Книга: Медицинская микробиология, иммунология и вирусология

Механизм взаимодействия ВИЧ с клеткой

Механизм взаимодействия ВИЧ с клеткой

Проникнув в организм, вирус в первую очередь атакует клетки, содержащие специфический для него рецептор CD4. Этот рецептор имеют в большом количестве Т-хелперы, в меньшем – макрофаги и моноциты, особенно к вирусу чувствительны Т-хелперы.

Вирус распознает CD4-рецепторы с помощью своего белка gр120. Процесс взаимодействия ВИЧ с клеткой протекает по следующей схеме: рецепторопосредованная адсорбция ? окаймленная ямка ? окаймленный пузырек ? лизосома. В неймембрана вириона сливается с мембраной лизосомы, и нуклеокапсид, освобожденный от суперкапсида, выходит в цитоплазму; на пути к ядру он разрушается, и высвобождаются геномная РНК и ассоциированные с ней компоненты сердцевины. Далее обратная транскриптаза синтезирует на вирионной РНК минус-цепь ДНК, затем РНК-аза Н разрушает вирионную РНК, а вирусная ДНК-полимераза синтезирует плюс-цепь ДНК. На концах ДНК-провируса образуются 5'-LTR и 3'-LTR. ДНК-провирус может находиться в ядре некоторое время в неактивной форме, но рано или поздно он с помощью своей интегразы встраивается в хромосому клетки-мишени. В ней провирус находится в неактивном состоянии до тех пор, пока данный Т-лимфоцит не будет активирован микробными антигенами или другими иммунокомпетентными клетками. Активация транскрипции клеточной ДНК регулируется особым ядерным фактором (NF-kB). Он является ДНК-связывающим белком и вырабатывается в большом количестве при активации и пролиферации Т-лимфоцитов и моноцитов. Этот белок связывается с определенными последовательностями клеточной ДНК и сходными последовательностями LTR ДНК-провируса и индуцирует транскрипцию как клеточной ДНК, так и ДНК-провируса. Индуцируя транскрипцию ДНК-провируса, он и осуществляет переход вируса из неактивного состояния в активное и соответственно персистентной инфекции – в продуктивную. Пребывание провируса в неактивном состоянии может продолжаться очень долго. Активация вируса является критическим моментом в его взаимодействии с клеткой.

С момента проникновения вируса в клетку начинается период ВИЧ-инфекции – вирусоносительства, которое может продолжаться 10 и более лет; а с момента активации вируса начинается болезнь – СПИД. С помощью своих регуляторных генов и их продуктов вирус начинает активно размножаться. ТАТ-белок может повысить скорость репродукции вируса в 1000 раз. Транскрипция вируса имеет сложный характер. Она включает образование как полноразмерных, так и субгеномных мРНК, сплайсинг мРНК, а далее происходит синтез структурных и регуляторных белков.

Синтез структурных белков происходит так. Вначале синтезируется полипротеинпредшественник Pr55Gag (белок с м. м. 55 кД). Он содержит 4 основных домена: матриксный (МА), капсидный (СА), нуклеокапсидный (NC) и домен р6, из которых в результате нарезания Pr55Gag вирусной протеазой (она самовырезается из другого белка-предшественника – Gag-Pol) образуются соответственно структурные белки р17, р24, р7 и р6. Образование полипротеина Pr55Gag – главное условие формирования вирусных частиц. Именно этот белок определяет программу морфогенеза вириона. Она включает последовательно стадии транспорта полипротеина Gag к плазматической мембране, взаимодействия с ней и белок-белковых взаимодействий при формировании вирусной частицы и ее почковании. Pr55Gag синтезируется на свободных полирибосомах; молекулы белка транспортируются к мембране, на которой заякориваются своими гидрофобными участками. Основную роль в создании нативной конформации Gag-белка играет СA-домен. NC-домен обеспечивает включение (с помощью своих «цинковых пальцев») 2 молекул геномной РНК в состав формирующейся вирусной частицы. Молекула полипротеина вначале димеризуется благодаря взаимодействию матриксных доменов. Затем димеры объединяются в гексамерные (из 6 единиц) комплексы в результате взаимодействия доменов СA и NC. Наконец, гексамеры, соединяясь боковыми поверхностями, образуют незрелые вирионы сферической формы, внутри которых содержится геномная вирусная РНК, захваченная NC-доменом.

