Информация

15.3.1.1.1: Херпесвируси - Биология

15.3.1.1.1: Херпесвируси - Биология


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Преминете към съдържанието на раздела

Херпесните вируси причиняват широк спектър от латентни, повтарящи се инфекции, включително орален и генитален херпес, цитомегаловирус и варицела.

Цели на обучението

  • Разпознайте характеристиките на херпес вирусите

Ключови точки

  • Herpesviridae е голямо семейство ДНК вируси, които причиняват заболявания при животни, включително хора.
  • Структурата на херпесните вируси се състои от относително голям двуверижен, линеен ДНК геном, затворен в икосаедрична протеинова клетка, наречена капсид, която е обвита в липиден двуслой, наречен плик.
  • Известните херпесни вируси включват вируси на херпес симплекс 1 и 2, вируса на Varicella zoster (причинителят на херпес зостер и варицела), цитомегаловирус и вируса на саркома на Капоши.
  • Няма метод за премахване на херпесния вирус от тялото, но антивирусните лекарства, като ацикловир, могат да намалят честотата, продължителността и тежестта на огнища.

Ключови условия

  • тегумент: Естествена обвивка на тялото или на телесен орган.
  • капсид: Външната протеинова обвивка на вируса.
  • вирион: Единична индивидуална частица от вирус (вирусен еквивалент на клетка).

Herpesviridae е голямо семейство ДНК вируси, които причиняват заболявания при животните, включително хората. Членовете на това семейство са известни още като херпес вируси. Фамилното име произлиза от гръцката дума херпеин („пълзящи“), отнасящи се до латентните, повтарящи се инфекции, типични за тази група вируси.

Всички животински херпес вируси имат някои общи свойства. Структурата на тези вируси се състои от относително голям двуверижен, линеен ДНК геном, затворен в икосаедрична протеинова клетка, наречена капсид, която е обвита в липиден двуслой, наречен плик. Обвивката е свързана към капсида посредством тегумент. Тази пълна частица е известна като вирион. HSV-1 и HSV-2 съдържат най-малко 74 гена в геномите си, въпреки че спекулациите за струпването на гени позволяват до 84 уникални гена, кодиращи протеини, чрез 94 предполагаеми рамки за четене на писалка. Тези гени кодират различни протеини, участващи в образуването на капсида, тегумента и обвивката на вируса, както и контролирането на репликацията и инфекциозността на вируса.

Видове херпесни вируси

Има девет различни херпес вируса, които причиняват заболяване при хората:

  • HHV‑1 Херпес симплекс вирус-1 (HSV-1)
  • HHV-2 Херпес симплекс вирус-2 (HSV-2)
  • HHV-3 вирус Varicella zoster (VZV)
  • HHV-4 вирус на Епщайн-Бар (EBV)
  • HHV-5 цитомегаловирус (CMV)
  • HHV-6A/B розеоловирус, херпесен лимфотропен вирус
  • HHV-7 Pityriasis Rosea
  • HHV-8 херпесвирус, свързан със саркома на Капоши

От особен интерес са HSV-1 и HSV-2, които причиняват орален и/или генитален херпес, HSV-3, който причинява варицела и херпес зостер, и HHV-5, който причинява симптоми, подобни на мононуклеоза, и HHV-8, който причинява саркома на Капоши , рак на лимфния епител.

Инфекцията се причинява от близък контакт със заразен човек. Инфекцията се инициира, когато вирусна частица влезе в контакт с целевата клетка, специфична за отделния херпесен вирус. Вирусните гликопротеини свързват рецепторните молекули на клетъчната повърхност върху клетъчната повърхност, последвано от интернализация и разглобяване на вириони. След това вирусната ДНК мигрира към клетъчното ядро, където се извършва репликация на вирусна ДНК и транскрипция на вирусни гени.

По време на симптоматична инфекция, инфектираните клетки транскрибират литични вирусни гени. В някои клетки гостоприемник, малък брой вирусни гени, наречени свързани с латентността транскрипти вместо това се натрупват. По този начин вирусът може да персистира в клетката (и по този начин в гостоприемника) за неопределено време. Докато първичната инфекция често е придружена от самоограничен период на клинично заболяване, дългосрочната латентност е без симптоми.

Реактивиране на латентни вируси

Това е свързано с редица заболявания (например херпес зостер, Pityriasis Rosea). След активиране, транскрипцията на вирусни гени преминава от транскрипти, свързани с латентност, към множество литични гени; те водят до засилена репликация и производство на вируси. Често литичното активиране води до клетъчна смърт. Клинично, литичното активиране често е придружено от появата на неспецифични симптоми като ниска температура, главоболие, възпалено гърло, неразположение и обрив, както и клинични признаци като подути или чувствителни лимфни възли и имунологични находки като намалени нива на естествени клетки убийци.

Няма метод за изкореняване на херпес вируса от тялото, но антивирусни лекарства, като напр. ацикловир, може да намали честотата, продължителността и тежестта на огнища. Аналгетици като ибупрофен и ацетаминофен може да намали болката и треската. Локални анестетични лечения като прилокаин, лидокаин, бензокаин или тетракаин може също да облекчи сърбежа и болката.


15.3.1.1.1: Херпесвируси - Биология

  • Ядро. Ядрото се състои от единична линейна молекула dsDNA под формата на тор.
  • Капсид. Ядрото заобикаля икосаедричен капсид с диаметър 100 nm, изграден от 162 капсомера.
  • Тегумент. Между капсида и обвивката има аморфен, понякога асиметричен елемент, наречен тегумент. Състои се от вирусни ензими, някои от които са необходими, за да поемат контрола върху химичните процеси в клетката и да ги подкопаят към производството на вириони, някои от които защитават срещу незабавните отговори на клетката гостоприемник, а други, за които функцията все още не е разбрана.
  • Плик. Обвивката е външният слой на вириона и се състои от променена мембрана на гостоприемника и дузина уникални вирусни гликопротеини. Те се появяват на електронни микрографии като къси шипове, вградени в обвивката.

