Механизмы проникновения вирусов в клетку. Биохимические и цитофизиологические аспекты

МЕХАНИЗМЫ ПРОНИКНОВЕНИЯ ВИРУСОВ В КЛЕТКУ. БИОХИМИЧЕСКИЕ И ЦИТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ.

Введение

Вирусные инфекции составляют многочисленную группу инфекционных заболеваний, возбудители которой относятся к единственным известным в настоящее время неклеточным формам жизни, паразитирующим на молекулярно-генетическом уровне клетки. Внеклеточно вирион биологически инертен и не способен к репродукции и индукции обменных процессов. После проникновения в клетку вирус начинает функционировать как самостоятельная генетическая единица. Таким образом, основные события вирусного инфицирования макроорганизма происходят на клеточном уровне, и изучение закономерностей течения инфекции в клетке позволяет понять механизмы развития патологического процесса в целом.

Известно, что вирусы млекопитающих проникают в клетки, используя их рецепторы, но только в последнее десятилетие начались исследования молекулярных механизмов поэтапного проникновения этих инфекционных агентов. Данный процесс определяет последующую транспортировку вирусной геномной информации к сайтам ее считывания и репродукции в клетке-хозяине. На настоящий момент термином "вход" обозначается четыре этапа инициации жизненного цикла вирусов в клетках-мишенях.

К первому этапу относится присоединение вирионов к рецепторам клеточной мембраны, при котором происходят первоначальные конформационные изменения белков наружной оболочки вирусов. Ко второму, - взаимодействие с корецепторами посредниками проникновения вируса в клетку. Этот процесс сопровождается дальнейшими конформационными изменениями белковых компонентов вирусной оболочки, а также изменениями клеточной плазмалеммы. Третьим этапом является непосредственное перемещение вируса в клеточной мембране, обозначаемое термином проникновение или "penetration" и осуществляемое с помощью различных механизмов. К заключительному - четвертому, этапу входа относится освобождение генома вируса от нуклеокапсидной оболочки и начало транскрипции его РНК.

На третьем этапе входа вирусов в клетку необходимо остановиться, поскольку именно в последние годы были сделаны определенные открытия, связанные с возможностью использования новых методов исследования, позволяющих изучать молекулярную основу различных процессов в живых клетках. Так, ранее относительно механизмов входа вируса в клетку было принято, что отдельный или несколько гетерогенных вирионов могут проникать в клетку различными способами, такими как: микрофагоцитозом - виропексисом, локальным нарушением целостности клеточной плазмалеммы, а также путем прямого слияния с нею оболочки вируса. По данным современной литературы различают 6 способов проникновения вирусов в клетки: макропиноцитоз, три вида эндоцитоза (клатрин-зависимый, клатрин-независимый и холестерол-зависимый), с помощью образования кавеол (вогнутости плазматической мембраны) и подобный последнему механизм, зависимый от динамина.

Как известно, взаимодействие вируса и клетки может происходить двумя путями: неспецифическим (инициируется при случайном столкновении, когда вирионы удерживаются на клеточной поверхности за счет электростатических сил) и специфическим (осуществляется при наличии на клеточной поверхности рецепторов, обеспечивающих прочное прикрепление вируса к клетке). После адгезии вирус проникает через плазмалемму и затем происходит перемещение его генома к определенным участкам цитоплазмы и ядра клетки, где инициируется процесс репродукции.

1.  Присоединение вирионов к рецепторам клеточной мембраны

Как клеточные, так и вирусные рецепторы относятся к специфическим структурам и комплементарны друг другу. Определение специфичности этапа адгезии чрезвычайно важно, так как именно в начальной стадии вирусного инфицирования определяются клетки-хозяева и проявляется тропизм вирусов к определенным типам тканей. Природа клеточных рецепторов крайне разнообразна, и их функция тесно связана со структурой клеточной поверхности. По химическому составу все рецепторы клеток подразделяются на две группы:

1) содержащие липиды - липопротеиновые рецепторы;

2) содержащие углеводы - мукопротеиновые рецепторы.

Несмотря на существующее многообразие поверхностных вирусных белков, определяющих антигенную специфичность, различные типы вирусов для присоединения к клеткам могут использовать одинаковые клеточные рецепторы, при этом известно, что на липопротеиновых рецепторах избирательно адсорбируются миксовирусы и аденовирусы, тогда как арбовирусы и энтеровирусы на мукопротеиновых.

Для выявления и идентификации клеточных рецепторов, специфичных для вирусов, используются различные методы исследования, например, биохимические, когда клеточные рецепторы прицельно могут быть разрушены определенными ферментами. С помощью последних было установлено, что группа вирусов, таких как короновирусы, вирусы гриппа А, В и С, способны связываться с ацетилнейроаминными кислотами. Наибольшая группа специфичных для вирусов рецепторов определена путем использования моноклональных антител, иммобилизированных на аффинном геле, а также метода рекомбинантной ДНК технологии. Так, для аденовирусов рецепторами являются интегрины групп α и β, сульфатированные протеогликаны, для вирусов гепатита - олигомерные лектины, для флавивирусов - глюкозаминогликаны (CD81 и др.), Fс γ и гепаран сульфат протеогликаны. Существенно, что некоторые вирусы для прикрепления к клеткам могут использовать более чем один рецептор, как было обнаружено для вирусов комплекса герпеса, или с одним и тем же рецептором одномоментно могут связываться два вируса. Так, известен факт конкуренции аденовирусов и вируса Коксаки В за рецептор суперсемейства иммуноглобулинов - CAR.