Другой белок-предшественник Prl60Gag-Pol (белок с м. м. 160 кД) синтезируется в результате сдвига рамки считывания рибосомой при трансляции 3'-конца гена gag в области, расположенной непосредственно перед участком, кодирующим белок р6. Этот полипротеин Gag-Pol содержит неполную последовательность Gag-белка (1 – 423 аминокислоты) и последовательности Pol, которые включают домены PR, RT и IN. Молекулы полипротеина Gag-Pol также синтезируются на свободных полири-

босомах и транспортируются к плазматической мембране. Полипротеин Prl60GagPol содержит все присущие полипротеину Gаg сайты межмолекулярных взаимодействий и сайты связывания с мембраной. Поэтому молекулы полипротеина Gag-Pol сливаются с мембраной и наряду с Gag-молекулами включаются в формирующиеся вирионы, в результате чего появляется активная протеаза и начинается процесс созревания вириона. Протеаза ВИЧ-1 высокоактивна только в виде димера, поэтому для ее самовырезания из Prl60Gаg-Pol требуется димеризация этих молекул. Созревание вириона заключается в том, что освободившаяся активная протеаза разрезает Prl60Gag-Pol и Gаg55 в узнаваемых ею сайтах; образуются белки р17, р24, р7, р6, ревертаза, интеграза и происходит их ассоциация в вирусную структуру.

Белок Env синтезируется на рибосомах, связанных с мембранами эндоплазматического ретикулума, затем он гликозилируется, разрезается клеточной протеазой на gр120 и gр41 и транспортируется на клеточную поверхность. При этом gр41 пронизывает мембрану и связывается матриксными доменами молекулы Gаg-белка, ассоциированными с внутренней поверхностью мембраны. Эта связь сохраняется и в зрелом вирионе.

Таким образом, сборка вирусных частиц заключается в агрегации белков-предшественников и связанных с ними молекул РНК на плазматической мембране клетки-хозяина, образовании незрелых вирионов и их высвобождении путем почкования с клеточной поверхности. При почковании вирион окружает себя клеточной мембраной, в которую встроены молекулы gр41 и gр120. Во время почкования или, возможно, после высвобождения вирионов происходит их созревание, которое осуществляется при помощи вирусной протеазы и заключается в протеолитическом нарезании белков-предшественников Рr55Gаg и Рrl60Gаg-Pol на белки зрелого вируса и их ассоциации в определенные структурные комплексы. Ведущую роль в процессах морфогенеза вируса играет полипротеин-предшественник Рr55Gag, который организует и осуществляет сборку незрелого вириона; процесс его созревания завершает специфическая вирусная протеаза.

Антигенные варианты. Вирус иммунодефицита очень изменчив. Даже из организма одного больного могут быть выделены штаммы вируса, существенно различающиеся по антигенным свойствам. Такой изменчивости способствуют интенсивное разрушение клеток СD4⁺ и мощный антительный ответ на ВИЧ-инфекцию. У больных из Западной Африки выделена новая форма ВИЧ, биологически близкая к ВИЧ-1, но иммунологически отличающаяся от него, – ВИЧ-2. Гомология первичной структуры геномов этих вирусов составляет ~42 %. ДНК-провирус ВИЧ-2 содержит 9671 п. н., а его LTR – 854 п. н. ВИЧ-2 впоследствии выделен и в других регионах мира. Перекрестного иммунитета между ВИЧ-1 и ВИЧ-2 нет. Известны две крупные формы ВИЧ-1: О (Outlier) и М (Маjor), последнюю подразделяют на 10 субтипов (А – J). В России циркулируют 8 субтипов (А – Н).

Методы культивирования. ВИЧ-1 и ВИЧ-2 удается культивировать в клетках только одного клона ТCD4-лимфоцитов – Н9, полученного из лейкозных ТСВ4лимфоцитов. Для этих же целей могут быть использованы и монослойные культуры клеток астроцитов, в которых ВИЧ-1 хорошо размножается. Из животных к ВИЧ-1 восприимчивы шимпанзе.

Резистентность вируса во внешней среде невелика. Он погибает под влиянием солнечных лучей и УФ-облучения, разрушается при 80 °C в течение 30 мин, при обработке обычно применяемыми дезинфицирующими веществами – в течение 20 – 30 мин. Для обеззараживания вируссодержащего материала необходимо пользоваться микобактерицидными дезинфицирующими веществами, поскольку они эффективны против микроорганизмов, обладающих самой высокой резистентностью.