Wirusy grypy należą do rodziny Orthomyxoviridae. Wyróżnia się wśród nich typy A, B i C. Spośród wszystkich jej przedstawicieli tylko wirusy typu A wykazują potencjał do zakażania szerokiego spektrum gospodarzy: zarówno dzikich, jak i domowych ptaków, poprzez świnie, konie… aż po ludzi. Ze względu na różne właściwości antygenowe dwóch powierzchniowych glikoprotein: hemaglutyniny (HA) i neuraminidazy (NA) charakteryzuje się w tej grupie różne szczepy. Geny kodujące białka HA i NA są bardzo zmienne, co skutkuje tym, że tylko 30% sekwencji aminokwasowej jest konserwatywna w obrębie wszystkich ich podtypów. Do dziś zidentyfikowano 16 różnych podtypów HA i 9 NA.
Wirusy grypy typu A przeważanie powodują infekcje u ludzi objawiające się upośledzeniem funkcjonowania układu oddechowego. Wirusy grypy typu B stanowią drugie w kolejności źródło zakażeń człowieka. Niektóre wirusy infekują również inne ssaki i wiele ptaków. Wirus grypy rozprzestrzenia się przez aerozole lub wodę w przypadku zwierząt wodnych. Transmisja międzygatunkowa zdarza się rzadko.
Genom
W zależności od rodzaju, wiriony zawierają różną liczbę segmentów liniowego jednoniciowego RNA o ujemnej polarności: 8 segmentów wirusy grypy typu A i B oraz 7 segmentów wirus grypy typu C. Segmenty vRNA umiejscowione są wewnątrz otoczki wraz ze ściśle związanym białkiem NP i trzema białkami polimerazy (PB2, PB1, PA), tworząc kompleks rybonukleoproteinowy (RNP). Cały genom koduje 11 białek wielkości od 14 do 96 kDa. Każdy z pięciu największych segmentów koduje jedno białko. Mniejsze segmenty często zawierają informacje, na podstawie których na drodze alternatywnego składania bicistronowego mRNA powstają dodatkowe białka.
Oprócz wyżej wymienionych, należą tu również białko NEP odpowiadające za eksport nowo syntezowanego RNP z jądra komórkowego, NS1 będące regulatorem splicingu mRNA i translacji, białko M2 zakotwiczone w otoczce i spełniające rolę kanału jonowego oraz białko M1, leżące wewnątrz lipidowej otoczki – związane z RNP i otoczką.
Wirusowe nukleokapsydy są transportowane do jądra komórkowego, gdzie kompleks wirusowej transkryptazy syntezuje mRNA . Proces ten rozpoczyna mechanizm „cap-snatching” – dodanie do 10-13 nukleotydowych fragmentów tzw. czapeczki, powstającej z heterogenicznego RNA jądrowego gospodarza przy udziale wirusowej endonukleazy i PB1, po rozpoznaniu odpowiedniej sekwencji przez PB2. Synteza mRNA wirusowego jest zatrzymywana przez aktynomycynę D lub amanitynę z powodu inhibicji zależnej od DNA gospodarza transkrypcji RNA i braku nowo syntezowanych substratów, pozwalających wirusowej endonukleazie tworzyć potrzebne primery. Wirusowe mRNA jest poliadenylowane na końcu 3’ i brak mu sekwencji odpowiadających końcowi 5’ segmentu RNA. Niektóre mRNA podlegają alternatywnemu składaniu, by powstały z nich inne produkty.
Synteza białka zachodzi w cytoplazmie. Jednak w czasie pierwszych godzin replikacji, białka NP, M1 i NS1 gromadzą się w jądrze komórkowym, a następnie przemieszczają do cytoplazmy. Mogą także tworzyć się cytoplazmatyczne inkluzje NS1, które odgrywają ważną rolę w infekcji, osłabiając odpowiedź gospodarza, np. przez aktywność anty-interferonową. Cząsteczki komplementarnych RNA, które służą jako matryce do syntezy nowego wirusowego RNA o pełnej długości, nie są ani „oczapeczkowane”, ani poliadenylowane i znajdują się w jądrze zainfekowanej komórki.
