Ротавирус

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Ротавирус
Rotavirus Reconstruction.jpg
Компьютерная реконструкция ротавируса, основанная на нескольких микрографах.
Научная классификация
Международное научное название

Rotavirus

Виды
  • Ротавирус А
  • Ротавирус B
  • Ротавирус C
  • Ротавирус D
  • Ротавирус E
Группа по Балтимору

III: дцРНК-вирусы

Wikispecies-logo.svg
Систематика
на Викивидах
Commons-logo.svg
Изображения
на Викискладе
NCBI   10912

Ротавирус (лат. Rotavirus) — род оболочечного вируса с двунитевой фрагментированной РНК, принадлежащий семейству реовирусов, возбудитель ротавирусной инфекции.

Внешний вид частиц напоминает «колесо с широкой ступицей, короткими спицами и четко очерченным ободком»[2], из-за чего они и получили своё название (лат. rota — «колесо»).

Виды[править | править вики-текст]

Известно пять видов данного рода, обозначаемых латинскими буквами A, B, C, D и Е. Человек может инфицироваться видами A, B и C, при этом возбудителем более 90 % ротавирусных инфекций является наиболее часто встречаемый вид — ротавирус A. Все пять видов могут вызывать болезни у других животных.[3] К виду Ротавирус A относится несколько серотипов.[4] Как и в случае с вирусом гриппа, здесь применяется двойная классификация по подтипам поверхностных белков: серотипы G определяются вариациями гликопротеина VP7, а серотипы P — протеазочувствительным белком VP4.[5] Поскольку гены, определяющие G- и P-типы, наследуются независимо друг от друга, встречаются различные их комбинации.[6]

Структура[править | править вики-текст]

Геном ротавируса состоит из 11 уникальных двунитевых молекул РНК, состоящих в общей сложности из 18 555 нуклеотидов. Нити нумеруются от 1 до 11 в порядке уменьшения длины, каждая представляет собой один ген. Каждый ген кодирует один белок, за исключением гена 9, кодирующего два белка.[7] РНК окружена трёхслойным белковым капсидом в форме усечённого икосаэдра. Размер вируса — 76,5 нм в диаметре[8][9], суперкапсида нет.[3]

Белки[править | править вики-текст]

Вирион сформирован шестью структурными вирусными протеинами (VP), которые обозначаются как VP1, VP2, VP3, VP4, VP6 и VP7. Инфицированная вирусом клетка продуцирует также шесть неструктурных белков (NSP), не являющихся частью вирусной частицы. Они обозначаются: NSP1, NSP2, NSP3, NSP4, NSP5 и NSP6.

Изображение единичной вирусной частицы в разрезе, молекулы РНК окружены белком VP6, в свою очередь окружённым белком VP7. Белок VP4 выступает на поверхности сферической частицы.
Упрощённая диаграмма расположения структурных белков ротавируса

По крайней мере шесть из двенадцати кодируемых геномом вируса белков связываются с РНК.[10] Роль этих белков в репликации вируса до конца не выяснена; их функции, как считается, относятся к синтезу РНК и его упаковке в вирион, транспортировке мРНК к месту репликации, трансляции мРНК и регуляции экспрессии генов.[11]

Структурные белки[править | править вики-текст]

VP1 располагается в ядре вирусной частицы и представляет собой фермент — РНК-полимеразу.[12] В инфицированной клетке фермент осуществляет синтез мРНК для дальнейшего производства вирусных белков, а также синтез сегментов РНК вирусного генома для новых вирионов.

VP2 формирует ядро вируса и связывает вирусный геном.[13]

VP3 также составляет ядро вириона и является ферментом гуанилил-трансферазой. Данный фермент катализирует образование 5'-кэп во время процессинга пре-мРНК.[14] Кэп стабилизирует вирусную мРНК, защищая её от утилизации нуклеазами.[15]

VP4 расположен на поверхности вириона и выступает с неё в виде шипа.[16] Он связывается с рецепторами на поверхности клеток и управляет внедрением вируса в клетку.[17] Для того, чтобы вирус смог вызывать инфекцию, VP4 должен быть модифицирован находящимся в кишечнике ферментом трипсином в VP5* и VP8*.[18] Именно VP4 определяет вирулентность вируса. VP4 используется для серотипической классификации ротавирусов наряду с VP7.

