающий пептид. Пептид слияния на вновь образованном N-конце содержит высоконсервативную последовательность из 25 гидрофобных аминокислот, способную взаимодействовать с липидами клеточной мембраны. Пептид F2 содержит остатки цистеина, которые также участвуют в процессе слияния путем образования межбелковых-S-S-связей.
Последнее обновление страницы: 22 июня 2007 E-mail: vira-ss@narod.ru
, происходящее в рецептосоме после ее образования, приводит к разрушению наружного капсида вириона. Освободившиеся из состава наружного капсида белки слияния VP4 и VP7 дезинтегрируют мембрану рецептосомы, и в цитоплазму выходит внутренний капсид, содержащий нуклеиновую кислоту.
