ВИЧ и 273 предателя

Построена схема использования вирусом иммунодефицита человеческих белков

Примитивный, но очень опасный вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) использует для заражения клеток почти в 7 раз больше человеческих белков, чем считалось до сих пор. Согласно схеме процесса заражения, опубликованной в Science, ВИЧ помогает 273 белка, синтезируемых клетками человеческого тела.

Казалось бы, самый изученный вирус современности — вирус иммунодефицита человека, ВИЧ — до сих пор преподносит ученым сюрпризы. Первые противовирусные препараты, блокирующие размножение ВИЧ, появились всего через десять лет после его открытия, а сейчас, через четверть века после этого события, учёным удалось выяснить все подробности проникновения вируса в клетки. Результаты этих исследований имеют отношение не только к ВИЧ, но и к другим ретровирусам.

Как и любому другому представителю этого многочисленного царства, вирусу иммунодефицита для размножения необходима материнская прокариотическая или эукариотическая клетка. Этот интереснейший процесс у всех вирусов состоит из одинаковых этапов, в которых зачастую ключевую роль играют собственные молекулы организма – так называемые вирус-зависимые факторы.

История открытия

Впервые сообщения о СПИДе появились в научной прессе в 1981 году, это были два случая: пневмоцистная пневмония и саркома Капоши у мужчин-гомосексуалистов. В июле 1982 впервые для обозначения новой болезни был предложен термин СПИД (AIDS). В сентябре того же года для СПИД был описан и внесен в реестр как отдельное заболевание.

В период с 1981 по 1984 год вышло несколько работ, связывающих опасность развития СПИДа с анальным сексом или с влиянием наркотиков. Параллельно велись работы над гипотезой о возможной инфекционной природе СПИДа.

Вирус иммунодефицита человека независимо открыли в 1983 году в двух лабораториях: в Институте Пастера во Франции под руководством Люка Монтанье и в Национальном институте рака в США под руководством Роберта Галло.

Результаты исследований, в которых из тканей пациентов впервые удалось выделить новый ретровирус, были опубликованы 20 мая 1983 в журнале Science. В этих статьях сообщалось об обнаружении нового вируса, принадлежащего к группе HTLV вирусов. Исследователи выдвигали предположение, что выделенные ими вирусы могут вызывать СПИД.

4 мая 1984 исследователи сообщили о выделении вируса, носившего на тот момент название HTLV-III, из лимфоцитов 26 из 72 обследованных больных СПИДом и 18 из 21 больных с пре-СПИД состоянием. Ни у кого из 115 здоровых гетеросексуальных индивидов контрольной группы вирус обнаружить не удалось. Исследователи отметили, что малый процент выделения вируса из крови больных СПИДом вызван малым количеством CD4 лимфоцитов, клеток, в которых, предположительно, размножается ВИЧ.

Кроме того, ученые сообщили об обнаружении антител к вирусу, об идентификации ранее описанных у других вирусов и прежде неизвестных антигенов HTLV-III и о наблюдении размножения вируса в популяции лимфоцитов.

В 1986 было обнаружено, что вирусы, открытые в 1983 французскими и американскими исследователями, генетически идентичны. Первоначальные названия вирусов были упразднены и предложено одно общее название — ВИЧ.

Начинается все с адсорбции – присоединения вириона к клеточной мембране, при этом клетка должна иметь в составе своей плазматической мембраны белок-рецептор (часто гликопротеин), специфичный для данного вируса. Наличие рецептора определяет круг хозяев данного вируса и, соответственно, места его «проживания» в организме. В случае ВИЧ этот рецептор – CD4, который производят так называемые Т-хелперы – один из видов клеток, участвующих в иммунном ответе.

Затем вирусу необходимо доставить внутрь клетки свою генетическую информацию. В случае ретровирусов, к которым относится и ВИЧ, необходимо еще создать на основе своей РНК цепочку ДНК, которая затем будет встроена в геном клетки-хозяина. Для этого используется фермент обратная транскриптаза, на блокирование которого и направлено большинство современных препаратов.

Строение вируса

ВИЧ относится к семейству ретровирусов, роду лентивирусов. Сам вирус имеет сферическую форму, а его капсид (белковая оболочка) — коническую. Диаметр вируса составляет около 100 нанометров (приблизительно в 60 раз меньше, чем диаметр эритроцита).

Внутри капсида ВИЧ находится белковонуклеиновый комплекс: две нити вирусной РНК, вирусные ферменты (обратная транскриптаза, протеаза, интеграза) и белки (p7, Nef, Vif, Vpr). Сам капсид образован примерно двумя тысячами копий вирусного белка p24. Кроме того, с капсидом ВИЧ-1 (но не ВИЧ-2) связываются ~200 копий клеточного циклофилина А, который вирус заимствует у зараженной клетки.

Капсид ВИЧ окружен матричной оболочкой, образованной ~2,000 копий матричного белка p17. Матричная оболочка в свою очередь окружена двухслойной липидной мембранной, являющейся наружной оболочкой вируса. Она образована молекулами, захваченными вирусом во время его отпочковывания из клетки, в которой он сформировался. В липидную мембрану встроены 72 гликопротеинных комплекса, каждый из которых образован тремя молекулами трансмембранного гликопротеина (gp41 или TM), служащими «якорем» комплекса, и тремя молекулами поверхностного гликопротеина (gp120 или SU) [22]. С помощью gp120 вирус присоединяется к антиген-CD4 рецептору и Co-рецептору, находящихся на поверхности мембране клеток.

gp41 и в особенности gp120 интенсивно изучаются как цели для разработки лекарств и вакцины против ВИЧ. В липидной мембране вируса также находятся мембранные белки клеток, в том числе человеческие лейкоцитарные антигены (HLA) классов I, II и молекулы адгезии.