VP6 формирует толщу капсида. Этот белок крайне антигенен и может использоваться для определения вида ротавируса.[19] Этот белок используется для определения инфекции, вызванной ротавирусом А, в лабораторных тестах.[20]

VP7 — структурный гликопротеин, формирующий наружную поверхность вириона. Он определяет G-тип серологической классификации и вместе с VP4 участвует в формировании иммунитета к инфекции.[8]

Неструктурные белки[править | править вики-текст]

NSP1, продукт гена 5, является неструктурным РНК-связывающим белком.[21]

NSP2 — РНК-связывающий белок, аккумулируется в цитоплазматических включениях (вироплазмах) и участвует в репликации генома.[22][23]

NSP3 связывается с вирусной мРНК в заражённых клетках и отвечает за выключение синтеза клеточных белков.[24]

NSP4 — вирусный энтеротоксин, вызывающий диарею. Является первым обнаруженным вирусным энтеротоксином.[25]

NSP5 кодируется сегментом 11 генома ротавируса А и в инфицированных вирусом клетках накапливается в вироплазмах.[26]

NSP6 является белком, связывающим нуклеиновые кислоты,[27] кодируется геном 11 по внефазовой открытой рамке считывания.[28]

Гены и белки ротавируса
Сегмент РНК (Ген) Размер, спаренных оснований Белок Молекулярная масса, kDa Положение Копий на частицу Функция
1 3302 VP1 125 В вершинах ядра <25 РНК-зависимая РНК-полимераза
2 2690 VP2 102 Формирует внутреннюю оболочку ядра 120 Стимулирует вирусную РНК-репликазу
3 2591 VP3 88 В вершинах ядра <25 Гуанилил-трансфераза, мРНК-кэпирующий фермент
4 2362 VP4 87 Шипы на поверхности капсида 120 Прикрепление к клетке, вирулентность
5 1611 NSP1 59 Неструктурный белок 0 Связывание 5’РНК
6 1356 VP6 45 Внутренняя часть капсида 780 Структурная функция; видоспецифичный антиген
7 1104 NSP3 37 Неструктурный белок 0 Усиливает активность вирусной мРНК, выключает синтез клеточных белков
8 1059 NSP2 35 Неструктурный белок 0 НТФаза, участвует в упаковке РНК
9 1062 VP71 VP72 38 и 34 На поверхности 780 Структурный белок; нейтрализирующий антиген
10 751 NSP4 20 Неструктурный белок 0 Энтеротоксин
11 667 NSP5 NSP6 22 Неструктурный белок 0 оцРНК- и дцРНК-связывающий модулятор активности NSP2

Таблица составлена на основе штамма обезьяньего ротавируса SA11.[29][30][31] Размеры генов у некоторых других штаммов могут отличаться.

Репликация[править | править вики-текст]

Упрощённое изображение цикла репликации ротавируса.

Ротавирусы реплицируются главным образом в кишечнике[32] и заражают энтероциты ворсинок тонкого кишечника, что приводит к структурным и функциональным изменениям эпителия.[33] Тройная белковая оболочка делает их устойчивыми к кислой среде желудка и пищеварительным ферментам в кишечнике.

Вирус проникает в клетку путем опосредованного рецепторами эндоцитоза и образует везикулы, известные как эндосомы. Белки в третьем слое (VP7 и шип VP4) нарушают мембрану эндосомы, создав разницу в концентрации кальция. Это вызывает распад VP7-тримеров на одиночные белковые субъединицы, при этом оставшиеся вокруг вирусной двунитевой РНК белки VP2 и VP6 образуют двухслойную частицу (DLP).[34]

Одиннадцать дцРНК-нитей остаются под защитой двух белковых оболочек, где вирусная РНК-зависимая РНК-полимераза создает транскрипты мРНК вирусного генома. Оставаясь в ядре вириона, вирусная РНК избегает врожденного иммунного ответа, называемого РНК-интерференцией и вызываемого присутствием двухцепочечной РНК.

Во время инфекции ротавирус производит мРНК для биосинтеза белка и репликации генов. Большинство ротавирусных белков накапливается в вироплазмах, где реплицируется РНК и собираются DLP. Вироплазмы формируются вокруг ядра клетки уже через два часа после начала вирусной инфекции и состоят из вирусных фабрик, создаваемых, как предполагается, двумя вирусными неструктурными белками: NSP5 и NSP2. Ингибирование NSP5 РНК-интерференцией приводит к резкому снижению репликации ротавирусов. DLP мигрируют в эндоплазматический ретикулум, где они получают свой третий, внешний, слой (образованный VP7 и VP4). Потомство вируса высвобождается из клетки путём лизиса.[18][35][36]

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]

