Биология 11 класс. Вирусы и эукариотические клетки.Image.Marked. Вирусы и эукариотические клетки стадии взаимодействия, стратегии экспрессии геномов, репродукция и исходы вирусной
 Скачать 248.13 Kb.
|
|
При обеих формах – литической и персистентной вирус находится в состоянии репликации. Абортивная (непродуктивна) инфекция имеет место в тех случаях, когда вирус не может инфицировать клетку из-за неспособности прикрепиться к ней. Такие клетки называются резистентными. В других случаях вирусы способны инфицировать клетки, но отсутствует продукция, и нет выхода потомства новых вирионов. В этом случае клетка обычно инфицируется вирусом с неполным циклом репликации. Такая инфекция называется непродуктивной или абортивной, а клетки-мишени-непермиссивными. В основе этого может лежать блок определенной стадии репликативного цикла, обусловленный утратой некоторых клеточных функций, необходимых для этого. Этот тип инфекции имеет место и в случае, если клетка инфицирована дефектным вирусом, который не может начать или завершить процесс репликации по причине отсутствия генов, кодирующих необходимые для репликации белки. Мутации, сопровождающиеся заменой аминокислот в белках, отвечающих за репликацию или литическую инфекцию, 16 также ведут к абортивной инфекции. В формировании абортивной инфекции важная роль принадлежит интерферонам, воздействующим на окружающие их нормальные клетки и защищающие их от вирусов. Латентность. Латентность – тип персистенции, при котором вирус присутствует только в форме генома. При этом выявляется ограниченная экспрессия вирусных генов, случайно и только на уровне мРНК. Вирус находится в покоящемся состоянии. Генетический материал вируса может существовать в цитоплазме клетки (герпесвирусы), быть инкорпорированным в хромосому клетки (ретровирусы) или находиться в виде кольцевидной неинтегрированной эписомы (гепаднавирусы). Более свойственна ДНК, нежели РНК вирусам. Вирус Эпстайна- Барр сохраняется в латентном состоянии в В-лимфоцитах в виде эписомальной вирусной ДНК, вирус простого герпеса находится в нейронах. Репликация отсутствует до тех пор, пока какие-либо инициирующие стимулы не выведут его из этого состояния. Ими могут быть стресс, переохлаждение, стимуляция клеток антигенами или митогенами и др. (2, 9, 11, 12, 16, 17, 33). Интегративная инфекция – это тип инфекции клетки, характеризующийся физическим объединением (интеграцией) геномов клетки и вируса. Интегративная инфекция может быть абортивной и продуктивной. Примерами интегративной инфекции являются ВИЧ-инфекция и гепатит В. Встроенная в хромосому клетки хозяина ДНК вируса называется провирусом. Вирусная инфекция и клеточный цикл. Эволюционный процесс многоклеточных эукариотических организмов привел к формированию механизмов детерминирующих цикличность развития, как отдельных клеток, так и систем организма. В основе жизнедеятельности организмов лежит клеточный цикл – совокупность контрольных точек и фаз, происходящих в строго определенном порядке, которые необходимы для полноценной репликации ДНК, деления и дифференцировки клеток в соответствии со специфичными только для них функциями. Например, бета-клетки поджелудочной железы функционируют как продуценты инсулина, В-лимфоциты трансформируются в плазматические клетки – продуценты антител, зрелые Т-лимфоциты развивают клеточные иммунологические реакции. Вирусы, инфицируя эукариотические клетки, способны интерферировать с важными событиями клеточного цикла. Клеточный