Гените се характеризират като съществени или незаменими за растежа в клетъчната култура. Основните гени регулират транскрипцията и са необходими за конструирането на вириона. Незаменимите гени в по-голямата си част функционират за подобряване на клетъчната среда за производство на вируси, за защита на вируса от имунната система на гостоприемника и за насърчаване на разпространението от клетка до клетка. Големият брой незаменими гени в действителност са необходими за продуктивна ин виво инфекция. Единствено в ограничената среда на лабораторни клетъчни култури те са незаменими.

Всички геноми на херпесвирус съдържат дълги терминални повторения, както директни, така и обърнати. Има шест терминални повторения и разбирането как тези повторения функционират при вирусен успех е интересна част от текущите изследвания.


Често задавани въпроси относно EEHV

Какво знаем за херпесвирусите на слона?

Към днешна дата учените са идентифицирали 14 генетично различни слонски херпесвируса (EEHV), за повечето от които е известно, че причиняват хеморагично заболяване. Вирусите, открити в симптоматични слонове в различни зоологически градини и други институции, са генетично различни, което означава, че не всички са един и същ щам, разпространяван чрез прехвърляне на слонове между и между зоологически градини. Най-честата причина за остри случаи на EEHV и смърт при слоновете е щамът EEHV 1A.

Херпесвирусите са широко разпространени във всички таксони на гръбначни животни, включително хората. Докато херпесвирусите обикновено са специфични за видовете, те могат да засегнат тясно свързани видове. (EEHV не представлява риск за здравето на хората, въпреки че хората са домакини на собствените си щамове херпесвируси). Всички херпесвируси имат общи черти. Веднъж вътре в гостоприемника, вирусът може да премине в латентна (скрита) фаза, след като причинява само леки симптоми или изобщо няма признаци на заболяване. Учените все още не знаят къде в тялото се намира EEHV по време на латентната фаза.

По неизвестни причини херпесвирусът на слона може да излезе от латентност и да циркулира в кръвния поток, причинявайки заболяване. Това е единственият път, когато херпесвирусът може лесно да бъде открит в кръвни проби. Все още не са налични надеждни тестове за откриване на латентна инфекция. Повечето слонове са в състояние да се борят с вируса и да оцелеят, когато той излезе от латентност. Телетата изглежда са най-податливи на EEHV заболяване след като са били отбити, в момент, когато не са защитени от антителата на майка си.


HVint: Стратегия за идентифициране на нови взаимодействия протеин-протеин при вирус на херпес симплекс тип 1

Човешките херпесвируси са широко разпространени човешки патогени със забележително въздействие върху общественото здраве в световен мащаб. Въпреки интензивните десетилетия на изследвания, молекулярните детайли в много аспекти на тяхната функция остават да бъдат напълно характеризирани. За да се разкрият подробностите за това как работят тези вируси, е ключово задълбочено разбиране на връзките между участващите компоненти. Тук представяме HVint, нов ресурс за интравирусно взаимодействие протеин-протеин за вирус на херпес симплекс тип 1 (HSV-1), интегриращ данни от пет външни източника. За да оценим всяко взаимодействие, използвахме схема за оценяване, която взема предвид аспекти като вида на метода за откриване и броя на доказателствата. Покритието на първоначалния интерактом беше допълнително увеличено с помощта на еволюционна информация чрез импортиране на взаимодействия, докладвани за други човешки херпесвируси. Следователно тези последни взаимодействия представляват изчислителни прогнози за потенциални нови взаимодействия в HSV-1. Беше извършен независим експериментален анализ, за ​​да се потвърди подгрупа от нашите прогнозирани взаимодействия. Тази подгрупа обхваща протеини, които допринасят за ядрен изход и първично обвиване, включително VP26, pUL31, pUL40 и наскоро характеризираните pUL32 и pUL21. Нашите открития подкрепят координирано кръстосано взаимодействие между VP26 и протеини като pUL31, pUS9 и комплекса CSVC, което допринася за разработването на модел, описващ ядрения изход и първичните пътища на обвиване на новосинтезирани HSV-1 капсиди. Резултатите също са в съответствие с последните открития за участието на pUL32 в узряването на капсида и ранните събития на тегументация. Освен това те отварят вратата за нови хипотези за вирус-специфични регулатори на pUS9-зависим транспорт. За да направим това хранилище от взаимодействия лесно достъпно за научната общност, ние също така разработихме удобен за потребителя и интерактивен уеб интерфейс. Нашият подход демонстрира силата на изчислителните прогнози за подпомагане при проектирането на целеви експерименти за откриване на нови взаимодействия протеин-протеин.

© 2016 от Американското дружество по биохимия и молекулярна биология, Inc.


SV40 и полиомавирус

Най-добре проучените ДНК туморни вируси, от гледна точка на молекулярната биология, вероятно са маймунски вирус 40 (SV40) и полиомавирус. Въпреки че нито един от тези вируси не е свързан с човешки рак, те са били критично важни като модели за разбиране на молекулярната основа на клетъчната трансформация. Полезността на тези вируси в изследванията на рака произтича от наличието на добри анализи на клетъчни култури както за репликация на вируса, така и за трансформация, както и от малкия размер на техните геноми (приблизително 5 kb).

SV40 и полиомавирусът не индуцират тумори или трансформират клетките на техните естествени видове гостоприемници, съответно маймуни и мишки. В клетките на техните естествени гостоприемници (разрешителни клетки) инфекцията води до репликация на вируса, клетъчен лизис и освобождаване на вирусни частици на потомството (Фигура 15.13). Тъй като пермисивната клетка е убита в резултат на репликация на вируса, тя не може да се трансформира. Трансформиращият потенциал на тези вируси обаче се разкрива чрез инфекция на неразрешителни клетки, в които репликацията на вируса е блокирана. В този случай вирусният геном понякога се интегрира в клетъчната ДНК и експресията на специфични вирусни гени води до трансформация на заразената клетка.

