Другая особенность размножения вирусов заключается в том, что их нуклеокапсидные белки синтезируются на свободных полирибосомах (не связанных с мембраной), а суперкапсидные белки – на рибосомах, ассоциированных с мембранами (на шероховатых мембранах). Кроме того, белки некоторых вирусов подвергаются протеолитическому процессингу и гликозилированию. Различают два типа протеолитического процессинга: каскадный и точечный.
При каскадном протеолизе вновь синтезированный вирусный полипептид-предшественник (полипротеин) подвергается последовательному «нарезанию» с образованием более коротких полипептидов, часть из которых дополнительно разрезается на более мелкие субъединицы. Ряд ступеней такого каскадного протеолиза осуществляется определенной областью самого полипротеина, обладающего протеазной активностью. Такому каскадному процессингу подвергаются белки у ретровирусов, пикорнавирусов, aльфа-, флави– и других вирусов. Для них такое протеолитическое нарезание белков является жизненно важным этапом репродукции, поскольку оно обусловливает реализацию их функций.
При точечном протеолизе разрезанию подвергается один (реже несколько) из вирусных полипептидов. Разрезание происходит, как правило, в определенном участке полипептида. Такой тип протеолиза необходим для того, чтобы определенный белок вируса приобрел свою специфическую активность. Например, суперкапсидный белок вируса гриппа – гемагглютинин – разрезается на две субъединицы: боEльшую и меньшую. В результате меньшая субъединица приобретает способность сливаться с мембранами клетки-мишени и ее лизосомами. Благодаря этому вирус гриппа приобретает способность проникать в клетку. Такой точечный протеолиз наблюдается у ортомиксовирусов, парамиксовирусов, ротавирусов, вирусов группы оспы и др. Точечный протеолиз, как и каскадный, жизненно важен для вируса.
Наконец, еще одна особенность вирусов, обладающих суперкапсидом, заключается в том, что суперкапсидные белки подвергаются в ходе своей транспортировки на наружную поверхность клеточной мембраны гликозилированию.
Механизм взаимодействия вируса с клеткой
Жизненный цикл вирусов начинается с их адсорбции на мембране клетки-мишени и заканчивается выходом вновь синтезированных вирионов из клетки. Цикл включает в себя следующие стадии:
1. Адсорбция.
2. Внедрение вириона в клетку, сопряженное с одновременным разрушением его суперкапсидных и капсидных белков и высвобождением его геномной нуклеиновой кислоты.
3. Внутриклеточное размножение вируса, включающее в себя целую серию последовательных событий, заканчивающихся формированием зрелых вирионов и выходом их из клетки. У вирусов, геном которых представлен позитивной РНК, внутриклеточное размножение начинается с ее трансляции. К ней присоединяются процессы репликации, затем сборки нуклеокапсида. У всех остальных вирусов процесс внутриклеточного размножения начинается с транскрипции геномной нуклеиновой кислоты, затем происходит трансляция вирусных мРНК, репликация геномной нуклеиновой кислоты, формирование нуклеокапсида.
Если вирусы обладают суперкапсидом, его белки после синтеза на рибосомах, ассоциированных с мембранами, и гликозилирования устанавливаются на наружной поверхности клеточной мембраны в виде своеобразных шипов, вытесняя клеточные белки. В этом случае завершающим этапом морфогенеза вириона является прохождение нуклеокапсида через модифицированную клеточную мембрану с образованием суперкапсидной оболочки. Заключительным этапом внутриклеточного размножения является выход вновь синтезированных вирионов из клетки.
Адсорбция вируса на мембране клетки является пусковым моментом в реализации его патогенных свойств, ибо без этого вирус не может проникнуть в клетку и размножаться в ней, он просто обречен на гибель.
У клеток различают две группы рецепторов для вирусов: липопротеиновые и мукопротеиновые. В связи с разнообразием клеточных и вирусных рецепторов на одних и тех же клетках могут адсорбироваться разные вирусы.