цикл протекает в несколько фаз: а) S фаза – репликации ДНК; б) М-фаза – деление ядра (митоз); в) G-фаза деления клетки, разделенная на два периода G1 и G2 или цитокинеза. Покоящиеся клетки находятся в стадии G0. Активация клеток и переход ее физиологического состояния из одной фазы в другую строго детерминируется. В каждой из фаз имеются свои контрольные точки, которым соответствует определенное состояние биохимических процессов цитоплазмы, хроматина и ядра. Данные процессы чувствительны к внешним воздействиям, особенно при переходе цикла от S в M фазу, когда высок риск образования ошибок, которые могут привести к нестабильности генома и бесконтрольному делению ядра клетки. Фазы клеточного цикла регулируются циклин-зависимыми киназами, активность которых зависит от локализации в клетке, интенсивности фосфорилирования, баланса активирующих и ингибирующих сигналов. Вирусная инфекция клетки протекает с существенными влияниями на определенные фазы цикла. Например, репродукция аденовирусов, папилломавирусов, вируса гепатита С оказывает влияние уже в S фазе, вирус кори оказывает влияние на М фазу, а 17 коронавирусы, вирусы герпеса, ВИЧ, реовирусы, пикорнавирусы – на фазу G1/G2. Большинство ДНК вирусов останавливают клеточный цикл в фазе G1 или S, а также в периоде G2/M. РНК-содержащие вирусы способны интерферировать практически со всеми фазами, а некоторые из них взаимодействуют с несколькими фазами одновременно. Результатом взаимодействия вирусов с клеточным циклом является широкий спектр изменений функций клетки – стимуляция экспрессии одних и угнетение экспрессии других генов, грубые нарушения (прерывание) клеточного цикла. Общей закономерностью при взаимодействии вирусных частиц с рецепторами клетки является стимуляция их перехода в G1 фазу, посредством активации ядерного фактора АР-1, с последующим арестом их на различных стадиях. Это происходит в результате интенсивных процессов репликации генома вирусов, биосинтеза вирусных белков в цитоплазматических образованиях и сборки вирионов, которые дезорганизуют уникальные механизмы и процессы деления клеток. Использование метода молекулярных чипов позволяет во времени проследить экспрессию генов клеток на разных этапах вирусной инфекции, глубже понять происходящие явления и использовать новые знания в разработке методов борьбы (21, 22, 23, 34, 35). Трансформация характерна для непродуктивной инфекции клетки. Нуклеиновая кислота может находиться в интегрированном и в не интегрированном с геномом клетки состоянии или в обоих. При этом свойства клеток изменяются драматически и их называют трансформированными. Вирусы, способные вызывать трансформацию клеток разных органов в опухолевые или раковые клетки, относятся к семействам ДНК (герпес-, адено-, гепадна-папова-и поксвирусов) и РНК (ретровирусов) вирусов. При этом значение играет тип клеток и вид животных. Трансформированные клетки претерпевают морфологические, биохимические, поведенческие изменения и обладают свойствами присущими опухолевым. Они утрачивают механизмы, контролирующие дифференцировку, рост и контактную ингибицию, не экспрессируют фибронектин, не зависят от регуляторных сывороточных факторов, агглютинируются растительными лектинами, экспрессируют антигены эмбриональной стадии развития и антигены вируса. В результате приобретается способность к неопределенному количеству циклов деления, образованию агрегатов, повышается их инвазивность и склонность к метастазированию (1, 5, 12, 18, 28). Апоптоз. Изменения, имеющие место в течение вирусной инфекции клетки, способны стимулировать процесс апоптоза или программированной гибели. Апоптоз является центральным элементом физиологической гибели клеток, а также важным звеном развития иммунопатологии. Компоненты вириона являются индукторами апоптоза клеток, вызывают разрывы ДНК хромосом, активируют каспазы, разрушающие ДНК на фрагменты 50 – 300 п.