Фигура 15.13

SV40 репликация и трансформация. Инфекцията на пермисивна клетка води до репликация на вируса, клетъчен лизис и освобождаване на вирусни частици на потомството. В неразрешителна клетка репликацията на вируса е блокирана, което позволява на някои клетки да се трансформират трайно. (Повече ▼. )

SV40 и гените на полиомавируса, които водят до клетъчна трансформация, са идентифицирани чрез подробни молекулярни анализи. Вирусните геноми и тРНК са напълно секвенирани, вирусни мутанти, които не са в състояние да предизвикат трансформация, са изолирани и трансформиращите потенциали на отделните вирусни гени са определени чрез анализи за генен трансфер. По този начин е установено, че трансформацията от тези вируси е резултат от експресия на същите вирусни гени, които функционират в ранните етапи на литична инфекция. Геномите на SV40 и полиомавируса са разделени на ранни и късни региони. Ранният регион се експресира веднага след инфекцията и е необходим за синтеза на вирусна ДНК. Късният регион не се експресира, докато не започне репликация на вирусна ДНК и включва гени, кодиращи структурни компоненти на вирусната частица. Ранният регион на SV40 кодира два протеина, наречени малки и големи Т антигени, съответно с около 17 kd и 94 kd (Фигура 15.14). Техните иРНК се генерират чрез алтернативно сплайсинг на един първичен транскрипт от ранен регион. Полиомавирусът също така кодира малки и големи Т антигени, както и трети протеин от ранен регион с около 55 kd, обозначен среден Т. Трансфекцията на клетките с кДНК за отделни протеини от ранен регион показва, че SV40 голям Т е достатъчен за индуциране на трансформация, докато средният Т е основно отговорен за трансформацията от полиомавирус.

Фигура 15.14

Геномът SV40. Геномът е разделен на ранни и късни области. Големи и малки Т антигени се произвеждат чрез алтернативно сплайсинг на пре-мРНК в ранен регион.

По време на литична инфекция, тези протеини от ранен регион изпълняват множество функции, необходими за репликация на вируса. SV40 T антиген, например, се свързва с произхода на SV40 и инициира репликация на вирусна ДНК (вижте Глава 5). В допълнение, протеините от ранния регион на SV40 и полиомавируса стимулират генната експресия на клетката гостоприемник и синтеза на ДНК. Тъй като репликацията на вируса зависи от ензимите на клетката гостоприемник (например ДНК полимераза), такова стимулиране на клетката гостоприемник е критично събитие в жизнения цикъл на вируса. Повечето клетки в животните са непролифериращи и следователно трябва да бъдат стимулирани да се делят, за да се индуцират ензимите, необходими за репликация на вирусна ДНК. Това стимулиране на клетъчната пролиферация от ранните генни продукти може да доведе до трансформация, ако вирусната ДНК стане стабилно интегрирана и експресирана в неразрешителна клетка.

Както беше обсъдено по-късно в тази глава, както SV40, така и протеините от ранен регион на полиомавирус предизвикват трансформация чрез взаимодействие с протеини гостоприемници, които регулират клетъчната пролиферация. Например, SV40 T антигенът се свързва и инактивира туморните супресорни протеини на клетката гостоприемник Rb и p53, които са ключови регулатори на клетъчната пролиферация и прогресията на клетъчния цикъл (вижте фигури 14.20 и 14.21).


Извличане на последователности

Всички вирусни miRNA последователности (зрели и прекурсорни miRNAs) са получени от базата данни на microRNA miRBase (v22.1) [34]. Геномите на херпесвируса с пълна дължина бяха получени от базата данни NCBI GenBank и ViPR (http://www.viprbrc.org) [70].

Последователностите нагоре по веригата на прекурсорни miRNAs на всички изследвани вирусни щамове бяха получени, както следва. Първо, ако прекурсорна miRNA се припокрива с друг ген и е еднопосочна, от друга страна се получава 1000 bp регион нагоре по веригата на съответния ген, ако прекурсор miRNA и генът са конвергентни, регионът от 1000 bp нагоре от прекурсора miRNA е получени. Второ, ако се знае, че прекурсорните микроРНК са интергенни, 1000 bp регионът нагоре от прекурсорната miRNA беше извлечен.

PQS картографиране

Извлечените последователности нагоре по веригата бяха анализирани с помощта на Quadparser (компютърен алгоритъм) [61] за идентифициране на PQS с параметри (минимален G-тетрад-3 и дължина на цикъла-1-15). Плътността на PQS се дефинира като общия брой на неприпокриващи се PQS, предвидени за килограм база от анализираната последователност. Средните PQS плътности бяха изчислени за анализ.

Рандомизиране на последователности

За да се определи дали появата на PQS мотиви в извлечените последователности е случайно / неслучайно събитие, избраните последователности бяха разбъркани, като се запазиха динуклеотидните честоти. Това беше постигнато чрез извършване на динуклеотидно разбъркване на избраните последователности (без промяна на общия нуклеотиден състав). За да се направи това, базовите двойки бяха избрани чрез произволно генерирани базови числа и беше използван методът на Ойлерово ходене, като същевременно се удовлетвори ограничението за поддържане на постоянен брой динуклеотиди преди и след разбъркване. Разместването се извършва 5 пъти. Скриптът на Python (Допълнителен файл 2), използван за динуклеотидно разбъркване на изследваните последователности от 1000 bp, се основава на свободно достъпния програмен скрипт „uShuffle“ [71] с някои модификации за улесняване на лесния анализ на необходимите параметри. Допълнителни подробности са предоставени в текстов файл „Readme“. Средните плътности на PQS бяха картографирани в генерираните рандомизирани последователности и бяха сравнени с тези в естествените последователности.

PQS консервационен анализ

Последователности от 1 kb нагоре по веригата на херпесвирусна miRNA промотори, притежаващи най-малко 1 PQS мотив (идентифициран във вирусните последователности с пълна дължина) бяха извлечени и изследвани за консервационен анализ чрез извършване на множествено подравняване на последователности. Последователностите за вирусни щамове с пълна дължина бяха изтеглени от базата данни NCBI GenBank и ViPR (http://www.viprbrc.org) [70]. Номерата за достъп на всички анализирани последователности са посочени в Допълнителен файл 1 Таблица S4. PQS мотивите с непокътнати Gs в последователните G-тетради се считат за запазени. Примковите последователности с променлива дължина и състав не бяха взети предвид за консервационен анализ.

