ГЛАВА 24. АДЕНОВИРУСЫ

Аденовирусы составляют обширную группу вирусов, пора­жающих теплокровных животных. Эти вирусы по строению генома и морфологии вирионов отличаются от других групп вирусов. Аденовирусы выделены в семейство Adenoviridaeс двумя родами — аденовирусы млекопитающих и птиц — Mas- Jadenovirusи Aviadenovirus[Дрейзин P.

Геномом является двунитевая ДНК с молекулярной мас­сой около 23,8XlO⁶. Длина ДНК. H мкм, к 5'-концу молекулы

ковалентно присоединен терминальный белок. ДНК аденови­руса в вирионах циркулярной формы, при этом терминальные белки взаимодействуют между собой нековалентно. На концах ДНК имеются терминальные инвертированные повторы из 100—140 пар оснований. Поэтому при удалении молекул тер­минального белка аденовируса ДНК образует циркулярные формы вследствие спаривания оснований. Терминальный бе­лок участвует в циркуляризации ДНК. Аденовирусная ДНК инфекционна; инфекционность резко повышается при наличии терминального белка.

Вирионы имеют плотность 1,33—1,34 г/мл в градиенте плотности хлорида цезия, икосаэдральную симметрию, диа­метр 70—90 нм.

В вирионах имеются 11 —15 полипептидов, которые обо­значают римскими цифрами от II до XII: пептиды гексона (II), основания пентона (III), связанный с ним белок и фиб­ры (Ша, IV), белки сердцевины (V, VII), гексонассоциирован- ные белки (VI, VIII—XII). Молекулярная масса белков кап­сида составляет 120 000 (II), 24 000 (VI), 13 000 (VIII), 19 000^ (IX), 85000 (III), 62 000 (IV), белков сердцевины — 48000 (V) и 18 500 (VII). Белки сердцевины сходны с гистонами. Протективными белками являются гексоны, пентоны и фиб­ры, с последними связан типоспецифический иммунитет.

Репродукция аденовирусов протекает стадийно: адсорбция, проникновение вирионов в клетку и частичная депротеиниза­ция, ранние синтезы, репликация ДНК, поздние синтезы, сборка вирионов, выход из клетки. Репликация вирусной ДНК и сборка вирионов происходят в ядрах зараженных клеток, по­ток мРНК идет из ядра в цитоплазму, а синтезированные в цитоплазме белки транспортируются в ядра в места сборки вирионов. Вирионы прикрепляются к специфическим клеточ­ным рецепторам клеточной мембраны с помощью фибр, про­никают в клетку посредством эндоцитоза, теряя при этом часть белков капсида. По микротрубкам вирион транспорти­руется к ядерным порам и здесь теряет большую часть бел­ков, сохраняя гистоноподобные внутренние белки (V, VII), терминальный белок, низкомолекулярный (4000) белок μ.

Ранняя транскрипция охватывает 5—'18% длины генома и локализуется в левой 5'(ElA)и правой 3^z(ЕЗ) частях ге­нома. Существуют еще более тонкие различия ранних синте­зов, выделяют сверхранние (Ll),предранние (ElA),запозда­ло ранние (Е1В—Е4) и промежуточные (IVa2, IX) области генома. Область El (ElA)интересна и тем, что в ней есть»

Рис.

Вирусные мРНК показаны стрелками; L — поздние, E — ранние белкн. По оси абс­цисс — относительные величины.

гены, кодирующие синтез трансформирующих белков (рис. 43). Синтез мРНК аденовируса катализируется клеточной PHK- полимеразой II, при этом происходят формирование кэп-струк- тур, сплайсинг, полиаденилирование. При этом кэп-структуры для областей ElAи ElBразные.

Ранние белки Е2А и Е2В обеспечивают репликацию вирус­ной ДНК, белками ElAи ElBобусловливается трансформа­ция, причем образование опухолей у хомяков связывают с синтезом ранних антигенов Т, которые в отличие от антиге­нов Tпаповавирусов многочисленны. Помимо обычных мРНК, в зараженных клетках синтезируются низкомолекулярные VA {virus-associated)ДНК. Этот синтез катализируется клеточ­ной РНК-полимеразой III, ДНК регулирует этапы поздней трансляции.

