§ 2. Физиология неканонических вирусов.

Вирусоиды – это субвирусные частицы, состоящие из однониточной кольцевой РНК, помещенной в капсид вируса-хелпера. РНК вирусоидов не содержит генов, кодирующих белки капсида, поэтому вирусоиды нуждаются в вирусах-помощниках, которые снабжают их своими капсидами. Для репликации РНК вирусоидов вирусы-хелперы не нужны.

Вирусоиды представляют собой крайнюю форму паразитизма, поскольку паразитируют на генетических продуктах, образованных другими, часто не родственными им вирусами. РНК вирусоидов не способна реплицироваться самостоятельно (в связи с отсутствием РНК-репликазы), для чего вирусоиду необходим РНК- или ДНК-геном вируса-помощника.

Вирусоиды инфицируют клетки хозяина, как правило, совместно с вирусами-хелперами, но размножаются независимо от последних. Репродукционный цикл вирусоидов включает такие стадии: 1) адсорбцию; 2) пенетрацию; 3) дезинтеграцию; 4) синтез РНК и белков; 5) сборку вирусоида; 6) выход вирусоида из клетки. Все эти стадии проходят аналогично тому, как это было описано для репродукции вирусов. В стадии синтеза РНК и белков транскрипция и трансляция имеют место только в том случае, если в геноме вирусоида есть гены, кодирующие вирусоидспецифические белки. Эти белки, как правило, связаны с РНК и выполняют 2 функции: 1) участвуют в регуляции репликации вирусоидной РНК (инициируют или ингибируют репликацию); и 2) обеспечивают сборку рибонуклеопротеина вирусоида в капсид, образованный вирусом-хелпером. Репликация РНК вирусоидов происходит в ядре клетки-хозяина и осуществляется клеточной РНК-полимеразой II. Вокруг вирусоидной РНК образуется антигеномная РНК, которая затем отделяется от комплементарной ей материнской нити. Антигеномные РНК служат матрицами для синтеза вирусоидных РНК. Сборка вирусоидов происходит в цитоплазме клетки-хозяина по принципу самосборки, а выход вирусоидов из клетки сопровождается цитопатическим эффектом.

Вироиды являются облигатными паразитами системы клеточной транскрипции. Кольцевые однониточные РНК вироидов реплицируются на рибосомах растительной клетки по механизму «катящегося кольца», копируя свою последовательность при многочисленных оборотах с образованием олигомерных копий, которые затем нарезаются ферментами хозяина на мономеры. Некоторые виды вироидов способны к самодроблению. В составе вироидной РНК отсутствуют полипептиды, кодирующие белки. Вироиды используют только репликативный аппарат клетки и не нуждаются в помощи других вирусов. РНК вироидов очень устойчива к действию рибонуклеаз и денатурации. Репликация вироидов происходит при температуре 30-33˚С и отсутствии сигналов инициации и терминации репликативного цикла. РНК вироидов может копироваться клеточными полимеразами в форму ДНК, которая также является инфекционной.

Плазмиды – это наипростейшие организмы, представляющие собой кольцевидные суперспирализованные молекулы двухниточной ДНК, лишенные оболочки, собственных систем синтеза белка и мобилизации энергии и представляющие собой особый класс абсолютных внутриклеточных паразитов, наделяющих своих бактерий-хозяев полезными для них свойствами.

Размножение плазмид происходит только путем саморепликации их ДНК и не требует синтеза структурных белков и процессов самосборки. Размножение плазмид происходит при использовании пластического материала, ферментативных систем и энергии клетки-хозяина. Плазмиды обладают системами генов, которые наделяют их способностью к самопереносу или к мобилизации на перенос от клетки в клетку. Плазмиды, проникая в бактериальную клетку, не размножаются в ней бесконтрольно и не подавляют функции бактериальной хромосомы, а сосуществуют с ней и сами контролируют образование числа возможных своих копий на хромосому клетки. Плазмиды не только не вызывают гибели клеток, которые являются для них естественной средой обитания, а наоборот очень часто наделяют их важными дополнительными (селективными) свойствами. Плазмиды своим присутствием обеспечивают размножение бактерий в неблагоприятных для них условиях и, спасая от гибели бактерии, обеспечивают собственное существование.

ДНК плазмид несет гены саморепликации; гены, контролирующие самоперенос или мобилизацию на перенос; гены, определяющие специфические функции самой плазмиды; и другие гены, которые наделяют клетку-хозяина многими другими свойствами.