Спектроскопия на кръгов дихроизъм и изследвания на топене

CD изследванията бяха проведени на спектрометър с кръгов дихроизъм Chirascan (Applied Photophysics Limited, UK). Последователностите на 2-те използвани PQS-мотива (див тип и мутант) са изброени в Допълнителен файл 1 Таблица S2. Олигонуклеотидите са закупени от Integrated DNA Technologies (IDT) за всички биофизични експерименти. Олигонуклеотидите (10 цМ) се разтварят в 10 тМ натриев какодилатен буфер (рН -7.5) заедно със 100 тМ калиев хлорид (KCl). Пробите се нагряват при 95 ° С в продължение на 5 минути и бавно се охлаждат до стайна температура. Кварцова кювета (1 mm дължина на пътя) беше използвана за запис на спектри в диапазона на дължината на вълната (220–320 nm) с 1 nm честотна лента, 1 nm размер на стъпката и време от 1 s на точка при 20 ° C. Топенето на CD се извършва при фиксирана концентрация на олигонуклеотиди (10 μM), или със или без фиксирана концентрация на G-квадруплексни лиганди TMPyP4 и пиридостатин (PDS). Данните бяха записани при скорост на нарастване от 1 °C/минута в диапазон от 20–93 °C. Буферна базова линия се записва и се изважда от спектрите на пробата. Tm (температура на топене) се изчислява по метода на първата производна. Окончателният анализ на данните беше извършен с помощта на Origin 9.1 (Origin Lab Corp.).

ЯМР спектроскопия

Олигонуклеотидните проби се нагряват при 95 ° С в продължение на 5 минути и бавно се охлаждат до стайна температура. ЯМР пробата съдържа 300 μM олигонуклеотиди в 20 mM калиев фосфатен буфер (рН 7,0), 100 mM KCl и 10% D2O (v/v). 1D 1H NMR спектрите бяха записани с помощта на спектрометър Bruker Avance III, оборудван с криогенна 5 mm TCI тройна резонансна сонда, работеща при сила на полето от 500 MHz. Спектрите са записани при 20 °С с помощта на Topspin 3.5 (Bruker AG). Обработката и анализът на данните бяха извършени със софтуер Topspin 4.6 (Bruker AG).

Електрофореза с полиакриламиден гел

Олигонуклеотидите се приготвят при концентрация 10 µM в Tris-EDTA буфер (рН -7.0) и 100 mM KCl. Пробите се нагряват при 95 ° С в продължение на 5 минути и бавно се охлаждат до стайна температура преди зареждане. Приготвени са естествени и денатуриращи полиакриламидни гелове в 1 × трис-боратен EDTA (TBE) буфер. 7 М урея се използва като денатурант за приготвяне на денатуриращ полиакриламиден гел. Геловете се провеждат в 0.5 × TBE с 50 mM KCl.

UV изследвания на топене

Спектрофотометър с двоен лъч Cary 100 Bio UV-Vis (Agilent Technologies), оборудван с многоклетъчен държач, прикрепен към контролер на Peltier, беше използван за провеждане на експерименти за UV топене. Олигонуклеотидите при концентрация от 4 μM се смесват с 10 mM натриев какодилат (рН -7.5) и 100 mM KCl. За лигандни изследвания са използвани фиксирани концентрации на TMPyP4 и PDS. Кривите на топене са записани при 295 nm в двете посоки (топене и отгряване) между 20 °C и 95 °C със скорост на нарастване от 1 °C/min. Origin 9.1 (Origin Lab Corp.) беше използван за анализиране и начертаване на кривите на топене.

Луциферазни конструкции

Нативният промотор на клъстер KSHV miR-K12 беше амплифициран чрез PCR от геномна ДНК на KSHV JSC-1, която беше любезно предоставена от д-р Tathagata Choudhuri (Университет Вишва Бхарати, Западен Бенгал, Индия), докато HCMV miR-US33 промоторната област беше комерсиално синтезирана от Life Technologies Corp. Дивият тип и мутантните промотори бяха клонирани в pGL3-базисен вектор (Promega) преди кодиращата последователност на луцифераза на светулка, използвайки подходящи праймери, изброени в Допълнителен файл 1 Таблица S3. Плазмидните конструкции се екстрахират с помощта на QIAprep Spin Miniprep Kit (Qiagen) и се потвърждават чрез секвениране.

Анализ за клетъчна пролиферация (MTT)

Анализът за клетъчна пролиферация се извършва в 96-ямкова плака чрез инкубиране на HEK293T клетки (плътност на засяване = 1 × 10 4 клетки/ямка) в присъствието на множество дози TMPyP4 (Sigma) или Пиридостатин (Sigma). След 24 часа клетките бяха изложени на МТТ (3-(4,5-Диметилтиазол 2-ил)-2,5-дифенилтетразолиев бромид) (Sigma) реагент за 1 час. Средата беше заменена със 100 μl диметилсулфоксид (DMSO) и оптичната плътност беше измерена при 570 nm (Допълнителен файл 1, Фигура S1).

Луциферазен репортер тест

HEK293T клетки (доставени от NCCS, Пуна, Индия) се поддържат в модифицирана среда на Dulbecco (Invitrogen), допълнена с 10% фетален говежди серум и се инкубират при 37 °C и с 5% CO2. HEK293T клетките се посяват в 24-ямкови плаки при плътност 5 × 104 клетки/ямка 24 часа преди трансфекцията. Луциферазните репортерни конструкции (див тип или мутант 500 ng всяка) и 20 ng pRL-TK (съотношение 25:1) бяха ко-трансфектирани с помощта на PEI (полиетиленимин) в HEK293T клетки в 24-ямкови плаки. За лигандни изследвания се добавят G-квадруплексни лиганди TMPyP4 и пиридостатин 2 часа след трансфекцията при подходяща концентрация. И двата лиганда се използват при липса на светлина. На 24 часа след трансфекцията се приготвят клетъчни лизати, като се използва пасивен лизисен буфер. Луциферазните анализи бяха извършени с помощта на система за двоен репортер за луцифераза съгласно протоколите на производителя (Promega) с MicroBeta2 Microplate Scintillation Counter (Perkin Elmer). Луциферазната активност на светулка се нормализира до активността на ренила луцифераза. Три независими експеримента бяха направени в три екземпляра.