После заражения клеток аденовирусами ДНК проникает в ядра и образует комплексы с клеточными гистонами. В этом виде на ней происходит транскрипция ранних генов. Реплика­ция ДНК осуществляется под «защитой» ДНК-связывающих белков, а затем — гистонов. На этой структуре происходит транскрипция поздних генов. Затем вновь синтезированная ДНК образует комплексы с белками сердцевины и инкапси- дируется, формируя вирионы [Dery С. et al., 1985]. Пока изу­чены лишь немногие гены аденовирусов. Так, известно, что с геном ElAсвязана литическая и трансформирующая актив­ность, с геном IB — репликация и трансформация, с геном El — иммортализация клеток.

Репликация аденовирусной ДНК сопровождается 90% угнетением синтеза «хозяйской» ДНК. В отличие от реплика­ции «хозяйской» ДНК путем образования фрагментов Оказа­ки синтез аденовирусной ДНК происходит непрерывно с двух

Рис. 44.Модель белковой затравки для инициации синтеза аденовирусной ДНК. Вновь образованные нити ДНК (1) ковалентно связаны с белком.

ее концов. При этом терминальный К-белок с молекулярной массой 55 000, ковалентно связанный с б'-концами нитей, яв­ляется затравкой для инициации синтеза вирусной ДНК.

C началом, репликации ДНК ранние синтезы выключаются и их заменяют поздние синтезы. Большинство полипептидов, синтезируемых в поздней стадии, являются структурными белками или их предшественниками. Однако некоторые син­тезируемые белки (молекулярная масса 100 000, 50000 и 39 000) не являются структурными, хотя участвуют в сборке вирионов. Последняя происходит в ядрах и представляет со­бой многоступенчатый процесс. Сначала формируются гексо­ны из тримеров полипептида II и пентоны. В этом процессе участвует неструктурный белок с молекулярной массой 100 000. Затем образуются «легкие капсиды» (600S, 1,315г/мл), содержащие, помимо геномов, белки VI, VIII, IIIa₁белки с молекулярной массой 55 000 и 39 000. ДНК входит в фор­мирующиеся капсиды через одну из открытых вершин, и кап­сиды становятся более плотными (600S, 1,35 г/мл). «Юные» вирионы становятся «зрелыми», накапливаясь в ядрах. При этом клеточные синтезы полностью блокируются и клетки погибают.

Наряду с описанной продуктивной инфекцией при зараже­нии клеток могут происходить интегративные процессы. Пред­полагают даже, что в процессе репликации имеются быстро преходящие стадии интеграции вирусного генома с клеточ­ным. Что же касается интегративного типа взаимодействия;, то оно имеет место преимущественно при инфекции клеток' высокоонкогенными аденовирусами, причем интегрируется; обычно не весь геном аденовируса, а часть его, несущая онко­гены в области ранней транскрипции. Области ранних генов; (Е1А, ElB)являются началом репликации и трансформации.. Полагают, что инициация трансформации и ее поддержание обеспечиваются разными генами, вернее, их продуктами [Hur­witz D., Chinnadurai G., 1985] и в этом процессе участвуют клеточные гены (белок pp60^c-^src).Это справедливо не только- в отношении аденовирусов, но и других онкогенных ДНК-со- держащих вирусов — полиома- и папилломавирусов [Amini S..

Онкогенные свойства аденовирусов и ряда других онко­генных ДНК-содержащих вирусов с эволюционной точки зре­ния могут казаться бессмысленными, тем более что у естест­венных «хозяев» они часто не вызывают трансформации кле­ток. Это, в частности, относится к аденовирусам, длительна¹ персистирующим в миндалинах и тем не менее не являющим­ся причиной рака и сарком дыхательных путей и верхнего* отдела пищевода. Некоторый свет на этот своеобразный путь, эволюции проливают исследования ранней области (IB)ге­нома высокоонкогенного аденовируса 5.Эта область, зани­мающая 0—11,2 участка генома, имеет две разные транскрип­ционные единицы, ElAи ElB,и их продукты необходимы как для литической инфекции, так и трансформации. Мутации в? области ElB,поражающие гены этой области, кодирующие- синтез антигенов с молекулярной массой 19 000 или 21 000¹,, сопровождаются деградацией хромосомной ДНК [White Е. et al., 1984] или вирусной и клеточной ДНК [Pilder S. et al., 1984]. Из других особенностей аденовирусов заслуживают- особого упоминания две: существование дефектных сателли­тов аденовирусов и особый тип взаимодействия аденовирусов* с паповавирусами. Первая рассмотрена в главе 22, здесь же имеет смысл остановиться на второй.

