Геном коронавирусов. Структура генома коронавирусов.
Геном коронавирусов представлен линейной молекулой оц(+)РНК размером 27-32 тн. Геномная РНК имеет кэп-структуру на 5'-конце, поли-А структуру на 3'-конце и обладает инфекционностью.
Независимо от различий в структуре вирионов, размере генома корона-, то-ро- и артеривирусы сходны по организации генома и стратегии репликации. Все они используют гнездовую стратегию транскрипции, т.е. экспрессия их генов происходит через стадию образования нескольких З'-котерминальных субгеномных мРНК.
Коронавирусы обладают сложной стратегией экспрессии генома. Вирионная РНК служит в качестве мРНК для синтеза РНК-зависимой РНК полимеразы. Две крупных открытых рамки считывания (обший размер около 20 тн), кодирующие полимеразу, транслируются последовательно посредством сдвига рибосомальной рамки в виде одного полипротеина, который затем расщепляется. Из этих протеинов затем формируется активная полимераза, которая транскрибирует геномную (+)РНК с образованием полноразмерной комплементарной (-)РНК.
На этой копии с помощью обратной транскрипции образуется не только полноразмерная геномная (+)РНК, но также гнезда 3'-концевых субгеномных мРНК. Эти гнезда содержат от 5 до 7 (у разных вирусов) перекрывающихся мРНК, которые определяют длину от З'-конца и долю участия общей 5'-лидерной последовательности. Они генерируются лидер-праймерным механизмом прерывистой транскрипцией: полимераза в первую очередь транскрибирует некодирующую лидерную последовательность с З'-конца комплементарной (-)РНК. Затем, кэппирированная лидерная РНК отделяется от матрицы и воссоединяется с комплементарной последовательностью на старте любого гена, чтобы продолжать правильно копировать матрицу вплоть до 5'-конца. Транслируется только уникальная последовательность.
Такая последовательность дает урожай различных вирусных белков в регулируемых количествах. Межгенные последовательности служат промоторами и ослабляют транскрипцию.
Торовирусы транскрибируются и реплицируются подобно коронавирусам, за исключением отсутствия общих 5'-лидерных последовательностей на мРНК. Загадочная находка состоит в том, что субгеномные (—)РНК, комплементарные гнездовым мРНК, также присутствуют в клетках, инфицированных коронавирусом. Факт, что субгеномные РНК содержат 5'- и З'-концевые последовательности, идентичные геномным РНК, означает, что они могут функционировать как репликоны.
Синтез, процессинг, олигомеризация и транспорт некоторых гликопротеинов оболочки коронавирусов демонстрируют некоторые необычные картины. Например, оболочечный белок М, который у некоторых коронавирусов содержит О-связанные, а не N-связанные гликаны, направляется исключительно к цистернам эндоплазматического ретикулюма.
В результате этого вирионы почкуются только здесь, а не от плазматической мембраны. Вирионы затем транспортируются в везикулах к плазматической мембране и освобождаются экзоцитозом. После освобождения многие зрелые оболочечные вирионы остаются прикрепленными к клетке снаружи. Репликативный цикл целиком совершается в цитоплазме и может происходить в клетках с удаленным ядром. При размножении с высокой множественностью заражения появляются ДИЧ с укороченным РНК геномом, которые имеют селективные преимущества по сравнению со стандартными вирионами.
Генетическая рекомбинация происходит с высокой частотой между геномами различных, но родственных между собой коронавирусов. Это может быть важным механизмом появления генетически измененных вирусов в природе. Кроме относительно частых спонтанных мутаций (примерно 3 мутации в процессе репликации на каждые 30 тн) в генотипическом разнообразии коронавирусов важную роль играет рекомбинация. Она приводила к изменению антигенности вируса инфекционного бронхита птиц (ИБП). Рекомбинацию между вакцинными и вирулентными штаммами вируса ИБП наблюдали у цыплят в полевых условиях. Рекомбинация между геномами коронавирусов собак и кошек, вероятно, привела к появлению коронавируса, передающегося кошкам горизонтально. Имеются доказательства, что вирус инфекционного перитонита кошек является мутантом эпизоотического коронавируса энтерита кошек, что способствовало системному распространению и персистенции вируса.