Анализи на данни

Данните бяха нанесени като средни стойности ± SD в поне три различни експеримента. Статистически значимата разлика се определя като П < 0,01, изчислено с помощта на t-теста на Студент, освен ако не е посочено друго. Фигура 1 и Фиг. 3 са направени с помощта на Microsoft Powerpoint. R софтуерът беше използван за генериране на графика на цигулка (фиг. 2а). Origin 9.1 (Origin Lab Corp.) беше използван за начертаване на кривите на топене и лентовидните графики.


Репликация на херпес вирус

Катедра по биохимия и молекулярна биология Университет по медицина в Маями P.O. Кутия 016129 Маями Флорида 33101-6129 САЩ.

Катедра по биохимия и молекулярна биология Университет по медицина в Маями P.O. Кутия 016129 Маями Флорида 33101-6129 САЩ.

Катедра по биохимия и молекулярна биология Университет по медицина в Маями P.O. Кутия 016129 Маями Флорида 33101-6129 САЩ.

Катедра по биохимия и молекулярна биология Университет по медицина в Маями P.O. Кутия 016129 Маями Флорида 33101-6129 САЩ.

Абстрактно

Херпесвирусите са големи двойноверижни ДНК животински вируси с отличителна способност да установяват латентни инфекции през целия живот. Към днешна дата са идентифицирани осем човешки херпесвируса, които проявяват различни биологични и съответни патологични/клинични свойства. По време на жизнения си цикъл херпесвирусите изпълняват сложна верига от събития, насочени към оптимизиране на тяхната репликация. Това създава интересна парадигма за изследване на фундаментални биологични процеси. Този преглед обобщава последните развития в изследванията на херпесвируси с акцент върху геномните транзакции, особено по отношение на прототипния херпес симплекс вирус тип-1. IUBMB Life, 55: 13-22, 2003


15.3.1.1.1: Херпесвируси - Биология

Алфа херпесвирусите са важна група вируси, характеризиращи се с кратък репродуктивен цикъл, бързо разрушаване на клетката гостоприемник и способност да се репликират в голямо разнообразие от тъкани на гостоприемника. Ключов атрибут на тези вируси е способността да установяват латентна инфекция през целия живот в периферната нервна система на естествения гостоприемник. Изследванията на молекулярната и клетъчната биология на алфа херпесвирусите са напреднали значително през последните години.

Написана от международно признати експерти, тази книга подчертава по-провокативните и вълнуващи открития в изследванията на херпесвируса. Всяка глава е преглед на конкретна област с акцент върху последните постижения и най-новите разработки. Темите включват: многофункционални протеини, напредък в репликацията на ДНК, нова информация за регулирането на генната експресия, появата на нови технологии, скорошни технологични постижения във флуоресцентните сонди, индуциране на апоптоза, нарушаване на интерферона, разработване на ваксини и дизайн на лекарства.

Със специфичен фокус върху новите и актуални изследвания на херпесвирусите, тази книга е основно четиво за всеки, който се интересува от херпесвируси и препоръчително четиво за други учени, работещи във вирусната патогенеза, вирусната геномика и антивирусните изследвания.

„много добра книга“ от Антивирусна химия и химиотерапия 17: 355 (2006)

„Тази книга представя серия от добре написани глави за аспектите на биологията на човешкия алфа херпес вирус и ще бъде полезен библиотечен ресурс“ от Microbiology Today (2007)

(EAN: 9781904455097 9781913652289 Предмети: [вирология] [микробиология] [медицинска микробиология] [молекулярна микробиология] )


Въведение

Херпес симплекс вирус 1 и 2 (HSV-1 и HSV-2) са важни човешки патогени. Смята се, че приблизително 90% от световното население е заразено с един или и двата вируса [1]. HSV-1 е основната причина за херпес, а HSV-2 за генитален херпес. Тези състояния са силно заразни и HSV-2 е сред най-честите полово предавани инфекции. Инфекцията с HSV е доживотна, поради способността на херпесвирусите да навлизат в латентно състояние с периодични реактивации [2]. HSV може също да причини по-сериозни състояния, включително кератит, който може да доведе до загуба на зрение [3] и потенциално фатален енцефалит [4]. Семейството на херпесвирусите включва много други важни човешки патогени, като вируса на варицела-зостер, причинител на варицела и цитомегаловирус на херпес зостер, забележителна причина за вродени аномалии, свързан със саркома на Капоши, херпесвирус, който причинява рак при имунно-компрометирани индивиди и Epstein-Barr вирус, причината за инфекциозната мононуклеоза, която също е свързана с няколко ракови заболявания.

Херпесвирусите са големи двуверижни ДНК вируси с геноми до 240 kbp. Вирусната ДНК е пакетирана в комплекс T = 16 икосаедърен капсид, който е с диаметър 1250 Å [5,6]. Съдържащият ДНК капсид, или нуклеокапсид, е вграден в протеинов слой, известен като тегумент, който от своя страна е заобиколен от липидна обвивка, получена от гостоприемника. Вирусната обвивка е осеяна с гликопротеини, които медиират прикрепването и навлизането на вируса. HSV вирионите навлизат в клетките на гостоприемника чрез сливане на техните обвивки с плазмената мембрана на клетката гостоприемник, позволявайки на нуклеокапсида и тегумента да влязат в цитоплазмата [7]. Нуклеокапсидът се движи по микротубулите към центъра за организиране на микротубулите и оттам към ядрото [8]. След това нуклеокапсидът се присъединява към комплекс с ядрени пори, чрез който инжектира своя геном в ядрото [9,10]. Излизането на ДНК от капсида става през уникален портален връх, разположен на икосаедрична 5-кратна ос на симетрия.

