ГЛАВА 30. ВИРУСЫ ГЕРПЕСА

Герпесвирусы распространены среди многих видов млеко­питающих и птиц, именно эти вирусы наиболее строго класси­фицированы [Баринский И. Ф., 1982; . Matthews R., 1982; Brown F.,-1986].

pesviridae,которое -подразделяется на три подсемейства: аль­фа-герпесвирусы (Alphaherpesvirinae),включающие роды Simplexvirus(вирус простого герпеса), Poikilovirus(вирус ложного бешенства) и Varicellavirus(вирус варицеллы-зосте- ра); бета-герпесвирусы (Bethaherpesvirinae),включающее роды Cytomegalovirus(цитомегаловирус человека) и Murome- galovirus(цитомегаловирус мышей), и гамма-герпесвирусы (Gammaherpesvirinae),включающее роды Lymphocryptovirus (вирус Эпштейна — Барр), Thetacryprolymphovirus(вирус бо­лезни Марека) и Rhadonovirus(вирус герпеса саймири). В каждом роде имеется один или несколько вирусов. Вирусы герпеса или сходные с ними обнаружены также у низших по­звоночных— пресмыкающихся, земноводных и рыб, сходные C ними вирусы выявлены у моллюсков и грибов [Fenner F., 1976]. Однако в более поздних классификациях последние вирусы не упоминаются. Таким образом, остается неясным, поражают ли герпесвирусы только высших позвоночных (теп­локровных) или же более широкий круг «хозяев» (низшие позвоночные, беспозвоночные).

Вирионы разных представителей герпесвирусов довольно сходные. Они имеют неправильную сферическую форму, диа­метр 120—200 нм, состоят из 4 структурных компонентов: электронно-плотной сердцевины, икосаэдрального нуклеокап- сида, электронно-плотной внутренней оболочки (tegument)и внешней оболочки, или мембраны (envelope).Сердцевина со­стоит из ДНК, ассоциированной с белками. Капсид имеет диа­метр 100—110 нм, форму икосаэдра и состоит из 162 капсоме- ров, из которых 150 являются гексамерами и 12 пентамерами; они размещаются по 5 на каждой фасетке (edge).Капсомеры имеют вид полых трубок размером 2,5?12,5 нм с каналом диаметром 4 нм.

Геном представляет собой линейную двунитевую ДНК, мо­лекулярная масса которой колеблется от 86?IO⁶(вирус гер­песа сома) до 145?10⁶(цитомегаловирус человека). Схемати­чески он состоит из двух ковалентно соединенных сегментов — длинного (L)и короткого (S)—соответственно 82 и 18% ге­нома (рис. 56). Каждый компонент в свою очередь состоит из уникальных (U_lи Us)последовательностей, «обрамленных» инвертированными повторами abи Ь'а' для компонента Lи а'с' и са для компонента S [Spectoret D. et al., 1982]. После­довательности L(около 500 нуклеотидов) обеспечивают цир­куляцию ДНК- Разная стыковка L-и S-сегментов в зависи­мости от' их места расположения и ориентации обусловливает образование 4 изомерных форм генома герпесвирусов.

Рис. 56. Структура генома вируса простого герпеса (схема). Буквами обо­значены прямые и инвертированные повторы, стрелками показана их ори­ентация; 1 и 2 — ковалентно связанные фрагменты генома, разделенные ин­вертированными повторами. В популяции вируса содержатся 4 варианта аранжировки генома в эквимолярных концентрациях, различающихся по ориентации 1-го и 2-го фрагментов.

о

Рис. 57. Аранжировка последовательностей в геномах 5 герпесвирусов (схе­ма). Горизонтальными линиями обозначены уникальные или псевдо уникаль­ные области; прямоугольниками обозначены повторяющиеся последователь­ности, треугольники показывают, повторяется ли последовательность в пря­мой или обратной ориентации; цифры справа — фрагменты генома.

Содержание Г+Ц у разных представителей герпесвирусов колеблется в широких пределах; различны величина генома и его оганизация [Honess R., 1984] (рис.

