Тема 1. Форми та механізми взаємодіїі вірусів різних груп з клітиною-хазяїном. Літичний та лізогенний тип взаємодії.

Взаємодія вірусу із клітиною починається із процесу адсорбції, тобто прикріплення вірусних часток до клітинної поверхні. Процес адсорбції можливий при наявності відповідних рецепторів на поверхні клітини та субстанцій що їх пізнають, на поверхні вірусу. Самі початкові процеси адсорбції мають неспецифічний характер, і в основі їх може лежати електростатична взаємодія позитивно й негативно заряджених груп на поверхні вірусу й клітини. Однак впізнавання клітинних рецепторів вірусними білками, що веде до прикріплення вірусної частки до клітини, є високо специфічним процесом. Білки на поверхні вірусу, що пізнають специфічні групи на плазматичній мембрані клітини й зумовлюють прикріплення до них вірусної частки, називаються прикріпними білками.

Віруси використовують рецептори, призначені для проходження в клітину необхідних для її життєдіяльності речовин: поживних речовин, гормонів, факторів росту і т.д. Рецептори можуть мати різну хімічну природу і являти собою білки, вуглеводний компонент білків і ліпідів, ліпіди. Рецепторами для вірусів грипу й параміксовірусів є сіалова кислота в складі глікопротеїдов і гліколіпідів (гангліозидів), для рабдовірусів і реовірусів — також вуглеводний компонент у складі білків і ліпідів, для пікорна- та аденовірусів — білки, для деяких вірусів — ліпіди. Специфічні рецептори відіграють роль не тільки в прикріпленні вірусної частки до клітинної поверхні. Вони визначають подальшу долю вірусної частки, її внутрішньоклітинний транспорт і доставку в певні ділянки цитоплазми і ядра, де вірус здатний ініціювати інфекційний процес. Вірус може прикріпитися й до неспецифічних рецепторів і навіть проникнути в клітину, однак тільки прикріплення до специфічного рецептора призведе до виникнення інфекції.

Прикріплення вірусної частки до клітинної поверхні спочатку відбувається шляхом утворення одиничного зв'язку вірусної частки з рецептором. Однак таке прикріплення нестійке, і вірусна частка може легко відірватися від клітинної поверхні (оборотна адсорбція). Для того щоб настала необоротна адсорбція, повинні з'явитися множинні зв’язку між вірусною часткою й багатьма молекулами рецепторів, тобто повинно відбутися стабільне мультивалентне прикріплення. Кількість молекул клітинних рецепторів у ділянках адсорбції може доходити до 3000. Стабільне зв'язування вірусної частки із клітинною поверхнею в результаті мультивалентного прикріплення відбувається завдяки можливості вільного переміщення молекул рецепторів у ліпідному бішарі плазматичної мембрани, яке визначається рухливістю, «тікучістю» білково-ліпідного шару. Збільшення тікучості ліпідів є одним з найбільш ранніх подій при взаємодії вірусу із клітиною, наслідком якого є формування рецепторних полів у місці контакту вірусу із клітинною поверхнею й стабільне прикріплення вірусної частки до виниклих груп — необоротна адсорбція.

Кількість специфічних рецепторів на поверхні клітини коливається між 10⁴ і 10⁵ на одну клітину. Рецептори ряду вірусів можуть бути представлені лише в обмеженому наборі клітин-хазяїв, і цим може визначатися чутливість організму до даного вірусу. Наприклад, пікорнавіруси адсорбуються тільки на клітинах приматів. Рецептори для інших вірусів, навпаки, широко представлені на поверхні клітин різних видів, як, наприклад, рецептори для ортоміксовірусів і параміксовірусів, що представляють собою сіалілвмісні сполуки. Тому ці віруси мають відносно широкий діапазон клітин, на яких може відбуватися адсорбція вірусних часток. Рецептори для ряду тогавірусів мають клітини винятково широкого кола хазяїв: ці віруси можуть адсорбуватися й інфікувати клітини як хребетних, так і безхребетних.