Порталният връх също е средството, чрез което вирусната ДНК се пакетира в капсиди в ядрото [11]. Вирионната морфогенеза започва в ядрото с образуването на прокапсида икосаедрично симетрична сферична обвивка от капсомери, които са хексамери (хексони) и пентамери (пентони) на главния капсиден протеин pUL19 (VP5) [12]. Хетеротримери на pUL38 (VP19C) и pUL18 (VP23) - наречени триплекси - заедно с протеина на скелето pUL26, директен прокапсид, който се заражда около додекамерния портал, образуван от pUL6 [13]. Узряването на прокапсида – ъгловаване и експулсиране на протеина на скелета – се случва, когато вирусният геном се изпомпва в черупката [14]. Репликацията на вирусния геном води до образуване на конкатемер, от който геномите с единична дължина се пакетират в прокапсиди от портала (pUL6) и терминазен комплекс, състоящ се от pUL33, pUL28 и pUL15 [15,16]. Отбелязано е, че херпесвирусите са структурно и биологично подобни на ДНК-съдържащите опашати бактериофаги и се предполага, че тези две вирусни групи имат общ произход. Това се основава на наблюдението на запазването на гънките в основния капсиден протеин [17] и техните подобни стратегии за сглобяване на капсиди и ДНК-опаковане. Анализът на последователността също показва, че pUL15 е хомолог на голямата субединица на фаговата терминаза. По аналогия се предвижда pUL15 да има АТФазна активност, захранваща транслокацията на генома в капсида през портала и ендонуклеазна активност, разцепваща ДНК, когато се открие сигнал за разцепване [18]. Известно е, че pUL28 свързва вирусна ДНК и е еквивалентен на малката терминазна субединица на бактериофагите [19].

Свързаният с капсид тегументен комплекс (CATC – наричан преди CCSC и CVSC), се състои от pUL17, pUL25 и pUL36 и се свързва с триплексите и хексоните около икосаедричните 5-кратни върхове на зрели капсиди в ядрото [5,20– 25]. По-специално, наблюдава се, че pUL25 е от съществено значение за задържането на ДНК в нуклеокапсида [26,27]. Освен това е доказано, че pUL25 е важен за освобождаването на генома [28].

Зрелият нуклеокапсид напуска ядрото чрез пъпкуване през ядрената мембрана чрез стъпка на обвиване/де-обвиване [29]. Цитоплазмените капсиди придобиват допълнителни тегументни протеини в цитоплазмата и се обгръщат чрез пъпкуване в липидни везикули, получени от плазмената мембрана, от които се освобождават чрез екзоцитоза на клетъчната повърхност [30].

Структурата на HSV частицата е обект на изследване в продължение на повече от 30 години [31], като се използва криоЕМ и икосаедрична 3D реконструкция за определяне на характеристиките с висока разделителна способност на нуклеокапсида [5,25,32,33] и томография с по-ниска разделителна способност за изследване на естеството на асиметрични характеристики като порталния връх и вирусната обвивка [34,35]. Опитите за разрешаване на структурата на порталния връх обаче са до голяма степен неуспешни. Това е така, защото порталният връх на херпесвируса е подобен по размер и маса с пентонния връх, за разлика от бактериофагите, при които порталният връх е белязан от наличието на значителна опашка. Освен това, при херпес вириони, фините разлики между порталния връх и пентон-върховете са затъмнени от тегументния слой. И накрая, високата симетрия на вирусния капсид доминира в опитите за подравняване на изображенията на частиците за асиметрична реконструкция.

Тук показваме структурата на порталния връх на HSV-1 при резолюция от 8 ангстрьома, разкрита чрез фокусирана класификация [36,37] и 3D реконструкция на криоЕМ изображения на пречистени вириони. These data reveal that the usual pUL19 penton is replaced by a unique 5-fold symmetrical assembly. This feature displays five well-defined coiled-coil motifs, each made up of two α-helices, arranged perpendicular to the capsid surface about the 5-fold symmetry axis. It appears to be anchored to the virion by interactions with triplex-like structures that occupy the position normally taken up by peripentonal Ta triplexes, immediately about the 5-fold vertex. The CATC assembly is still present and, similarly to penton associated CATC, is bound to the Tc triplexes, forming a bridge across the periportal triplex-like structures towards the 5-fold axis. We interpret our data as showing that the pUL25 C-terminal domains are positioned differently to those seen at penton-vertices, giving rise to a small tail-like assembly that crowns the unique 5-fold vertex. Strong density was seen to extend through the portal-vertex structures that we interpret as DNA. This suggests that the trailing end of the packaged genome remains engaged in the portal-vertex, ready for release through the nuclear pore. The portal itself is not well resolved owing to a mismatch between the C5 symmetry imposed in calculating our reconstruction and the C12 symmetry of that feature. Finally, our reconstruction also reveals the arrangement of packaged DNA within the virion, which is clearly resolved as a left-handed spool arranged in concentric layers.

We provide the highest-resolution view to date of a critical component of the herpesvirus virion. The portal-vertex is a molecular machine responsible for both packaging and release of the viral genome, in one of the most important groups of viral pathogens to infect humans. Furthermore, our focussed classification approach demonstrates the power of modern image-processing algorithms to break the shackles of symmetry that have limited our understanding of virus structural biology for so long.


Internal Proteins of the Procapsid and Mature Capsids of Herpes Simplex Virus 1 Mapped by Bubblegram Imaging

The herpes simplex virus 1 (HSV-1) capsid is a huge assembly, ∼1,250 Å in diameter, and is composed of thousands of protein subunits with a combined mass of ∼200 MDa, housing a 100-MDa genome. First, a procapsid is formed through coassembly of the surface shell with an inner scaffolding shell then the procapsid matures via a major structural transformation, triggered by limited proteolysis of the scaffolding proteins. Three mature capsids are found in the nuclei of infected cells. A capsids are empty, B capsids retain a shrunken scaffolding shell, and C capsids-which develop into infectious virions-are filled with DNA and ostensibly have expelled the scaffolding shell. The possible presence of other internal proteins in C capsids has been moot as, in cryo-electron microscopy (cryo-EM), they would be camouflaged by the surrounding DNA. We have used bubblegram imaging to map internal proteins in all four capsids, aided by the discovery that the scaffolding protein is exceptionally prone to radiation-induced bubbling. We confirmed that this protein forms thick-walled inner shells in the procapsid and the B capsid. C capsids generate two classes of bubbles: one occupies positions beneath the vertices of the icosahedral surface shell, and the other is distributed throughout its interior. A likely candidate is the viral protease. A subpopulation of C capsids bubbles particularly profusely and may represent particles in which expulsion of scaffold and DNA packaging are incomplete. Based on the procapsid structure, we propose that the axial channels of hexameric capsomers afford the pathway via which the scaffolding protein is expelled.