Взаимодействие аденовирусов с SV40имеет своеобразный* характер. Аденовирусы размножаются в некоторых видах клеток лишь в присутствии SV40,который в этом случае яв­ляется хелпером, поскольку удаление его (например, с по­мощью иммунной сыворотки) прекращает и размножение- аденовируса в клетках почек обезьян вследствие блокирова­ния синтеза некоторых структурных белков. В этом случае* антиген T SV40является трансактивирующим фактором, бо-

.лее активно (нежели терминальный белок аденовируса) свя­зывающимся с аденовирусной ДНК, что необходимо для инициации ее репликации.

Аденовирусы образуют рекомбинанты при совместном культивировании, между мутантами может осуществляться комплементация. Из других генетических особенностей инте­ресна способность образовывать гибриды с SV40,включаю­щие полный геном или часть генома паповавируса.

Род мастаденовирусов насчитывает более 80 представите­лей, поражающих человека, обезьян, лошадей, крупный рога­тый скот, овец, коз, свиней, собак и мышей. Хотя аденовиру­сы могут размножаться в тканях разных животных, в естест­венных условиях они поражают один или немногие близкие виды.

Аденовирусы человека по некоторым свойствам, включая онкогенные потенции, подразделяются на 6 групп, обозначае­мых буквами латинского алфавита. Вирусы серотипов 1—35 вызывают заболевания дыхательных путей и конъюнктивиты, фарингоконъюнктивную лихорадку, ангины, они легко куль­тивируются в. клеточных культурах; вирусы сероваров 36—42 вызывают кишечные заболевания, не культивируются. Высо­коонкогенные вирусы (группа А, серовары 12; 18 и 31, груп­па С, серовары 2, 4 и др.) онкогенны для новорожденных хомяков и вызывают трансформацию клеточных культур, но для человека они не онкогенны, хотя могут длительно пер­систировать в миндалинах. Онкогенными потенциями облада­ют некоторые аденовирусы, поражающие обезьян и других животных. У животных аденовирусы вызывают поражения дыхательных путей, кератоконъюнктивиты, поражения кишеч­ного тракта, гепатит у собак. Многие из них вызывают суб­клинические и бессимптомные инфекции, что, впрочем, отно­сится и к аденовирусам человека.

Род аденовирусов, птиц насчитывает 15 представителей, поражающих домашних (куры, индюшки, утки, гуси) и диких (перепелки, фазаны) птиц. Вирусы вызывают поражения ды­хательных путей и другие заболевания, включая летальные поражения эмбрионов.

Четко очерченная группа аденовирусов не имеет аналогов среди других групп вирусов. Если даже считать эволюционно общим признаком наличие терминального белка на 5'-конце ДНК, то этот признак существует у вирусов многих разнород-

них групп. Помимо РНК'Содержащих пикорнавирусов, а так­же вирусов заболеваний растений (собемо-, комо- и нейови- русов), которые образуют группу с одинаковой стратегией генома, терминальные белки имеют многие ДНК-содержащие вирусы, а также многочисленные вирусы, содержащие одно- и двунитевую PHK и даже митохондриальная ДНК кукурузы [Garcia P. et al., 1986]. Естественно, что при таком разнооб­разии генетических структур, имеющих терминальные белки, вряд ли можно их наличие принимать во внимание для оцен­ки эволюционной общности вирусов, хотя у некоторых фагов (Ср-1, ф29), помимо терминальных белков, имеются инверти­рованные повторы на концах молекулы ДНК. Более того,, есть веские основания считать, что схема репликации адено­вирусов и фагов ф29 и Cp-Iимеет много общих черт [Варта- петян А. Б., 1982; Garcia P. et al., 1986]. Кстати, хвостатые фаги следует считать филогенетически древними. И все-таки непонятно, как возникли аденовирусы, ограничив свои эколо­гические ниши теплокровными животными, а также чело­веком.

Дальнейшие пути эволюции понятны. По-видимому, эво­люция большинства вирусов была сопряжена с эволюцией их. «хозяев», и этим можно объяснить четкую очерченность двух родов аденовирусов, дивергенция которых привела к утрате иммунологических связей между представителями разных родов. В то же время существование серологического родства, между вирусами внутри родов и высокая степень гомологии ДНК не только внутри групп (70—95%), но и между виру­сами, поражающими разные виды (10—25%), свидетельст­вуют об ЭВОЛЮЦИОННОЙ СВЯЗИ СЛОЖИВШИХСЯ В ходе ЭВОЛЮЦИИ: родов. C этой точки зрения аденовирусы человека можно рас­сматривать как потомков, аденовирусов предшествовавших, ему приматов, а разнообразие аденовирусов человека отра­жает эволюционное процветание этой группы вирусов.