желой цепи [Bornkamm G. et al., 1976]. У разных штаммов вируса Эпштейна — Барр наблюдаются различия в строении генома [Given D., Kieff E., 1978], а у цитомегаловируса раз­меры генома могут колебаться от 100?10⁶до 155?10⁶ [Kilk- patrick В., Huang E., 1977]. В связи с подвижностью генома возможны разнообразные его перестройки за счет дупликации и !перемещения отдельных генов [Pogue-Geile К. et al,, 1985], Значительны и качественные перестройки генов герпесвиру­сов. Так, области генов gF, gCвируса герпеса человека серо- вара имеют значительную гомологию [Dowbenko D., Lasky L.,

1984] . В составе генома вируса простого герпеса типа / име­ется тандемно повторяемый триплет ГГЦ, существование ко­торого характерно для рибосомной 28S PHK человека.

В составе вирионов обнаружено более 30 белков: 7 глико­протеидов (g∙B, gC, gD, gE, gF, gGи gX)находятся на по­верхности и вызывают образование вируснейтрализующих ан­тител [Vaughan P. et al., 1985]; 6 белков имеются в капсиде, среди них АТФаза и протеинкиназа. Многие десятки белков, в том числе тимидинкиназа, являются неструктурными и об­разуются в ходе репродукции вируса. Среди других белков следует назвать ДНК-полимеразу и белок, связанный с ДНК.

Репликация вирусов герпеса является сложным и много­ступенчатым процессом и включает в себя прикрепление ви­рионов к клеточным рецепторам, эндоцитоз и слияние мемб­ран вирионов и клетки. В результате обнажается капсид, ко­торый попадает в цитозоль. Затем комплекс ДНК—: белок проникает в ядро, капсид разрушается и вирионная ДНК вы­ходит в нуклеоплазму и здесь начинает функционировать, транскрибируясь клеточной РНК-полимеразой. Различают сверхраннюю, раннюю и позднюю транскрипцию, процессинг мРНК, синтез кодируемых продуктов и частичный обратный транспорт их в ядро, репликацию ДНК и формирование до­черних молекул, образование в ядрах клеток незрелых капси­дов, !почкование их через ядерную мембрану, формирование зрелых капсидов и внешней оболочки в цистернах эндоплаз­матического ретикулума, транспорт к поверхности через мо­дифицированный эндоплазматический ретикулум и выход из клетки (рис.

Экспрессия вирусных генов происходит поэтапно и сопро­вождается выключением синтеза клеточных макромолекул. Сверхранние и ранние синтезы предшествуют репликации ДНК. На этой стадии синтезируются разные функциональные (неструктурные) белки, среди них тимидинкиназа и другие белки синтеза ДНК, а также ферменты, подавляющие клеточ­ные макромолекулярные синтезы. Экспрессия ранних (альфа) генов сопровождается синтезом 5 альфа-белков. Затем следу­ют синтезы 8 бета-пептидов, включая большой ДНК-связыва-

Рис. 58. Репликативный цикл вируса герпеса (схема).

Рис. 59. Расположение некоторых генов на геиоме вируса герпеса.

Терминальные повороты и их ориентация показаны буквами и стрелками; IE — а-ге- ны; TK,/ОК—Р-гены; gC — поздние гены; их ориентация показана темными прямо­угольниками. и стрелками; в скобках — молекулярная масса (?10³); А — единицы карты; Б — пары (кб); В — начало репликации; Г — локализация генов; Д —основные структурные гены,

ющий белок, вирусную рибонуклеотидредуктазу, тимидинкина- зу и ДНКполимеразу.- Поздние гамма-белки синтезируются после репликации вирусной ДНК; это, помимо многих других, большой белок капсида и гликопротеид gC.Транскрипция ви­русных генов обеспечивается клеточной РНК-полимеразой II. Образование кэп-структур, их метилирование, полиаденилиро­вание вирусных мРНК также катализируются клеточными ферментами.

Некоторые гены вируса простого герпеса типа I идентифи­цированы. Расположение их на физической карте генома по­казано на рис. 59, стрелками указано направление их транс­крипции. Как видно из этой схемы, сверхранние, ранние и поздние гены диспергированы по вирусной хромосоме и име­ют разную ориентацию.