Генетический материал ВИЧ представлен двумя не связанными нитями положительной РНК. Геном ВИЧ содержит 9,000 пар нуклеотидов. Концы генома представлены длинными концевыми повторами (LTR), которые управляют продукцией новых вирусов и могут активироваться и белками вируса, и белками инфицированной клетки.

9 генов ВИЧ кодируют, по крайней мере, 15 белков. Гены gag, pol, и env несут информацию о структурных белках вируса.

pol — кодирует ферменты: обратную транскриптазу, интегразу и протеазу.
gag — кодирует полипротеин, расщепляемый протеазой до p6, p7, p17, p24.
Env — кодирует белок gp160, расщепляемый протеазой на gp41 и gp120.
Другие шесть генов — tat, rev, nef, vif, vpr, vpu (vpx у ВИЧ-2) — кодируют белки, отвечающие за способность ВИЧ инфицировать клетки и производить новые копии вируса.

Репликация ВИЧ in vitro возможна без генов nef, vif, vpr, vpu.

После этого ДНК вируса встраивается в активный участок генома человека. Ну а дальнейшая схема одинакова для всего живого: ДНК – РНК — белок. Из синтезирующихся молекул собираются новые вирусные частицы. Как только этих частиц становится слишком много, клетка буквально лопается и вирионы попадают в окружающую среду, поражая новые и новые клетки. А в макрофагах и моноцитах вирусные частицы синтезируются вообще постоянно и выбрасываются вовне без разрушения клеточной мембраны.

Очевидно, что для столь сложного процесса вирусу недостаточно собственных 15 белков. Невероятно широко распространение ВИЧ обеспечила способность «рекрутировать» собственные белки клетки. До сегодняшнего дня таких «белков-ренегатов», помогающих вирусу колонизировать родной организм, было известно лишь 36 штук.

Учёным из клиники BWH при Гарвардском университете удалось расширить этот список почти в 7 раз: они установили еще 237 белков, «помогающих» вирусу на разных этапах его жизненного цикла.

Воспользовавшись библиотекой интерферирующих ДНК, Стивен Эллидж и его коллеги проанализировали участие около 21 000 человеческих белков в распространении вириона. В предложенной ими схеме взаимодействия факторов друг с другом, вирусными белками и РНК нашлось место 273 «предателям».

Современные противоретровирусные препараты подавляют действие вирусных белков, а не «рекрутируемых» факторов клетки. Традиционное вакцинирование, когда в организм вводят ослабленные или мертвые вирусные частицы, в случае ВИЧ малоэффективно ввиду его высокой изменчивости. Если даже иммунная система человека и способна накопить антитела и «клетки памяти», то попавший в организм штамм вероятней всего окажется невосприимчивым.

Врожденная устойчивость к ВИЧ

Известен генотип человека, устойчивый к ВИЧ. Проникновение вируса в иммунную клетку связано с его взаимодействием с поверхностным рецептором: белком CCR5. Но делеция (утеря участка гена) CCR5-дельта32 приводит к невосприимчивости е носителя к ВИЧ. Предполагается, что эта мутация возникла примерно две с половиной тысячи лет назад и со временем распространилась в Европе.

Сейчас к ВИЧ «виртуально устойчив» в среднем 1% европейцев, 10-15% европейцев имеют частичную сопротивляемость к ВИЧ.

Учные Ливерпульского университета объясняют такую неравномерность тем, что мутация CCR5 увеличивает сопротивляемость к бубонной чуме. Поэтому после эпидемий «чрной смерти» 1347 года (а в Скандинавии ещ и 1711 года) доля этого генотипа выросла.

Существует небольшой процент людей (около 10% всех ВИЧ-положительных), в крови которых присутствует вирус, однако СПИД у них не развивается в течение долгого времени (т.н. нон-прогрессоры).

Обнаружено, что одним из главных элементов антивирусной защиты человека и других приматов является белок TRIM5a, способный распознавать капсид вирусных частиц и препятствовать размножению вируса в клетке. Данный белок у человека и других приматов имеет различия, которые обуславливают врожденную устойчивость шимпанзе к ВИЧ и родственным ему вирусам, а у человека - врожденную устойчивость к вирусу PtERV1.

В феврале прошлого года американская компания Merck объявила о начале испытаний вакцины в ЮАР, хотя по мнению академика РАМН Вадима Покровского, руководителя Федерального центра по профилактике и борьбе со СПИДом, высказанном им на пресс-конференции, приуроченной к Всемирному дню памяти умерших от СПИДа, проводившейся в прошлом году, в ближайшем будущем ждать эффективной вакцины не стоит. Тем значительней становится открытие бостонских генетиков.

Ведь эффективней должны быть препараты, борющиеся не со столь изменчивыми генами и белками вируса, а основанные на регуляции более постоянных собственных молекул человека.

Правда, в своей работе, опубликованной на этой неделе в Science, ученые не торопятся делать выводов о появлении в ближайшем времени новых лекарственных веществ.