  1. Таксономия вирусов на сайте Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV).
  2. Грачева Н. М., Аваков А. А., Блохина Т. А., Щербаков И. Т. Клинические аспекты ротавирусной инфекции // Лечащий врач. — 1998. — № 3. — ISSN 1560-5175.
  3. 1 2 Kirkwood CD (September 2010). «Genetic and antigenic diversity of human rotaviruses: potential impact on vaccination programs». The Journal of Infectious Diseases 202 (Suppl): S43–8. DOI:10.1086/653548. PMID 20684716.
  4. O'Ryan M (March 2009). «The ever-changing landscape of rotavirus serotypes». The Pediatric Infectious Disease Journal 28 (3 Suppl): S60–2. DOI:10.1097/INF.0b013e3181967c29. PMID 19252426.
  5. Patton JT (January 2012). «Rotavirus diversity and evolution in the post-vaccine world». Discovery Medicine 13 (68): 85–97. PMID 22284787.
  6. Desselberger U, Wolleswinkel-van den Bosch J, Mrukowicz J, Rodrigo C, Giaquinto C, Vesikari T (2006). «Rotavirus types in Europe and their significance for vaccination». Pediatr. Infect. Dis. J. 25 (1 Suppl.): S30–41. DOI:10.1097/01.inf.0000197707.70835.f3. PMID 16397427.
  7. Desselberger, U.; Gray, James Rotaviruses: methods and protocols / Desselberger, U.; Gray, James. — Totowa, NJ: Humana Press, 2000. — P. 2. — ISBN 0-89603-736-3
  8. 1 2 Pesavento JB, Crawford SE, Estes MK, Prasad BV (2006). «Rotavirus proteins: structure and assembly». Curr. Top. Microbiol. Immunol. 309: 189–219. DOI:10.1007/3-540-30773-7_7. PMID 16913048.
  9. Prasad BV, Chiu W (1994). «Structure of rotavirus». Curr. Top. Microbiol. Immunol. 185: 9–29. PMID 8050286.
  10. Patton JT (1995). «Structure and function of the rotavirus RNA-binding proteins» (PDF). J. Gen. Virol. 76 (11): 2633–44. DOI:10.1099/0022-1317-76-11-2633. PMID 7595370.
  11. Patton JT (2001). «Rotavirus RNA replication and gene expression». Novartis Found. Symp. 238: 64–77; discussion 77–81. DOI:10.1002/0470846534.ch5. PMID 11444036.
  12. Vásquez-del Carpió R, Morales JL, Barro M, Ricardo A, Spencer E (2006). «Bioinformatic prediction of polymerase elements in the rotavirus VP1 protein». Biol. Res. 39 (4): 649–59. DOI:10.4067/S0716-97602006000500008. PMID 17657346.
  13. Arnoldi F, Campagna M, Eichwald C, Desselberger U, Burrone OR (2007). «Interaction of rotavirus polymerase VP1 with nonstructural protein NSP5 is stronger than that with NSP2». J. Virol. 81 (5): 2128–37. DOI:10.1128/JVI.01494-06. PMID 17182692.
  14. Angel J, Franco MA, Greenberg HB Desk Encyclopedia of Human and Medical Virology / Mahy BWJ, Van Regenmortel MHV. — Boston: Academic Press, 2009. — P. 277. — ISBN 0-12-375147-0
  15. Cowling VH (January 2010). «Regulation of mRNA cap methylation». Biochem. J. 425 (2): 295–302. DOI:10.1042/BJ20091352. PMID 20025612.
  16. Gardet A, Breton M, Fontanges P, Trugnan G, Chwetzoff S (2006). «Rotavirus spike protein VP4 binds to and remodels actin bundles of the epithelial brush border into actin bodies». J. Virol. 80 (8): 3947–56. DOI:10.1128/JVI.80.8.3947-3956.2006. PMID 16571811.
  17. Arias CF, Isa P, Guerrero CA, Méndez E, Zárate S, López T, Espinosa R, Romero P, López S (2002). «Molecular biology of rotavirus cell entry». Arch. Med. Res. 33 (4): 356–61. DOI:10.1016/S0188-4409(02)00374-0. PMID 12234525.
  18. 1 2 Jayaram H, Estes MK, Prasad BV (April 2004). «Emerging themes in rotavirus cell entry, genome organization, transcription and replication». Virus Research 101 (1): 67–81. DOI:10.1016/j.virusres.2003.12.007. PMID 15010218.
  19. Bishop RF (1996). «Natural history of human rotavirus infection». Arch. Virol. Suppl. 12: 119–28. PMID 9015109.