Проникновение вируса в клетку
Проникновение (вход) вириона в клетку и инициация его жизненного цикла происходит в четыре этапа: 1) адсорбция вируса клеточным рецептором; 2) взаимодействие с ко-рецепторами, в результате которого происходят изменения конформации элементов вирусной оболочки; 3) перемещение вириона в клеточной мембране – вход в клетку; 4) освобождение генома вириона от нуклеокапсидной оболочки. В связи с открытием новых порталов (греч. porto – вход, ворота) для попадания питательных веществ в клетку выделяются такие группы порталов: а) фагоцитоз и б) пиноцитоз, подразделяемый на макропиноцитоз и различные эндоцитозы – кластрин-опосредованный (размер образуемой вакуоли ~ 120 нм), кавеолин-опосредованный (~ 60 нм), кавеолин– и кластрин-независимый эндоцитоз (~ 90 нм). Вирусы проникают в клетку всеми этими способами. Установлено, что при конформационных изменениях вирусных белков используется энергия клеткихозяина. В ходе взаимодействия вирусных белков с мембраной клетки в ней возникают специфические микродомены, получившие название плотов. Они способны транспортировать вирусные суперкапсидные белки, синтезируемые связанными с мембранами рибосомами, как бы «плавая» в мозаичном липидном слое мембраны от аппарата Гольджи на поверхность клетки. В процессе отпочковываниая вириона эти белки включаются в суперкапсид вируса.
Внутриклеточное размножение
Проникнув в клетку, вирусный геном полностью подчиняет жизнь клетки своим интересам и с помощью ее белоксинтезирующей системы и систем генераций энергии осуществляет собственное воспроизводство, очень часто ценой жизни клетки. В качестве примера на рис. 81 представлена схема жизненного цикла вируса леса Семлики, одного из представителей рода Alphavirus. Геном этого вируса – однонитевая позитивная нефрагментированная РНК. Вирион имеет суперкапсид, состоящий из липидного бислоя, через который проходят 240 копий гликопротеиновых комплексов, образующих на поверхности суперкапсида шипы. Капсид имеет форму икосаэдра (20 граней). Вирус входит в клетку, используя один из вариантов эндоцитоза, и далее по схеме: окаймленная ямка → окаймленный пузырек → эндосома → лизосома. В лизосоме происходит слияние примыкающих друг к другу липидных бислоев суперкапсида вириона и мембраны лизосомы, и нуклеокапсид выходит в цитозоль клетки. Здесь разрушается нуклеокапсид, и освобожденная геномная РНК транслируется на рибосомах клетки-хозяина, в результате чего синтезируется вирусспецифическая РНК-полимераза (репликаза), которая осуществляет многократную репликацию вРНК. В свою очередь молекула родительской вРНК и вновь синтезированные ее копии служат в качестве матриц, направляющих синтез четырех структурных белков вируса: С-белка капсида и трех белков (Е1, Е2 и Е3) суперкапсида. Синтез капсидного белка осуществляют свободные полирибосомы цитозоля, вновь синтезированный капсидный белок ассоциирует с реплицированными копиями вРНК, в результате чего формируются нуклеокапсиды. Суперкапсидные белки синтезируются на рибосомах, связанных с мембранами эндоплазматического ретикулума, включаются в мембрану и там гликозилируются, с помощью плотов переносятся в мембрану аппарата Гольджи, где они подвергаются дополнительному гликозилированию, после чего опять с помощью плотов поступают на наружную поверхность клеточной мембраны, вытесняя здесь клеточные белки. Заключительный этап морфогенеза вируса заключается в том, что нуклеокапсид, проходя через клеточную мембрану, обволакивается участком мембраны и встроенными в нее в этом месте вирусспецифическими суперкапсидными белками, после чего отпочковывается от клетки, отделяясь от ее поверхности так, что оказывается окруженным замкнутой внешней оболочкой (суперкапсидом).
Рис. 81. Схема жизненного цикла вируса леса Семлики (геном – однонитевая позитивная РНК, вирион имеет суперкапсид, относится к альфа-вирусам)
Взаимодействие вируса с клеткой может протекать по-разному и приводить к различным клиническим проявлениям. В зависимости от продолжительности пребывания вируса в организме различают две группы вирусных инфекций:
1. Вирусные инфекции, связанные с непродолжительным пребыванием вируса в организме.
2. Вирусные инфекции, обусловленные длительным пребыванием (персистенцией) возбудителя в организме.