Значение: In addition to DNA, capsids of tailed bacteriophages and their distant relatives, herpesviruses, contain internal proteins. These proteins are often essential for infectivity but are difficult to locate within the virion. A novel adaptation of cryo-EM based on detecting gas bubbles generated by radiation damage was used to localize internal proteins of HSV-1, yielding insights into how capsid maturation is regulated. The scaffolding protein, which forms inner shells in the procapsid and B capsid, is exceptionally bubbling-prone. In the mature DNA-filled C capsid, a previously undetected protein was found to underlie the icosahedral vertices: this is tentatively assigned as a storage form of the viral protease. We also observed a capsid species that appears to contain substantial amounts of scaffolding protein as well as DNA, suggesting that DNA packaging and expulsion of the scaffolding protein are coupled processes.

Авторско право © 2016, Американско дружество по микробиология. Всички права запазени.

Фигури

Schematic diagram of the molecular…

Schematic diagram of the molecular anatomy of four HSV-1 capsids. UL19, the major…

(A) Field of procapsids in a low-dose image (first exposure) (B) incipient bubbling…

Bubbling of the procapsid scaffolding…

Bubbling of the procapsid scaffolding shell and surface shell at high doses. в…

A dose series of cryo-electron…

A dose series of cryo-electron micrographs of a field containing B capsids, R…

A dose series of cryo-electron…

A dose series of cryo-electron micrographs of a mixed field of A capsids,…

Central sections of 3D reconstructions…

Central sections of 3D reconstructions from a dose series of C capsids. For…

(A) Distinguishing vertex-associated bubbles from…

(A) Distinguishing vertex-associated bubbles from other bubbles in C capsids, illustrated for three…

Cryo-micrographs and bubblegrams of two…

Cryo-micrographs and bubblegrams of two hyperbubblers compared with A capsids, B capsids, and…

Model of a portion of the HSV-1 procapsid surface viewed from inside and…


Съдържание

The Baltimore classification system is used to group viruses together based on their manner of messenger RNA (mRNA) synthesis and is often used alongside standard virus taxonomy, which is based on evolutionary history. DNA viruses constitute two Baltimore groups: Group I: double-stranded DNA viruses, and Group II: single-stranded DNA viruses. While Baltimore classification is chiefly based on transcription of mRNA, viruses in each Baltimore group also typically share their manner of replication. Viruses in a Baltimore group do not necessarily share genetic relation or morphology. [1]

Double-stranded DNA viruses Edit

The first Baltimore group of DNA viruses are those that have a double-stranded DNA genome. All dsDNA viruses have their mRNA synthesized in a three-step process. First, a transcription preinitiation complex binds to the DNA upstream of the site where transcription begins, allowing for the recruitment of a host RNA polymerase. Second, once the RNA polymerase is recruited, it uses the negative strand as a template for synthesizing mRNA strands. Third, the RNA polymerase terminates transcription upon reaching a specific signal, such as a polyadenylation site. [2] [3] [4]

dsDNA viruses make use of several mechanisms to replicate their genome. Bidirectional replication, in which two replication forks are established at a replication origin site and move in opposite directions of each other, is widely used. [5] A rolling circle mechanism that produces linear strands while progressing in a loop around the circular genome is also common. [6] [7] Some dsDNA viruses use a strand displacement method whereby one strand is synthesized from a template strand, and a complementary strand is then synthesized from the prior synthesized strand, forming a dsDNA genome. [8] Lastly, some dsDNA viruses are replicated as part of a process called replicative transposition whereby a viral genome in a host cell's DNA is replicated to another part of a host genome. [9]

dsDNA viruses can be subdivided between those that replicate in the nucleus, and as such are relatively dependent on host cell machinery for transcription and replication, and those that replicate in the cytoplasm, in which case they have evolved or acquired their own means of executing transcription and replication. [10] dsDNA viruses are also commonly divided between tailed dsDNA viruses, referring to members of the realm Дуплоднавирия, usually the tailed bacteriophages of the order Caudovirales, and tailless or non-tailed dsDNA viruses of the realm Вариднавирия. [11] [12]

Single-stranded DNA viruses Edit

The second Baltimore group of DNA viruses are those that have a single-stranded DNA genome. ssDNA viruses have the same manner of transcription as dsDNA viruses. However, because the genome is single-stranded, it is first made into a double-stranded form by a DNA polymerase upon entering a host cell. mRNA is then synthesized from the double-stranded form. The double-stranded form of ssDNA viruses may be produced either directly after entry into a cell or as a consequence of replication of the viral genome. [13] [14] Eukaryotic ssDNA viruses are replicated in the nucleus. [10] [15]

Most ssDNA viruses contain circular genomes that are replicated via rolling circle replication (RCR). ssDNA RCR is initiated by an endonuclease that bonds to and cleaves the positive strand, allowing a DNA polymerase to use the negative strand as a template for replication. Replication progresses in a loop around the genome by means of extending the 3'-end of the positive strand, displacing the prior positive strand, and the endonuclease cleaves the positive strand again to create a standalone genome that is ligated into a circular loop. The new ssDNA may be packaged into virions or replicated by a DNA polymerase to form a double-stranded form for transcription or continuation of the replication cycle. [13] [16]

Parvoviruses contain linear ssDNA genomes that are replicated via rolling hairpin replication (RHR), which is similar to RCR. Parvovirus genomes have hairpin loops at each end of the genome that repeatedly unfold and refold during replication to change the direction of DNA synthesis to move back and forth along the genome, producing numerous copies of the genome in a continuous process. Individual genomes are then excised from this molecule by the viral endonuclease. For parvoviruses, either the positive or negative sense strand may be packaged into capsids, varying from virus to virus. [16] [17]

Nearly all ssDNA viruses have positive sense genomes, but a few exceptions and peculiarities exist. Семейството Anelloviridae is the only ssDNA family whose members have negative sense genomes, which are circular. [15] Parvoviruses, as previously mentioned, may package either the positive or negative sense strand into virions. [14] Lastly, bidnaviruses package both the positive and negative linear strands. [15] [18]

The International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) oversees virus taxonomy and organizes viruses at the basal level at the rank of realm. Virus realms correspond to the rank of domain used for cellular life but differ in that viruses within a realm do not necessarily share common ancestry, nor do the realms share common ancestry with each other. As such, each virus realm represents at least one instance of viruses coming into existence. Within each realm, viruses are grouped together based on shared characteristics that are highly conserved over time. [19] Three DNA virus realms are recognized: Дуплоднавирия, моноднавирия, и Вариднавирия.