Исследования, проведенные главным образом на модели вируса гепатита мышей, показали, что большой поверхностный пепломерный гликопротеин S представляет собой первичный продукт трансляции. Он имеет N-концевую сигнальную последовательность и С-концевой гидрофобный мембранный домен. У некоторых, хотя и не у всех, коронавирусов гликопротеин S расщепляется на две субъединицы: SI (gpl20) и S2 (gplOO). С-концевая субъединица (S2) несет фузогенный участок, активность которого усиливается после протеолитического расщепления. В отличие от орто- и парамиксовирусов, фузогенный сайт, вероятно, локализован не в месте расщепления, а там, где лежит длинная последовательность гидрофобных аминокислот. Второй особенностью белка S является то, что в цитоплазматическом домене содержатся кластеры цистеина (трицистеин и два дицистеина). Нечто подобное обнаружено в цитоплазматическом домене альфавирусов. Большая часть белка S находится снаружи вириона и обеспечивает его прикрепление к клеткам. Он экспонируется на поверхности инфицированных клеток и определяет их чувствительность к Th лимфоцитам. Интегральный мембранный гликопротеин М погружен довольно глубоко в оболочку вириона, на поверхности которого выступает лишь небольшой участок этого белка. N-конец с гидрофобным участком расположен снаружи вириона, а гидрофильный С-конец — с внутренней стороны липидной мембраны. Наиболее важная особенность гликопротеина М — та, что он является основным индуктором интерферона. В отличие от других вирусных гликопротеинов, он не экспонируется на плазматической мембране инфицированных клеток. М-гликопротеин коронавирусов не следует отождествлять с матриксным белком других вирусов. По своей структуре этот белок существенно отличается от матриксных белков пара- и ортомиксовирусов. Коронавирусы с хорошо выраженной гемагглютинирующей активностью содержат НЕ-белок, хотя его наличие в структуре вириона не обязательно свидетельствует о способности вируса вызывать гемагглютинацию эритроцитов. Антигенные свойства коронавирусов изучены недостаточно детально. Имеющиеся данные дают возможность считать, что пепломерный гликопротеин S является наиболее важным в антигенном и иммуногенном отношении структурным компонентом коронавирусов, поскольку в основном этот белок индуцирует синтез вируснейтрализующих антител. В образовании напряженного иммунитета к вирусу ИБП, кроме основного белка S, принимает участие также белок М, который в меньшей степени участвует в индукции синтеза ВН-антител, но ответственен за синтез антител, тормозяших ГА.
На белке S вируса ИБП выявлено восемь эпитопных групп. Шесть из них обладали выраженной ВН-активностью.
В гликопротеине S вируса гепатита мышей (ВГМ) выявлено четыре антигенных сайта, участвующих в слиянии клеток, вирулентности и нейтрализации вируса. Антитела к гликопротеину М ВГМ обладали протективным действием, хотя эта способность не коррелировала с ВН-активностью in vitro. Учитывая неполную клиническую защиту, можно полагать, что антитела к белку М способны если не предотвратить, то хотя бы смягчить течение заболевания.
Консервативный нейтрализующий эпитоп ВГМ, индуцирующий синтез протективных ВН-антител, представлен аминокислотами в позиции 848—856 гликопротеина S. Полагают, что участок этого белка, ответственный за слияние, также вовлечен в обеспечение протективного иммунитета. Главные нейтрализующие эпитопы вируса локализованы в N-концевом участке субъединицы S1 пепломерного белка S.
На белке S вируса трансмиссивного гастроэнтерита свиней (ТГС) имеется по крайней мере два главных антигенных участка, ответственных за синтез ВН-антител.