Тем не менее многое остается непонятным и прежде всего наличие у аденовирусов онкогенных потенций, не проявляю­щихся фенотипически. Вероятно, онкогены аденовирусов име­ют клеточное происхождение, о чем свидетельствует обнару­жение гомологических участков геномов клеток млекопитаю­щих и аденовирусов. Однако эти гены давно уже стали генам,ш аденовирусов, необходимыми им для репродукции. Возможно,, в этом и состоит ответ на поставленный вопрос, поскольку, как известно, клеточные онкогены «предназначены» не для- канцерогенеза, а выполняют важные регуляторные функции. По-видимому, это и явилось причиной инкорпорации клеточ­ных генов в геном аденовирусов в далеком прошлом, когда возникли эти вирусы. Весьма характерно с этой точки зре­ния, что ген ElAаденовирусов серотипов 2и 5,с которого-

образуются 3 транскрипта (18S, 12S и 9S) обеспечивает и .литическую, и трансформирующую активность. Точно так же ■ген 18(58 000-М2) аденовируса серотипа 12является ранним теном, продукт которого обеспечивает начало репликации вирусной ДНК, а также трансформации. Это «а так же», по- видимому, никогда не реализуется при инфекции вирусом своего естественного «хозяина», и потенциальная трансфор­мирующая активность этого гена, как, впрочем, и нормальных клеточных онкогенов, реализуется лишь в особых, искусст­венно созданных условиях — при размножении вируса в куль­туре ткани или при заражении им новорожденных хомяков.

Здесь же в разделе об аденовирусах целесообразно упо­мянуть две группы фагов, морфология вирионов которых име­ет сходство с таковой аденовирусов. Семейство Tectiviridae, насчитывающее около 10 фагов (группа RRD),имеет геном в виде двунитевой ДНК с молекулярной массой 9?10⁶, что составляет 14% массы вирионов. В вирионах содержатся 16— 18 белков. Вирионы построены по типу икосаэдров диаметром 65 нм с булавовидными отростками на углах. Двойной капсид состоит из ригидной внешней и гибкой внутренних оболочек. ■Репликация изучена мало, вирусы поражают многие виды -бактерий. Семейство Corticoviridaeвключает в себя 1—2 фа­га (группа РМ2), геномом является циркулярная суперспира- лизованная ДНК с молекулярной массой 6?10⁶, что состав­ляет 14% массы вирионов. В вирионах содержатся 4 белка с молекулярной массой 5?10³—43?10³. На вершинах углов есть щеткообразные выступы. Вирионы имеют также два кап­сида диаметром около 60 нм. Репликация изучена мало, ви­русы паразитируют в морских Pseudomonas.

Какие-либо соображения о происхождении и эволюции этих вирусов пока невозможны.

TЛABА 25. ИРИДОВИРУСЫ .

Иридовирусы образуют четко очерченную группу вирусов. 'Эти вирусы поражают широкий круг животных (насекомых, морских беспозвоночных, рыб, земноводных) [Matthews R., 1982]. Единственный известный до настоящего времени сход­ный вирус африканской лихорадки свиней [Ortin J. et al., 1979] выделен в самостоятельное семейство [Brown F., 1986]. Ири­довирусы относятся к группе наиболее крупных ДНК-содер- Жащих вирусов. Их геном — линейная двунитевая ДНК — образует одну, а возможно, две молекулы, имеет молекуляр­ную массу 100?10⁶—250?10⁶, что составляет 12—30% массы вириона. Вирион — икосаэдр — состоит из 180 копий капсид-

ного белка с молекулярной массой 29 000. К его 5'-концу ко­валентно прикреплен белок, поли (А)-последовательности на З'-конце нет. В ходе репродукции PHK с молекулярной мас­сой l,4?10⁶кодирует синтез 4 белков: двух родственных с мо­лекулярной массой 105 000 и 75 000, белка капсида (29 000) и белка с молекулярной массой 14 000 [Salermo-Rife Т. et al., 1980]. В составе вирионов имеются 13—25 структурных бел­ков с молекулярной массой 10 000—25 000, в том числе про- теинкиназа и другие вирионассоциированные ферменты.