В репликации вирусной ДНК основную роль играет систе­ма репликации клеточной ДНК, однако в ее осуществлении важное значение имеют вирусные гены и их продукты, в част­ности тимидинкиназа.

Как и следовало ожидать, при такой величине генома, ка­кую имеют герпесвирусы, их репликация не может быть не­прерывной и происходит, так сказать, квантами, единицей ко­торых является репликон. Специально проведенные исследо­вания показали, 'что таким репликоном является участок ДНК, содержащий не более 15000 пар нуклеотидов [Kwong A., Fren­kel N., 1984].

Пустые вирусные капсиды формируются в ядрах, здесь же происходит упаковка в них вновь синтезированной вирусной ДНК, взаимодействующей с ДНК-связывающим вирусным белком. При прохождении через ядерную мембрану вирионы приобретают внутреннюю, а цри выходе из клетки — внешнюю оболочку.

Классификация герпесвирусов основана на совокупности признаков, включая степень гомологии, наличие антигенного родства и биологические свойства.

Группа герпесвирусов человека состоит из вирусов герпеса человека двух сероваров и вируса герпеса коров; группа гер­песвирусов свиней включает вирусы ложного бешенства и аборта лошадей. К этому же подсемейству (альфа-герпесвиру­сы) относят вирусы варицеллы-зостер, герпеса ценопитеков, случной экзантемы лошадей, герпеса кошек, лошадиный ви­рус герпеса типа 2, вирус герпеса собак. К подсемейству бета- герпесвирусов относятся цитомегаловирусы человека и мышей, составляющие два отдельных рода, а также цитомегаловирусы свиней, мышей и морских свинок. От представителей преды­дущего подсемейства эти вирусы отличаются медленной ре­продукцией, формированием под их воздействием гигантских слившихся клеток в культурах.

Наряду с продуктивной инфекцией, сопровождающейся ги­белью зараженных клеток, для инфекции герпесвирусами ха­рактерна персистенция без гибели пораженных клеток, а мно­гие вирусы, вызывающие как местные, так и системные пора­жения, обладают выраженными онкогенными потенциями. Онкогенные потенции наблюдаются у вирусов обоих рассмот­ренных подсемейств, но в наибольшей степени они выражены у гамма-герпесвирусов — у вируса Эпштейна — Барр, а также сходных с ним вирусов обезьян (ателес, саймири), гамма-гер­песвирусов птиц (возбудителя болезни Марека кур и сходного заболевания индюшек) и у герпесвируса кроликов. Онкоген­ные потенции связаны с особенностями строения генома виру­сов. Так, геномы онкогенных герпесвирусов обезьян ателес, саймири и аотус имеют повторные обогащенные Г+Ц участки ДНК (Н-ДНК), которые, не обладая кодирующими свойства­ми, являются сигналом для упаковки генома. Эти последова­тельности регулярно обнаруживаются в опухолях (лимфомах), вызванных указанными вирусами [Fucks P. et al., 1985].

Герпесвирусы вызывают разнообразные патологические процессы: острые местные и системные поражения, латентные инфекции с поражением центральной нервной системы, неопла­стические процессы,- Обычно клиника .герпетической инфекции полиморфна. Так, герпесвирусы человека обоих сероваров вы­зывают стоматит, пузырьковые поражения кожи и слизистых оболочек, герпес глаза, половых органов и, возможно, даже рак шейки матки (герпесвирус серовара 2). После острой ин­фекции вирус может .персистировать в нервных и других клет­ках, вызывая периодические обострения. ■

Персистенция герпесвируса человека вызвана не только периодическим «ускальзыванием» вируса от иммунных реак­ций, но и изменчивостью вируса, что доказывается выделени­ем отличающихся штаммов вируса от одного и того же боль­ного [Lewis М. et al., 1984]. Цитомегаловирус человека вызы­вает латентную инфекцию с разнообразным клиническим те­

чением (лихорадкой, поражением легких и других органов). Передаваясь внутриутробно, вирус обусловливает развитие уродств плода. Вирус Эпштейна — Барр у европейцев и дру­гих ,-представителей европеоидной расы чаще всего вызывает остро протекающее заболевание с развитием иммунитета про­тив него — инфекционный мононуклеоз. У африканцев он не­редко является причинной злокачественной лимфомы Беркит­та и назофарингеального рака. Впрочем, расовая очерченность этих нозологических форм далеко не абсолютна. Столь же по­лиморфны и многолики герпетические заболевания у животных.