Наявність специфічних рецепторів на поверхні клітини в ряді випадків обумовлює феномен залежного від хазяїна обмеження, тобто здатність вірусу заражати лише певні види тварин. У цілому обмеження при взаємодії рецепторних систем вірусу й клітини біологічно виправдані й доцільні, хоча в ряді випадків вони є «перестраховкою». Так, багато ліній клітин, стійких до вірусів поліомієліту й Коксакі, можна заразити депротеїнізованими препаратами РНК, виділеними із цих вірусів. Таке зараження клітин іде в обхід природніх вхідних шляхів інфекції через взаємодію із клітинними peцепторами. Відома потенційна здатність вірусів тварин реплікуватися в протопластах дріжджів, грибів і бактерій, а бактеріофагів — у клітинах тварин. Таким чином, вірусні ДНК і РНК мають здатність заражати і більш широке коло хазяїв, ніж віруси.

Вірусні прикріпні білки. Прикріпні білки можуть перебувати в складі унікальних органел, таких як структури відростка у Т-бактеріофагів або фібри у аденовірусів, які добре видні в електронному мікроскопі; можуть формувати морфологічно менше виражені, але не менш унікальні аранжування білкових субодиниць на поверхні вірусних мембран, як, наприклад, шипи в оболонкових вірусів, «корону» у коронавірусів.

Просто організовані віруси тварин містять прикріпні білки в складі капсида. У складно організованих вірусів ці білки входять до складу суперкапсида й представлені багатьма молекулами. Наприклад, у вірусу лісу Семлікі (альфа-вірус) є 240 молекул глікопротеїда в одному віріоні, у вірусу грипу — 300—450 гемаглютинуючих субодиниць, у реовіруса — 24 молекули білка про-1, у аденовіруса — 12 фібрів.

Проникнення вірусів у клітину

Історично склалося уявлення про два альтернативних механізма проникнення в клітину вірусів тварин — шляхом віропексиса (ендоцитоза) і шляхом злиття вірусної й клітинної мембран. Однак оба ці механізма не виключають, а доповнюють один одного.

Термін «віропексис», запропонований в 1948 р. Фазекасом де сан Гро, означає, що вірусна частка попадає в цитоплазму в результаті інвагінації ділянки плазматичної мембрани й утворення вакуолі, яка містить вірусну частку.

Рецепторний ендоцитоз. Віропексис являє собою окремий випадок рецепторного або адсорбційного ендоцитоза. Цей процес є звичайним механізмом, завдяки якому в клітину надходять поживні й регуляторні білки, гормони, ліпопротеїни та інші речовини з позаклітинної рідини. Рецепторний ендоцитоз відбувається в спеціалізованих ділянках плазматичної мембрани, де є спеціальні ямки, покриті з боку цитоплазми особливим білком з великою молекулярною масою — клатрином. На дні ямки розташовуються специфічні рецептори. Ямки забезпечують швидку інвагінацію й утворення покритих клатрином внутрішньоклітинних вакуоль. Напівперіод проникнення речовини усередину клітини за цим механізмом не перевищує 10 хв із моменту адсорбції. Кількість вакуоль, що утворюються за одну хвилину, досягає 2000. Таким чином, рецепторний ендоцитоз являє собою добре влаштований механізм, який забезпечує швидке проникнення в клітину чужорідних речовин.

Покриті вакуолі зливаються з іншими, більшими цитоплазматичними вакуолями, утворюючи рецептосоми, що містять рецептори, але не містять клатрину, а ті у свою чергу зливаються з лізосомами. Прониклі таким шляхом в клітину білки звичайно транспортуються в лізосоми, де відбувається їхній розпад на амінокислоти; вони можуть і обминати лізосоми, і накопичуватися в інших ділянках клітини в недеградованій формі. Альтернативою рецепторного ендоцитоза є рідинний ендоцитоз, коли інвагінація відбувається не в спеціалізованих ділянках мембрани.