  20. Beards GM, Campbell AD, Cottrell NR, Peiris JS, Rees N, Sanders RC, Shirley JA, Wood HC, Flewett TH (1 February 1984). «Enzyme-linked immunosorbent assays based on polyclonal and monoclonal antibodies for rotavirus detection» (PDF). J. Clin. Microbiol. 19 (2): 248–54. PMID 6321549.
  21. Hua J, Mansell EA, Patton JT (1993). «Comparative analysis of the rotavirus NS53 gene: conservation of basic and cysteine-rich regions in the protein and possible stem-loop structures in the RNA». Virology 196 (1): 372–8. DOI:10.1006/viro.1993.1492. PMID 8395125.
  22. Kattoura MD, Chen X, Patton JT (1994). «The rotavirus RNA-binding protein NS35 (NSP2) forms 10S multimers and interacts with the viral RNA polymerase». Virology 202 (2): 803–13. DOI:10.1006/viro.1994.1402. PMID 8030243.
  23. Taraporewala ZF, Patton JT (2004). «Nonstructural proteins involved in genome packaging and replication of rotaviruses and other members of the Reoviridae». Virus Res. 101 (1): 57–66. DOI:10.1016/j.virusres.2003.12.006. PMID 15010217.
  24. Poncet D, Aponte C, Cohen J (1 June 1993). «Rotavirus protein NSP3 (NS34) is bound to the 3' end consensus sequence of viral mRNAs in infected cells» (PDF). J. Virol. 67 (6): 3159–65. PMID 8388495.
  25. Hyser JM, Estes MK (January 2009). «Rotavirus vaccines and pathogenesis: 2008». Current Opinion in Gastroenterology 25 (1): 36–43. DOI:10.1097/MOG.0b013e328317c897. PMID 19114772.
  26. Afrikanova I, Miozzo MC, Giambiagi S, Burrone O (1996). «Phosphorylation generates different forms of rotavirus NSP5». J. Gen. Virol. 77 (9): 2059–65. DOI:10.1099/0022-1317-77-9-2059. PMID 8811003.
  27. Rainsford EW, McCrae MA (2007). «Characterization of the NSP6 protein product of rotavirus gene 11». Virus Res. 130 (1–2): 193–201. DOI:10.1016/j.virusres.2007.06.011. PMID 17658646.
  28. Mohan KV, Atreya CD (2001). «Nucleotide sequence analysis of rotavirus gene 11 from two tissue culture-adapted ATCC strains, RRV and Wa». Virus Genes 23 (3): 321–9. DOI:10.1023/A:1012577407824. PMID 11778700.
  29. Desselberger U. Rotavirus: basic facts. In Rotaviruses Methods and Protocols. Ed. Gray, J. and Desselberger U. Humana Press, 2000, pp. 1-8. ISBN 0-89603-736-3
  30. Patton JT. Rotavirus RNA replication and gene expression. In Novartis Foundation. Gastroenteritis Viruses, Humana Press, 2001, pp. 64-81. ISBN 0-471-49663-4
  31. Claude M. Fauquet; J. Maniloff; Desselberger, U. Virus taxonomy: classification and nomenclature of viruses: 8th report of the International Committee on Taxonomy of Viruses. — Amsterdam: Elsevier/Academic Press, 2005. — P. 489. — ISBN 0-12-249951-4
  32. Greenberg HB, Estes MK (May 2009). «Rotaviruses: from pathogenesis to vaccination». Gastroenterology 136 (6): 1939–51. DOI:10.1053/j.gastro.2009.02.076. PMID 19457420.
  33. Greenberg HB, Clark HF, Offit PA (1994). «Rotavirus pathology and pathophysiology». Curr. Top. Microbiol. Immunol. 185: 255–83. PMID 8050281.
  34. Baker M, Prasad BV (2010). «Rotavirus cell entry». Current Topics in Microbiology and Immunology 343: 121–48. DOI:10.1007/82_2010_34. PMID 20397068.
  35. Patton JT, Vasquez-Del Carpio R, Spencer E (2004). «Replication and transcription of the rotavirus genome». Curr. Pharm. Des. 10 (30): 3769–77. DOI:10.2174/1381612043382620. PMID 15579070.
  36. Ruiz MC, Leon T, Diaz Y, Michelangeli F (2009). «Molecular biology of rotavirus entry and replication». TheScientificWorldJournal 9: 1476–97. DOI:10.1100/tsw.2009.158. PMID 20024520.