н. Признаками апоптоза является уменьшение размеров клетки, уплотнение хроматина, скопление его возле ядерной мембраны, уменьшение объема цитоплазмы. Однако, гибель клетки при этом не сопровождается воспалением и повреждением тканей. Сигнал апоптоза клетки реализуют при взаимодействии индукторов (компонентов вирионов) с рецептором АРО-1/Fas (CD95), относящимся к семейству рецепторов ФНО. Комплементарная ему молекула – Fas-L (лиганд) экспрессируется на активированных Т-лимфоцитах (СD8+ и CD4+ Т-клетках). Взаимодействие клеток, несущих Fas-L с клетками мишенями, экспрессирующими Fas рецептор 18 индуцирует апоптоз. Активация Fas обусловливает его взаимодействие с Fas- ассоциированным белком, содержащим домен, запускающий гибель клетки. При этом гранулы перфорина, гранзимов и гранулизинов из цитоплазмы CD8+ ЦТЛ, NK-и NK-T-клеток проникают в цитоплазму клеток-мишеней и завершают процесс апоптоза (8, 12, 18, 28). Практическое использование вирусов в медицине. В последние годы установлены новые закономерности репродукции литических вирусов в различных клеточных моделях, которые могут быть полезны для практической медицины. Ряд вирусов – вирус осповакцины, некоторые герпес вирусы, а также их мутантные варианты проявляют цитопатогенный литический эффект в отношении быстро делящихся опухолевых клеток, но не лизируют нормальные клетки. Проведенные экспериментальные исследования показали, что введение таких вирусов в опухоль за короткое время обеспечивает 6-8 кратное уменьшение ее размеров. Эти многообещающие данные послужили основой разработки новых методов терапии злокачественных новообразований и, соответственно, нового класса терапевтических вирусные противоопухолевых препаратов. Перспективным также представляется возможность использования в клинике иммуносупрессивных вирусов (например, вакцинного вируса кори) для терапии аутоиммунных и аллергических заболеваний. Литература 1. Букринская, А. Г. Вирусология. М.: Медицина, 1986. 336 с. 2. Вотяков, В. И. Клещевые энцефалиты Евразии / В. И. Вотяков, В. И. Злобин, Н. П. Мишаева. Новосибирск: Наука, 2002. 438 с. 3. Дунаева, Н. В., Эсауленко Е. В. Структурно-функциональная организация генома вируса гепатита С. Вопросы вирусологии. 2006. Т. 51. № 2. С. 10-14. 4. Железнякова, Г. Ф. Воздействие вирусов на систему цитокинов. 2007. 5. Жданов, В. М. Вирусология / В. М. Жданов, С. Я. Гайдамович. медицина. М. 1996. 480с. 6. Зинченко, А. И., Паруль, Д. А. Основы молекулярной биологии вирусов и антивирусной терапии. / А. И. Зинченко, Д. А. Паруль. Минск: Выш. шк., 2005. 208с. 7. Красільникаў, А. П. Слоўнiк па агульнай і медыцынскай вiрусалогii / А. П. Красільникаў, Н. Ф. Казак, Л. П. Цiтоў. Мінск: Выш. шк., 1995. 63 с. 8. Лидский, П. В., Агол, В. И. Как полиовирус изменяет клетку. Вопросы вирусологии. 2006. т. 51. Т. 1. С. 4-11. 9. Мишаева, Н. П. Бешенство и другие лиссавирусные инфекции человека / Н. П. Мишаева, В. И. Вотяков, Л. П. Титов. Минск. «Хата». 2002. 281 с. 10. Субботина, Е. Л., Чепурнов, А. А. Молекулярные механизмы репродукции вируса Эбола. Вопросы вирусологии. 