Лентивирусы

Лентивирусы
Стилизованное изображение сечения ВИЧ
Научная классификация
промежуточные ранги Домен:  Вирусы[1] Семейство:  Ретровирусы Подсемейство:  Orthoretrovirinae Род:  Lentivirus
Международное научное название
Lentivirus
Виды
Вирус иммунодефицита кошек Лентивирусы приматов Вирус иммунодефицита человека 1 Вирус иммунодефицита человека 2 Вирус иммунодефицита обезьян
Группа по Балтимору
VI: оцРНК-ОТ-вирусы
Систематика на Викивидах Изображения на Викискладе NCBI   11616

Лентивирусы (от лат. lenti-, «медленный») — род вирусов, семейства Retroviridae с длительным инкубационным периодом.

Лентивирусы способны доставлять значительное количество генетического материала в клетку хозяина и обладают уникальной среди ретровирусов способностью реплицироваться в неделящихся клетках, что делает лентивирусы удобным вектором для доставки генетического материала в молекулярной биологии.

Примерами лентивирусов являются: ВИЧ, вирус иммунодефицита обезьян, вирус иммунодефицита кошек.

Систематика

Классифицикацию лентивирусов в пять серотипов осуществляют по таксонам позвоночных, которых заражают соответствующие серотипы (приматы, овцы и козлы, лошади, кошки, крупный рогатый скот). Лентивирусы приматов отличаются по рецептору CD4 и по отсутствию фермента dUTPазы. Некоторые группы имеют антигены gag с перекрестной специфичностью.

Морфология

Вирионы имеют оболочку, немного плейоморфные, имеют сферическую форму и диаметр около 80-100 нм. Выступы вирусной оболочки делают поверхность неровной. Нуклеоид концентрический, палочновидный либо имеет вид усеченного конуса.

Структура генома и репликация

Геном вирусов содержит три гена, которые располагаются в геномной РНК в таком порядке 5´-gag-pol-env-3´. Также геном содержит вспомогательные гены, которые отличаются у разных вирусов (в случае ВИЧ-1 это vif, vpr, vpu, tat, rev, nef). Продукты вспомогательных генов принимают участие в регуляции репликации геномной РНК. Длинные концевые повторы имеют длину около 600 нуклеотидов, участок U3 имеет длину 450, последовательность R — 100 и участок U5 около 70 нуклеотидов.

Такие вирусные белки, как обратная транскриптаза и интеграза, принимают участие на ранних этапах репликации. Обратная транскриптаза (ревертаза) это РНК-зависимая ДНК-полимераза, кодируемая геномом вируса. Ревертаза использует геномную РНК вируса как матрицу для синтеза комплементарной цепочки ДНК. Обратная транскриптаза также обладает активностью РНКазы Н для разрушения матрицы РНК. Интеграза связывается как с кДНК, синтезированной обратной транскриптазой, так и с ДНК хозяина. До встраивания генома вируса в ДНК хозяина, интеграза «обрабатывает» длинные концевые повторы.

Лентивирусы способны заражать соседние клетки при непосредственном контакте без образования внеклеточных частиц.

Антигенные свойства

Антигенные детерминанты штаммоспецифичны. Детерминанты, определяющие серотип, находятся на оболочке вируса и являются гликопротеинами. Классификация лентивирусов иногда основывается на антигенных свойствах.