Białka
Białka strukturalne wspólne dla wszystkich rodzajów to trzy polipeptydy tworzące wirusową RdRp, czyli RNA-zależną polimerazę RNA (PA, PB1, PB2 u grypy typu A); białko nukleokapsydu (NP), które jest białkiem rozpoznającym specyficzne reszty cukrowe związane z każdym segmentem ssRNA, hemaglutynina (HA, HEF), będąca integralną glikoproteiną błonową, biorącą udział w adsorpcji, fuzji otoczki z błoną komórkową i neutralizacji wirusa oraz nieglikozylowane białka błonowe lub macierzy M1 lub M.
HA wirusa typu A jest acetylowana w rejonie przechodzącym przez błonę i posiada liczne reszty N-glikanów. Dodatkową funkcją białka HEF wirusa grypy typu C jest aktywność esterazy, niszczącej receptory na powierzchni erytrocytów. Wejście wirusa drogą endocytozy pośredniczonej przez receptory wymaga udziału hemaglutyniny. Determinanta receptorowa dla wirusa grypy składa się z reszt kwasu sialowego związanych z glikoproteinami lub glikolipidami. Po rozpoznaniu i adsorpcji, w endosomach dochodzi do zależnej od niskiego pH fuzji między otoczką wirusa a błoną komórkową. Efektywność fuzji, a zatem i infekcyjności na tym etapie zależy od obróbki HA w organizmie gospodarza – aby uzyskać pełną aktywność, musi ulec proteolitycznemu cięciu przez proteazy komórkowe.
Wirusy grypy typu A i B posiadają neuraminidazę (NA) – integralną glikoproteinę o aktywności sialidazy. Zależnie od rodzaju wirusy posiadają małe białka integralne (M2, NB, BM2 lub CM2), które mogą być glikozylowane. M2 i BM2 działają jako kanały jonowe transportujące protony do komórki zwierzęcej, zakwaszają w ten sposób środowisko wewnątrz wirusa w trakcie odpłaszczania i wyrównują pH wewnątrz światła aparatu Golgiego z cytoplazmą. Aktywność tych kanałów można zahamować środkiem przeciwgrypowym: amantadyną.
M1 jest głównym białkiem odpowiedzialnym za kształt i rozmiar wirionów. Oddziałuje z domenami CT (ang. cytoplasmic tail) hemaglutyniny i neuraminidazy oraz transmembranowymi (TMD) domenami glikoprotein, jak również kotwiczy kompleks RNP. Oprócz funkcji strukturalnej, odgrywa także role regulacyjne: odpowiada za eksport wirusowych rybonukleoprotein, inhibicję transkrypcji wirusa oraz uczestniczy w składaniu i pączkowaniu nowych cząstek wirusowych. W zainfekowanych komórkach M1 jest fosforylowane w obrębie reszt serynowych i treoninowych, co prawdopodobnie ma związek z omawianymi funkcjami.
Po wejściu wirusa w pęcherzykach endosomalnych, białko M1 przechodzi zależną od pH zmianę konformacji, której efektem jest oddysocjowanie vRNP i uwolnienie go do cytoplazmy zakażanej komórki. Następnie M1 jest transportowane z cytoplazmy do jądra komórkowego w czasie wczesnej replikacji wirusa. W późniejszym etapie cyklu replikacyjnego nagromadzone w cytoplazmie białko M1 współuczestniczy w eksporcie kompleksu rybonukleoproteinowego, pośrednicząc w interakcji białek transportujących NEP/NS2 i genomu wirusa.
Wykazano, że białko M1 hamuje transkrypcję wirusowego RNA i może być odpowiedzialne za przesunięcie syntezy RNA w kierunku replikacji w późnej fazie infekcji. Na kilka różnych sposobów bierze także udział w składaniu i pączkowaniu wirionów. Oddziałując z wewnętrzną monowarstwą błony komórkowej, tworzy asymetrię dwuwarstwy inicjującą powstawanie pączka. Ponadto, jest odpowiedzialne za rekrutację i składanie elementów, pochodzących z wirusa i gospodarza, niezbędnych do pączkowania. Interakcje M1-M1 natomiast wspomagają tworzenie regularnej organizacji M1 w otoczce wirusa i wykluczanie białek gospodarza z miejsca składania i pączkowania.