Морфологически иридовирусы представляют собой икоса­эдры диаметром 125—200 нм, в построении которых участву­ют также липиды. Однако это не липидная бислойная обо­лочка, и иридовирусы относятся к безоболочечным вирусам, будучи наиболее крупными, наряду с хвостатыми фагами, их представителями. Механизм их репликации сложный. Вирио­ны проникают в клетки путем эндоцитоза, в эндоцитарных вакуолях происходит депротеинизация нуклеопротеида (осво­бождение от липидно-белковой оболочки, механизм которого неясен). Для транскрипции и репликации вирусной ДНК тре­буются неповрежденные ядра клеток, однако значительная часть репликации ДНК происходит с участием вирусиндуци- рованных ферментов, причем эти процессы локализуются в цитоплазме, там же обнаруживаются паракристаллические скопления вирионов. Выход последних из клетки происходит при цитолизе или путем «почкования», и в этом случае они могут приобрести оболочку из клеточной мембраны, хотя на­личие или отсутствие ее не влияет на инфекционность.

При изучении иридовирусов (вируса V-3лягушек) было по­казано, что сначала вирусиндуцированные синтезы осуществ­ляются в ядрах, куда проникает вирусный геном и где про­исходит сверхранняя транскрипция части генов с помощью клеточной полимеразы II. Затем геном вируса перемещается в цитоплазму, в которой транскрипция поздних генов обеспе­чивается вновь синтезированной вирусспецифической тран­скриптазой, отсутствующей в вирионах [Willis D. et al., 1984].

В пределах семейства выделены 4 рода. Вирусы двух ро­дов поражают насекомых, различаются по размерам вирио­нов. Род Iridovirusпоражает личинки Tipulaи других насе­комых, имея довольно широкий круг «хозяев». Род насчитывает более 30 вирусов, некоторые из них имеют иммунологи­ческое родство. Кроме того, в этот род условно отнесены ви­русы Chiromonas plumosurи Octepus vulgaris.Вирионы име­ют диаметр 120 нм, содержат липиды, однако инфекционность не исчезает после обработки эфиром. Инфицированные личин­ки и очищенный вирус дают голубое свечение (радужность). Род Chloridovirusзаключает в себя 20 вирусов (типовой вид — вирус радужности комаров), которые вызывают желто-зеленое

свечение (радужность). Вирионы имеют диаметр 180 нм, со­ответственно й размер генома примерно в 2 раза больше, чем у представителей первого рода.

Род Ranavirusсостоит из более чем 40 вирусов, поражаю­щих земноводных (лягушек). У естественных «хозяев» —■ взрослых лягушек Rana pipicess — они не вызывают болезни, но для головастиков этого и других видов .лягушек они смер­тельны. Помимо тканей земноводных, вирусы размножаются в культурах клеток рыб, птиц и млекопитающих при невысо­кой температуре (12—32°С). В отдельный род Lymphoсуstis- virusвыделены одноименные возбудители заболеваний рыб.

Вирус африканской лихорадки свиней выделен в самостоя­тельное семейство, хотя имеет некоторые общие характерис­тики с иридовирусами. В вирионах содержится ДНК-зависи- мая РНК-полимераза, однако вирус размножается лишь в клетках с непораженными ядрами. Кроме клеток свиней, мо­жет размножаться в клетках других видов теплокровных животных.

Немногочисленные данные об иридовирусах и вирусе аф­риканской лихорадки свиней явно недостаточны для сколько- нибудь обоснованных соображений об их эволюции и тем бо­лее о возможном происхождении.

Иридовирусы характеризуются сложным механизмом ви- русиндуцированных синтезов (сверхранняя, ранняя и поздняя транскрипция), в которых участвуют как клеточное ядро, так и вирусиндуцированные ферменты синтеза нуклеиновых кис­лот. Хотя эти сведения уже сами по себе немаловажны для обоснования предположения об общности происхождения всех рассматриваемых групп вирусов, но этого достаточно, по­скольку экологические ниши у каждой группы биологически изолированы (насекомые, земноводные, рыбы, млекопитаю­щие) и даже в пределах одной и той же или близких эколо­гических ниш (два рода иридовирусов насекомых) имеются четкие различия между родами по величине генома. Впрочем, последнее не следует абсолютировать, так как подобные свойства наблюдаются и в других группах сходных вирусов (например, папиллома- и полиомавирусы, общность проис­хождения которых не вызывает сомнений) и даже, в пределах одной и той же таксономической группы (например, у герпес­вирусов или у отдельных их родов).

Интересно выяснить, являются ли 4 рода иридовирусов и вирус африканской лихорадки свиней ныне существующими группами с вымершими связывающими их звеньями или же мы еще не знаем многих представителей этой эволюционной группы. Хочется надеяться, что данный пробел будет воспол­нен в ближайшие годы.