Для плазмид как живых существ характерны следующие свойства, частью присущие только им и контролируемые их специфическими генами. 1. Саморегулируемая репликация. В составе плазмидных ДНК имеется фиксированная точка ori (точка начала репликации) и соответствующие гены, контролирующие репликацию. 2. Явление поверхностного исключения. Это механизм, не позволяющий проникнуть в клетку, уже содержащую плазмиду, другой, родственной ей, плазмиде. 3. Контроль числа копий плазмиды на хромосому клетки. Наличие собственных генов репликации позволяет плазмиде осуществлять последнюю независимо от репликации ДНК клетки-хозяина. Информация, необходимая для осуществления репликации плазмиды, заключена в небольшой участок ее ДНК (базовый репликон). Система, которая регулирует репликацию, контролирует также число копий. Этот контроль осуществляется путем саморегуляции процессов транскрипции и трансляции генов репликации, опосредуемой продуктами их собственных генов: «антисмысловыми» РНК и особыми белками. 4. Контроль стабильного сохранения плазмид в клетке-хозяине. 5. Явление несовместимости двух близкородственных плазмид в одной клетке. 6. Контроль равномерного распределения дочерних плазмид в дочерние бактериальные клетки. 7. Способность к самопереносу. 8. Способность к мобилизации на перенос. 9. Способность наделять клетку-хозяина дополнительными важными для него биологическими свойствами, способствующими выживанию бактерий, а, следовательно, и плазмид в природе.

Жизненный цикл плазмид складывается из 2 главных процессов: вегетативной (или конъюгативной) репликации и равномерного распределения между дочерними клетками. Оба эти процесса относительно независимы друг от друга и контролируются специфическими системами плазмид. Однако вегетативная репликация плазмид и распределение их между дочерними клетками скоординированы с клеточным делением так, что дочерняя клетка стабильно получает необходимое число копий данной плазмиды.

Ретротранспозоны. Считается, что все ретротранспозоны происходят из «гена клеточной обратной транскриптазы». Этот ген древний и его продуктом может быть молекула, заархивировавшая генетическую информацию о мире РНК в ДНК. Репликация ретротранспозонов происходит в ядре клеток. Генетическая информация списывается с одной-двух открытых рамок считывания. Ретротранспозоны способны беспорядочно встраиваться в хромосомы клетки-хозяина, что может привести к мутациям, подавляющим или активирующим мутировавший ген. В последнем случае возможна трансформация клетки в опухолевую. В геноме человека ретротранспозоны совместно с эндогенными провирусами составляют около 10 %.

Прионы – это инфекционные белковые молекулы, которые не содержат нуклеиновых кислот и представляют собой модифицированные изоформы нормального клеточного прионового белка. В норме клеточный прионовый белок РrР^с превращается в прион - РrP^sc путем пространственной трансформации α-спиральной структуры в β-пластинку. Это структурное преобразование сопровождается глубокими изменениями физико-химических свойств РrР^с.

Возникновение прионов в здоровом организме может происходить 2 способами: 1. В результате мутаций 129 кодона нормального прионового гена, расположенного в малом плече 20-й хромосомы человека. При этом полиморфизм мутаций 129 кодона определяет все формы прионов. 2. В результате изомеризации - спонтанного или индуцированного реакционно активными соединениями пространственного изменения нормального прионового белка (РrР^с) в инфекционный прионовый белок - РrP^sc. Мутации в прионовом гене при этом отсутствуют.

Нормальный прионовый белок и инфекционный прион имеют одинаковую химическую структуру, и каждый состоит из 209 аминокислот. Прион является ненормальной изоформой нормального прионового белка. Прион стимулирует изменения пространственной структуры нормального прионового белка, таким образом, превращая его в свою копию.

Размножение прионов может происходить одновременно одним или двумя способами. 1. В результате трансляции иРНК, являющейся комплементарной копией мутировавшего клеточного прионового гена. 2. В результате посттрансляционной трансформации нормального клеточного прионового белка в его инфекционную изоформу за счет конформационных (пространственных) изменений третичной или даже четвертичной структуры молекулы. Конформационные изменения нормальных молекул прионового белка происходят под влиянием молекул инфекционного приона при их тесном контакте. В итоге в организме появляется 2 молекулы приона, под воздействием которых образуется еще 2 молекулы прионов и так далее. Происходит лавинообразное накопление инфекционного прионового белка. Считается, что в процессе конверсии определенную роль играет еще какой-то дополнительный белок «Х», выполняющий функцию шаперона.

Изучение трехмерной структуры прионовых белков показало, что молекула нормального клеточного прионового белка состоит из 4 α-спиральных доменов, стабилизированных междоимёнными электростатическими взаимодействиями и SS-связью. В то же время в молекуле инфекционной изоформы РrP^sc 2 домена (Н3 и Н4) сохраняют свою первоначальную спирализованную форму, а 2 других (Н1 и Н2) превращаются в 4 β-тяжа, связанные друг с другом и с доменами Н3 и Н4. РrР^sc подвержены конформационным изменениям, что ведет к образованию новых конформационных вариантов. Это кодируется третичной структурой РrP^sc. У разных конформационных вариантов PrP^sc разные сроки инкубации и разные виды изменений в нервной ткани.

Прионы резистентны к действию протеаз, нуклеаз, формалина, нагреванию, ультрафиолетовому и радиационному излучению. Способны вызывать мутации или дерепрессию РRNР-гена.