Obok białek strukturalnych, wyróżnia się dwa niestrukturalne (NS1, NS2 [NEP]), enzymy wirusowe, w tym transkryptazę i endonukleazę (PB1) oraz enzymy niszczące receptory.
Białka integralne otoczki, mające wchodzić w skład nowych wirionów migrują przez aparat Golgiego do określonych rejonów w błonie komórkowej. Potomne cząstki wirusowe formują się przez odpączkowanie, inkorporując białka macierzy i wirusowe nukleokapsydy, które przylegają do rejonów błony komórkowej zawierających białka otoczki. Odpączkowanie odbywa się na apikalnej powierzchni spolaryzowanej komórki.
Właściwości antygenowe
Najlepiej poznanymi antygenami wirusów grypy typu A i B są białka NP, HA, NA, M1i NS1. NP i M1są specyficzne dla rodzaju. Duża zmienność występuje w obrębie HA i NA. Przeciwciała przeciwko hemaglutyninie neutralizują infekcyjność wirusa, co znaczy, że uniemożliwiają mu wnikanie do komórek i replikację. Wirusy grypy, dzięki właściwościom HA, aglutynują erytrocyty wielu gatunków. Specyficzne serotypowo przeciwciała mogą tę aglutynację blokować.
Zmienność wirusów grypy
Wirusy grypy charakteryzują się ogromną zmiennością. U podłoża tego zjawiska leżą dwa mechanizmy molekularne: przesunięcie antygenowe i skok antygenowy. Pierwszy z nich polega na pojawianiu się mutacji punktowych w obrębie sekwencji podstawowych immunogennych białek (HA i NA), a co za tym idzie także ich zmian strukturalnych wskutek błędów popełnianych przez zależną od RNA polimerazę RNA wirusa (RdRp). Częstością zachodzenia ustępuje skokowi antygenowemu, polegającemu na reasortacji segmentów w trakcie jednoczesnego zakażenia komórki dwoma szczepami tego samego typu wirusa. W rezultacie wiriony potomne uzyskują nowe właściwości. Struktura hemaglutyniny, a w szczególności specyficzność jej miejsca wiążącego i cięcie proteolityczne w komórkach organizmu, są kluczowe w determinowaniu zakresu gospodarza i tropizmu tkankowego. Międzygatunkowa transmisja zdarza się rzadko, czasem bez reasortacji genomów.
Martyna Franczuk, studentka II roku MSU Międzyuczelnianego Wydziału Biotechnologii Uniwersytetu Gdańskiego i Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego
Literatura:
W. Lee, Y. M. Saif, Avian influenza virus [w:] Comparitive Immunology, Microbiology and Infectious Diseases 32 (2009), s. 301-310.
M. L. Perdue, D. L. Suarez, Structural features of the avian influenza virus hemagglutinin that influence virulence [w:] Veterinary Microbiology 74 (2000), s.77-86.
A. Y. Chan, F. T. Vreede, M. Smith, O. G. Engelhardt, E. Fodor, Influenza virus inhibits RNA polymerase II elongation [w:] Virology 351 (2006), s. 210 – 217.
M. J. Amorim, P. Digard, Influenza A virus and the cell nucleus [w:] Vaccine 24 (2006), s. 6651–6655.
D. P. Nayak, E. Ka-Wai Hui, S. Barman, Assembly and budding of influenza virus [w:] Virus Research 106 (2004), s. 147–165.
J. Reinhardt, T. Wolff, The influenza A virus M1 protein interacts with the cellular receptor of activated C kinase (RACK) 1 and can be phosphorylated by protein kinase C [w:] Veterinary Microbiology 74 (2000), s. 87-100.
X. Huang, T. Liu, J. Muller, R. A. Levandowski, Z. Ye, Effect of influenza virus matrix protein and viral RNA on ribonucleoprotein formation and nuclear export [w:] Virology (2001), s.405-416.
David M Knipe, Peter M. Howley, Fields Virology (5th Edition), Lippincott Williams & Wilkins, 2007.
Orthomyxoviridae [w:] C.M. Fauquet, M.A. Mayo, J. Maniloff, U. Desselberger and L.A. Ball, Virus Taxonomy. Classification and Nomenclature of Viruses, second edition, Elsevier Academic Press, London 2005, s. 681- 689.