Дуплоднавирия редактиране

Дуплоднавирия contains dsDNA viruses that encode a major capsid protein (MCP) that has the HK97 fold. Viruses in the realm also share a number of other characteristics involving the capsid and capsid assembly, including an icosahedral capsid shape and a terminase enzyme that packages viral DNA into the capsid during assembly. Two groups of viruses are included in the realm: tailed bacteriophages, which infect prokaryotes and are assigned to the order Caudovirales, and herpesviruses, which infect animals and are assigned to the order Herpesvirales. [11]

Дуплоднавирия is either monophyletic or polyphyletic and may predate the last universal common ancestor (LUCA) of cellular life. The exact origin of the realm is not known, but the HK97-fold found in the MCP of all members is, outside the realm, only found in encapsulins, a type of nanocompartment found in bacteria, although the relation between Дуплоднавирия and encapsulins is not fully understood. [11] [20] [21]

The relation between caudoviruses and herpesviruses is not certain, as they may either share a common ancestor or herpesviruses may be a divergent clade from within Caudovirales. A common trait among duplodnaviruses is that they cause latent infections without replication while still being able to replicate in the future. [22] [23] Tailed bacteriophages are ubiquitous worldwide, [24] important in marine ecology, [25] and the subject of much research. [26] Herpesviruses are known to cause a variety of epithelial diseases, including herpes simplex, chickenpox and shingles, and Kaposi's sarcoma. [27] [28] [29]

Моноднавирия редактиране

моноднавирия contains ssDNA viruses that encode an endonuclease of the HUH superfamily that initiates rolling circle replication and all other viruses descended from such viruses. The prototypical members of the realm are called CRESS-DNA viruses and have circular ssDNA genomes. ssDNA viruses with linear genomes are descended from them, and in turn some dsDNA viruses with circular genomes are descended from linear ssDNA viruses. [30]

Viruses in моноднавирия appear to have emerged on multiple occasions from archaeal and bacterial plasmids, a type of extra-chromosomal DNA molecule that self-replicates inside its host. The kingdom Shotokuvirae in the realm likely emerged from recombination events that merged the DNA of these plasmids and complementary DNA encoding the capsid proteins of RNA viruses. [30] [31]

CRESS-DNA viruses include three kingdoms that infect prokaryotes: Loebvirae, Sangervirae, и Trapavirae. The kingdom Shotokuvirae contains eukaryotic CRESS-DNA viruses and the atypical members of моноднавирия. [30] Eukaryotic monodnaviruses are associated with many diseases, and they include papillomaviruses and polyomaviruses, which cause many cancers, [32] [33] and geminiviruses, which infect many economically important crops. [34]

Вариднавирия редактиране

Вариднавирия contains DNA viruses that encode MCPs that have a jelly roll fold folded structure in which the jelly roll (JR) fold is perpendicular to the surface of the viral capsid. Many members also share a variety of other characteristics, including a minor capsid protein that has a single JR fold, an ATPase that packages the genome during capsid assembly, and a common DNA polymerase. Two kingdoms are recognized: Helvetiavirae, whose members have MCPs with a single vertical JR fold, and Bamfordvirae, whose members have MCPs with two vertical JR folds. [12]

Varidnaviria is either monophyletic or polyphyletic and may predate the LUCA. The kingdom Bamfordvirae is likely derived from the other kingdom Helvetiavirae via fusion of two MCPs to have an MCP with two jelly roll folds instead of one. The single jelly roll (SJR) fold MCPs of Helvetiavirae show a relation to a group of proteins that contain SJR folds, including the Cupin superfamily and nucleoplasmins. [12] [20] [21]

Marine viruses in Вариднавирия are ubiquitous worldwide and, like tailed bacteriophages, play an important role in marine ecology. [35] Most identified eukaryotic DNA viruses belong to the realm. [36] Notable disease-causing viruses in Вариднавирия include adenoviruses, poxviruses, and the African swine fever virus. [37] Poxviruses have been highly prominent in the history of modern medicine, especially Variola virus, which caused smallpox. [38] Many varidnaviruses are able to become endogenized in their host's genome, and a peculiar example of this are virophages, which confer protection for their hosts against giant viruses during infection. [36]

By Baltimore group Edit

dsDNA viruses are classified into three realms and include many taxa that are unassigned to a realm:

  • All viruses in Дуплоднавирия are dsDNA viruses. [11]
  • В моноднавирия, members of the class Papovaviricetes are dsDNA viruses. [30]
  • All viruses in Вариднавирия are dsDNA viruses. [12]
  • The following taxa that are unassigned to a realm exclusively contain dsDNA viruses: [12]
    • Orders: Ligamenvirales
    • Families: Ampullaviridae, Baculoviridae, Bicaudaviridae, Clavaviridae, Fuselloviridae, Globuloviridae, Guttaviridae, Halspiviridae, Hytrosaviridae, Nimaviridae, Nudiviridae, Ovaliviridae, Plasmaviridae, Polydnaviridae, Portogloboviridae, Thaspiviridae, Tristromaviridae
    • Genera: Диноднавирус, Ризидиовирус

    ssDNA viruses are classified into one realm and include several families that are unassigned to a realm:


    Гледай видеото: Hujayra ixtisoslashuvi differensiatsiyasi. Rivojlanish biologiyasi. Biologiya (Юни 2022).


Коментари:

  1. Perryn

    Трябва да кажете.

  2. Dix

    The post is good, I read and saw many of my mistakes, but did not see the main one :)

  3. Ashford

    Важната и навременна реакция

  4. Brothaigh

    Това е забележителна, много ценна фраза

  5. Jamarcus

    правилния отговор

  6. Douran

    Excellent message congratulate)))))



Напишете съобщение