Більшість оболонкових і безоболонкових вірусів тварин проникає в клітину за механізмом рецепторного ендоцитоза. Ендоцитоз забезпечує внутрішньоклітинний транспорт вірусної частки в складі ендоцитарної вакуолі, оскільки вакуоль може рухатися в будь-якому напрямку й зливатися із клітинними мембранами (включаючи ядерну мембрану), звільняючи вірусну частку у відповідних внутрішньоклітинних ділянках. Таким шляхом, наприклад, ядерні віруси попадають у ядро, а реовіруси — у лізосоми. Однак прониклі в клітину вірусні частки перебувають у складі вакуолі й відділені від цитоплазми її стінками. Їм треба буде пройти ряд етапів, перш ніж вони зможуть викликати інфекційний процес.

Злиття вірусної й клітинної мембран. Для того щоб внутрішній компонент вірусу міг пройти крізь клітинну мембрану, вірус використовує механізм злиття мембран. В оболонкових вірусів злиття обумовлене крапковою взаємодією вірусного білка злиття з ліпідами клітинної мембрани, у результаті якого вірусна ліпопротеїдна оболонка інтегрує із клітинною мембраною, а внутрішній компонент вірусу виявляється по іншу її сторону. У безоболонкових вірусів один з поверхневих білків також взаємодіє з ліпідами клітинних мембран, у результаті чого внутрішній компонент проходить через мембрану. Більшість вірусів тварин виходить у цитозоль з рецептосоми.

Якщо при ендоцитозі вірусна частка є пасивним пасажиром, то при злитті вона стає активним учасником процесу. Білком злиття є один з її поверхневих білків. До теперішнього часу цей білок ідентифікований лише в параміксовірусів і ортоміксовірусів. У параміксовірусів цей білок ( Р-Білок) являє собою один із двох глікопротеїдів, що перебувають на поверхні вірусної частки.

Функцію білка злиття у вірусу грипу виконує мала гемаглютинуюча субодиниця, НА2.

Параміксовіруси викликають злиття мембран при нейтральному рН, і внутрішній компонент цих вірусів може проникати в клітину безпосередньо крізь плазматичну мембрану. Однак більшість оболонкових і безоболонкових вірусів викликають злиття мембран тільки при низькому значенні рН — від 5,0 до 5,75. Якщо до клітин додати слабкі основи (хлорид амонію, хлороквін і ін.), які в ендоцитарних вакуолях підвищують рН до 6,0, злиття мембран не відбувається , вірусні частки залишаються у вакуолях, і інфекційний процес не виникає. Сувора залежність злиття мембран від значень рН обумовлена конформаційними змінами вірусних білків злиття.

У лізосомі постійним є низьке значення рН (4,9). В ендоцитарній вакуолі (рецептосомі) закислення створюється за рахунок АТФ-залежного «протонового насоса» ще на клітинній поверхні при утворенні покритої вакуолі. Закислення ендоцитарної вакуолі має велике значення для проникаючих у клітину фізіологічних лігандів, тому що низьке значення рН сприяє дисоціації ліганда від рецептора й рециркуляції рецепторів.

Той же механізм, який лежить в основі злиття вірусних і клітинних мембран, обумовлює індукований вірусами гемоліз і злиття плазматичних мембран клітин, що прилягають один до одного, з утворенням багатоядерних клітин, симпластів і синцитіїв. Віруси викликають два типи злиття клітин: 1) «злиття ззовні» і 2) «злиття зсередини». «Злиття ззовні» відбувається при високій множинності інфекції й виявляється протягом перших годин після зараження. Цей тип злиття, описаний для параміксовірусів, обумовлений білками вірусу і не вимагає внутрішньоклітинного синтезу вірусних компонентів. Навпаки, «злиття зсередини» відбувається при низькій множинності інфекції, виявляється на порівняно пізніх стадіях інфекційного процесу й обумовлене синтезованими знову вірусними білками. «Злиття зсередини» описане для багатьох вірусів: вірусів герпеса, онковірусів, збудників повільних інфекцій і ін. Цей тип злиття викликають ті ж вірусні глікопротеїди, які забезпечують проникнення вірусу в клітину.