Подлинная эволюционная классификация герпесвирусов пока -не разработана, так как, с одной стороны, геном их до­статочно велик и сложен для анализа на основе секвенирова­ния, с другой стороны, разные гены герпесвирусов могут иметь различное происхождение. Так, две малые PHK вируса Эп­штейна— Барр сходны с PHK аденовирусов VAIи VAII [Rose М. et al.,. 1981], цитомегаловирус и вирус миелобластоза птиц имеют сходные последовательности [Spector D., Vacqui- er J., 1983] V-mycи соответственно с-тус[Rasmussen R. et al.,

1985] . Геном цитомегаловируса обладает последовательностя­ми, гомологичными таковым в геноме нормальных клеток [Jeang K-, Hayward G., 1983], и т. п. Выше отмечалось нали­чие тандемных последовательностей, общих для ДНК герпес­вируса и гена, кодирующего синтез рибосомной PHK (28S).

При исследовании библиотеки генома клеток человека най­дены участки гомологии с геномом цитомегаловируса челове­ка— в EcoRI,фрагментах R,bи dв области генов для рибо­сомной РНК. Такая гомология не выявлена при сравнитель­ном исследовании ДНК мышей и морских ежей [Shaw G. et al., 1985]. Это заставляет думать о захвате генов человека, а не о более длительной эволюции данных участков генома цито­мегаловируса. При исследовании ядерного антигена (молеку­лярная масса 72 000) вируса Эпштейна — Барр была показана иммунологическая близость его к клеточному белку (62000) в иммуноблотте [Luka J. et al., 1984]. В данном случае, по-ви­димому, имеет место сходный феномен — захват клеточных генов и их эволюция в составе генома вируса. В ДНК цито­мегаловируса человека найдены 5 участков гомологии с ДНК. клеток нормальных тканей плаценты, печени, кишечника, лей­коцитов человека, а также с ДНК раковых клеток. Кроме- того, гомологичные ДНК цитомегаловируса человека участки- были обнаружены в ДНК герпесвирусов аотус и китайского, хомяка, но не мыши. Эти участки не соответствовали Д/и-по- следовательностям и генам с-тус[Rueger R. et al., 1984]. Это свидетельствует о том, что в ходе эволюции герпесвирусы мог­ли получать гены из разных источников и прежде всего-из. клеток, в которых они паразитировали.

Выше говорилось об онкогенных потенциях герпесвирусов (что, конечно, связано с интеграцией их геномов и/или отдель­ных генов), а также о возможности их персистенции в виде плазмид. В этом случае могут быть значительные делеции ге­нома, в частности удаление терминальных повторов [Lupton S. et al., 1985]. Все это свидетельствует о больших перестройках геномов герпесвирусов, происходивших в процессе их эво­люции.

Предприняты попытки понять молекулярную эволюцию герпесвирусов [Филатов Ф., 1980]. Предполагают, что общий предок этих вирусов имел кольцевую ДНК- Герпесвирусы рыб, в частности вирус болезни сомов Ла-Манша (к этой группе относятся также вирусы болезни лосося и оспы карпов), в наи­большей степени сохранил предковую форму ДНК — без ин­вертированных последовательностей. Ее молекулярная масса составляет около 76 XIO⁶. Дальнейшая эволюция герпесвиру­сов шла по пути увеличения размера генома, который у цито­мегаловирусов почти удвоился. Одной из возможных проме­жуточных эволюционных форм может служить вирус мамми- лита коров, молекулярная масса генома которого достигла 89?10⁶. Этот геном во многом уже сходен с геномом HSV-I [Buchman T._i Roizman В., 1978]. Однако конкретные пути эво­люции разных герпесвирусов требуют специального исследо­вания. Так, герпесвирусы ателес и саймири имеют.35% гомо­логии L-ДНК и ничтожную гомологию Н-ДНК [Fleckenstein В. et al., 1978].