Физико-химические характеристики вирионов

• Общие
  • Плавучая плотность 1,16-1,18 г/см⁻³ в сахарозе
  • Вирионы чувствительны к нагреванию, детергентам и формальдегиду
  • Инфективность не снижается при радиоактивном облучении
• Нуклеиновые кислоты
  • Вирионы содержат около 2 % нуклеиновых кислот
  • Геном состоит из димеров
  • Вирионы содержат по одной молекуле линейной (+) одноцепочечной РНК
  • Общая длина одного мономера генома составляет 9200 нуклеотидов
  • Геном имеет повторяющиеся концевые последовательности; длинные концевые повторы составляют около 600 нуклеотидов
  • 5'-конец геном кэпирован, последовательность кэпа — m7G5ppp5’GmpNp
  • 3'-конец каждого мономера содержит поли(А); 3'-конец имеет структуру, подобную тРНК и соединяется с лизином
  • Внутри капсида содержится исключительно геномная нуклеиновая кислота
• Белки
  • Вирионы содержат 11 разных белков, которые составляют 60 % вирусной частицы
  • Пять основных структурных белков по молекулярной массе
    • 120 кДа. Gp120 гликозилированный белок оболочки SU, кодируемый вирусным геном env
    • 41 кДа. Gp41 гликозилированный трансмембранный белок оболочки TM, кодируемый вирусным геном env
    • 24 кДа. P24 негликозилированный белок капсида CA
    • 17 кДа. P17 негликозилированный белок ядермного матрикса MA
    • 7-11 кДа. Негликозилированный белок капсида NC
      • Белки MA, CA и NC закодированы геном gag
  • Белки оболочки SU и TM гликозилированы как минимум у некоторых лентивирусов (ВИЧ, вирус иммунодефицита обезьян). Гликозилирование, по-видимому, играет важную роль в маскировании и обеспечивают разнообразие антигенных участков, необходимых для иммунного ответа хозяина.
  • Обычно обнаруживаются четыре неструктурных белка, из них три — у лентивирусов приматов.
    • Белок размером 66 кДа. Обратная транскриптаза RT, кодируемая геном pol.
    • Белок размером 32 кДа. Интеграза IN, также кодируемая геном pol.
    • Белок размером 14 кДа. Протеаза PR, кодируемая геном pro.
    • dUPTаза DU, функция которой неизвестна.
• Липиды: вирионы содержат около 35 % липидов.
• Углеводы: вирионы содержат около 3 % сахаров.

Применение

Механизм действия и доставка shRNA в клетки млекопитающих при помощи лентивирусных векторов для исследований в области РНК-интерференции

Лентивирусы являются удобными векторами для введения генов в системы in vitro или животные модели. Лентивирусные векторы успешно используются для доставки генно-инженерных конструкций для блокирования экспрессии специфических генов по механизму РНК-интерференции.^[2] Экспрессия коротких РНК, содержащих шпильки (shRNA) снижает экспрессию заданного гена и таким образом позволяет судить о функциях данного гена в модельном объекте. Подобные исследования могут предшествовать разработке новых лекарственных препаратов для лечения заболеваний при помощи блокирования экспрессии определенных генов.

Также лентивирусные векторы используют для введения новых генов в клетки человека или животных. Например, в случае модели гемофилии на лабораторных мышах экспрессия тромобоцитарного фактора VIII дикого типа приводит к восстановлению нормального фенотипа.^[3] Использование лентивирусных векторов имеет некоторые преимущства перед другими методами терапии генами. Лентивирусы заражают делящиеся и неделящиеся клетки, длительно экспрессируют трансген, и обладают низкой иммуногенностью. Лентивирусы, экспрессирующие PDGF (фактор роста тромбоцитов) успешно используются для трансфекции мышей, страдающих диабетом.^[4] Возможно, подобные способы терапии генами будут в дальнейшем будут проводиться и на людях. Векторы на основе гаммаретровирусы и лентивирусов применяются уже более чем в 300 клинических испытаниях, направленных на разработку способов лечения различных заболеваний.^[5]

Литература

• Ryan KJ, Ray CG, eds. Sherris Medical Microbiology: An Introduction to Infectious Diseases. — 4th. — New York: McGraw Hill, 2004. — ISBN 0-8385-8529-9
• Desport, M (editor) Lentiviruses and Macrophages: Molecular and Cellular Interactions. — Caister Academic Press, 2010. — ISBN 978-1-904455-60-8
• ICTV taxonomy of Lentivirus
• «Lentiviruses In Ungulates. I. General Features, History And Prevalence», Bulgarian Journal of Veterinary Medicine (2006), 9, No 3, 175−181
• Lentiviruses used in gene therapy
• Tim Ravenscroft. Are Lentiviral Vectors on Cusp of Breakout?, Genetic Engineering & Biotechnology News, Mary Ann Liebert, Inc. (15 июня 2008), стр. 54–55. Проверено 6 июля 2008. «(subtitle) Rapidly emerging technology has potential to treat hemophilia, AIDS, and Cancer».

Примечания

1. ↑ Таксономия вирусов на сайте Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV).
2. ↑ shRNA — short hairpin RNA
3. ↑ Lentivirus-mediated platelet-derived factor VIII g…[J Thromb Haemost. 2007] — PubMed Result
4. ↑ Lentiviral transfection with the PDGF-B gene impro…[Plast Reconstr Surg. 2005] — PubMed Result
5. ↑ Kurth, R; Bannert, N (editors) Retroviruses: Molecular Biology, Genomics and Pathogenesis. — Caister Academic Press, 2010. — ISBN 978-1-904455-55-4