2007. Т. 52. № 1. С. 10-15. 11. Титов, Л. П., Казак, Н. Ф., Канашкова, Т. А. и др. Вирусология (характеристика возбудителей, патогенез и диагностика вирусных инфекций). Минск: БГМУ, 2003г. 76 с. 12. Титов, Л. П. Иммунология. Терминологический словарь. Белорусская наука. Минск. 2004. 351 с. 13. Титов, Л. П., Полещук, Н. Н., Протас, И. И., Недзведь, М. К., Капитулец, С. П. Прионные заболевания – болезнь Крейтцфельдта – Якоба в Республике Беларусь. Медицина. 2006. № 2. С. 19-22. 19 14. Baranowski, E., Ruiz-Jarobo, C.M., Domingo, E. Evolution of cell Recognition by Viruses. Science. 2001. V. 292. P. 1102-1105. 15. Cary, L.A., Cooper, J.A. Molecular switches in lipid rafts. Nature. 2000. Vol. 404. P. 945-947. 16. Chazal, N., Gerliez, P. Viruses entry, assembly, budding and membrane rafts. Microbiol and Mol Biol Reviews. 2003. V. 67. P. 226-237. 17. Cleaveland, S., Laurenson, M.K. and Taylor, L.H. 2001. Diseases of humans and their domestic mammals: pathogen characteristics, host range and risk of emergence. Philos. Trans.R. Soc. London Ser. B 356:991-999. 18. Cuconati, A., White, E. Viral homologs of BCL-2: role of apoptosis in the regulation of virus infection. Genes and development. 2002. Vol. 16. P. 2465-2478. 19. Doms, R.W., Trono, D. The plasma membrane as a combat zone in the HIV battlefield. Genes and Development. 2000. Vol. 14. N21. P. 2677-2688. 20. Espagne, E., Dupuy, C, Huguet, E. Genome sequence of a polydnavirus: insights into symbiotic virus evolution. Science. 2004. Vol. 306. P. 286-289. 21. Gutierrez, C., Dove, B., Hiscox, J.A. Viruses and the cell cycle. In book. Viruses and Nucleus. Ed. J.Hiscox. Wiley. 2006. P. 247-262. 22. Harper, J.V., Brooks, G. The eucariotic cell cycle. Ibid. P. 25-54. 23. Jackson, D.A. The nucleus – An Overview. Ibid. P. 1-20. 24. Jacobson, K., Dietrich, C. Looking at lipid rafts. Trends cell boil. 1999. Vol. 9. P. 87-91. 25. Kurzchalia, T.V., Parton, R.G. Membrane microdomeins and caveolae. Curr Op. Cell Biol. 1999. Vol. 11.P. 424-431. 26. La Scola, B., Audic, S., Robert, C. A giant virus in Amoebae. Science. 2003. Vol. 299. P. 233-243. 27. Matthews, D.A., Hiscox, J.A. Viruses and nucleous. Ibid. P. 185-202. 28. Liu, X., Marmorstein, R. When viral oncoproteins meet tumor suppressor: a structural view. Genes and Development. 2006. V. 20. P. 2332-2337. 29. Primrose, S.B., Twyman, R.M. Principles of genome Analysis and Genomics. Blackwell Publishing, Oxford. 2003. 263 p. 30. Riley, L.W. Molecular Epidemiology of Infectious Diseases. 2004. ASM Press. 348 p. 31. Shin, J.S., Guo, Z., Abraham, S.N. Involvment of cellulat caveolae in bacterial entry into mast cells. Science. 2000. Vol. 289. P. 785-788. 32. Sternberg, P.W., Schmid, S.L.. Caveolin, cholesterol and Ras signaling. Nature cell. 1999. E35-37. 33. Strauss, J.H., Strauss, E.G. Viruses and Human Disease. 2002. Acad.Press. 383 p. 34. Suzuki, T., Suzuk, Y. Virus infection and lipid rafts. Biol. Pharm Bull. 2006. V. 2. P. 1538-1541. 35. Whittakez, G.R. Intracellular trafficking of influenzae virus: clinical implications for molecular medicine. Exp. Reviews in Molecular Medicine. 2001. N8. P. 1-13. 36. Zajchowski, L.D., Robbins, S.M. Lipid rafts. Eur. J.Biochem. 2002. Vol. 269. P. 737-752. 37. Zhou, J., Thompson, D.K., Tiede, J.M. Genomics: Toward a genome-level Understanding of the Structure, Functions, and Evolution of Biological Systems. In book “Microbial Functional Genomics”. 2004. Wiley. P. 1-21. |