Возможные пути эволюции герпесвирусов прослеживают­ся с помощью серологического анализа. Так, при антигенном анализе гликопротеида В (gS) было показано антигенное его родство у герпесвирусов человека сероваров Іи 2,коровьего маммилита и герпесвируса лошадей серовара /. При обработ­ке трипсином у всех вирусов сохранялся остов с одинаковой электрофоретической подвижностью [Snowden В. et al., 1985].

Более детально возможные пути молекулярной эволюции можно иллюстрировать на примере сравнения вирусов герпеса человека типа 1и варицеллы-зостер [Davison A., McGeoch D.,

1986] . Оба вируса содержат сегменты Lи S, связанные кова­лентно с уникальными последовательностями, ограниченными терминальными инвертированными повторами, однако у пер­вых вирусов терминальных повторов больше, чем у второго [Davison A., Scott J., 1984] (рис. 60). У вируса герпеса фраг­мент S содержит 10 полных генов и большую часть еще двух, а инвертные повторы содержат 3 полных гена. У вируса ва- рицеллы-зостер имеются аналогичные гены (7 аналогов), но 6 генов вируса герпеса не имеют аналогов у вируса варицел­лы-зостер. A. Davison и D. McGeoch приходят к выводу, что оба вируса имели общего предка и дивергировали в результа-

Рис. 60. Сравнение геномов вирусов простого герпеса и опоясывающего лишая.

те'Процессов рекомбинации. В этой работе общие выводы осно­ваны на весьма тщательном анализе генов и их продуктов с использованием программ матричной гомологии. Например, ген HSV-I—RSl, кодирующий предранний белок V175,кото­рый обеспечивает транскрипционную активацию ранних и поздних генов, и соответствующий ген VZVнастолько сходны, что плазмида, содержащая VZV—RSl,активирует ранние гены HSV-I [Everett R., 1984]. Подобный анализ сделан для всех изученных генов. Одним из выводов работы является также признание динамичности структуры инвертных повторов в эволюции герпесвирусов.

Рассмотрим некоторые общие и частные вопросы эволюции герпесвирусов теплокровных — млекопитающих и птиц. В дру­гих главах книги описаны два основных направления эволю­ции — сопряженная эволюция вирусов и их «хозяев» и эволю.- ция со сменой хозяев (смена экологической ниши). Также по­казано, что одомашнивание, животных явилось мощным сти­мулом для второго направления, хотя оно, несомненно, имело место и в природных биоценозах. Все эти процессы начались сравнительно поздно, в периоде расцвета млекопитающих и •птиц, начавшемся на рубеже мезозоя и кайнозоя (80—120 млн лет назад), а если говорить о приматах, то еще позже (50— 70 млн лет назад). Приручение животных приходится на со­всем поздний период (10 000—15 000 лет назад). Таковы вре­менные рамки эволюции герпесвирусов теплокровных. Это же можно сказать об их происхождении, в частности о происхож­

дении герпесвирусов земноводных (рак почек леопардовой ля­гушки), рыб (лимфосаркома хариусов). Время появления их относится к значительно более ранним периодам развития органического мира — силуру или девону (250—400 млн лет назад), поэтому в целом вопрос о происхождении герпесвиру­сов остается открытым.

Отдельно следует упомянуть крупный вирус хлореллопо­добных водорослей. Икосаэдрические вирионы имеют диаметр 190 нм, геном состоит из линейной двунитевой ДНК, включает около 300 000 пар нуклеотидов, которые могут кодировать синтез 200—300 белков [Van Etten J. et al., 19821. Вирионы содержат 50—60 структурных белков, включая гликопротеи­ды, локализованные на поверхности вирионов; 25% ДНК, 64%'белков и 5—10% липидов. В дальнейшем было показано су­ществование нескольких вирусов этой группы [Van Etten J. et al., 1985]. «Хозяин» вируса — хлореллообразные водорос­ли— являются симбионтами парамеций {Paramecium bursa- rium)и гидр (Hydraviridis). Вирусы, выделенные из водорос­лей парамеций (PBCV-I),отличаются от вирусов водорослей гидры (HVCV-Iи HVCV-2),которые также отличны друг от друга, хотя их размеры (170—190 нм) и форма (икосаэдр) одинаковы [Van Etten J. et al., 1982].