معلومة

4.10.2: ارتباط فيروس نقص المناعة البشرية ودخول الخلايا المضيفة - علم الأحياء

4.10.2: ارتباط فيروس نقص المناعة البشرية ودخول الخلايا المضيفة - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

يعد ارتباط واندماج فيروسات فيروس نقص المناعة البشرية بالخلايا المضيفة أمرًا بالغ الأهمية لعدوى فيروس نقص المناعة البشرية.

أهداف التعلم

  • حدد الجوانب الفريدة لارتباط فيروس نقص المناعة البشرية ودخول الخلية المضيفة

النقاط الرئيسية

  • ترتبط بروتينات فيروس العوز المناعي البشري بمستقبلات محددة للخلايا المضيفة ، وأهمها بروتينات غلاف فيروس نقص المناعة البشرية gp41 و gp160.
  • بعد الارتباط بالمضيف ، ترتبط العديد من المستقبلات الموجودة في كل من الخلية والفيروس الغازي معًا لدمج الفيروس مع مضيفه.
  • نظرًا لأن ارتباط فيروس نقص المناعة البشرية أمر بالغ الأهمية لدورة تكرار فيروس نقص المناعة البشرية ، فإن فهم الآليات المحددة التي يحدث بها ارتباط فيروس نقص المناعة البشرية له آثار على العلاجات المحتملة لفيروس نقص المناعة البشرية.

الشروط الاساسية

  • بروتين سكري: بروتين يحتوي على كربوهيدرات مرتبطة تساهميًا.
  • البلاعم: نوع من خلايا الدم البيضاء يستهدف المواد الغريبة ، بما في ذلك البكتيريا والفيروسات.
  • قفيصة: الغلاف البروتيني الخارجي للفيروس.
  • كيموكين: أي من السيتوكينات المختلفة ، التي تنتج أثناء الالتهاب ، والتي تنظم الكريات البيض.
  • الخلايا التائية: خلية ليمفاوية من الغدة الصعترية يمكنها التعرف على مستضدات معينة ويمكنها تنشيط أو تعطيل الخلايا المناعية الأخرى.

دخول فيروس نقص المناعة البشرية هو المرحلة الأولى من العدوى في دورة حياة الفيروس ، تحدث عندما يتلامس فيروس نقص المناعة البشرية مع الخلية المضيفة ويدخل مادة فيروسية إلى الخلية. يدخل فيروس نقص المناعة البشرية الضامة والخلايا التائية الإيجابية لـ CD4 (CD4 هو مستقبل بروتين سكري موجود في الخلايا) عن طريق امتزاز البروتينات السكرية على سطحه إلى المستقبلات الموجودة على الخلية المستهدفة ، ثم اندماج الغلاف الفيروسي مع غشاء الخلية وإطلاق سراحه. قفيصة فيروس نقص المناعة البشرية في الخلية.

يبدأ الدخول إلى الخلية من خلال تفاعل مركب الغلاف الثلاثي وكلاهما CD4 ومستقبل كيميائي على الخلية المضيفة على سطح الخلية. يرتبط بروتين غلاف فيروس نقص المناعة البشرية ، gp120 ، بإنتجرين α4β7 ، مما يؤدي إلى تنشيط LFA-1 (المُنتج المركزي المُشارك في إنشاء الجسور المعروفة باسم "المشابك الفيروسية") التي تسهل الانتشار الفعال لفيروس HIV-1 من خلية إلى أخرى.

بعد التعلق ، يجب أن يندمج فيروس HIV مع الخلية المضيفة. تبدأ الخطوة الأولى في الاندماج بعد إرفاق مجالات ربط CD4 لـ gp120 بـ CD4. بمجرد ارتباط gp120 ببروتين CD4 ، يخضع مركب الغلاف لتغيير هيكلي ، مما يؤدي إلى تعريض مجالات الارتباط الكيميائي لـ gp120 والسماح لها بالتفاعل مع المستقبل الكيميائي المستهدف. يسمح هذا بربط أكثر ثباتًا من شقين ، مما يسمح لببتيد الاندماج N-terminal gp41 باختراق غشاء الخلية. كرر التسلسلات في gp41 ، والمعروفة باسم HR1 و HR2 ، ثم تتفاعل ، مما يتسبب في انهيار الجزء خارج الخلية من gp41 في دبوس الشعر. تجمع هذه البنية الحلقية بين الفيروس وأغشية الخلايا معًا ، مما يسمح بدمج الأغشية والدخول اللاحق للقفيصة الفيروسية.

بعد أن يرتبط فيروس نقص المناعة البشرية بالخلية المستهدفة ، يتم حقن الحمض النووي الريبي لفيروس العوز المناعي البشري وأنزيمات مختلفة (بما في ذلك النسخ العكسي ، والانزيم ، والريبونوكلياز ، والبروتياز) في الخلية. نظرًا لأن ارتباط فيروس نقص المناعة البشرية أمر بالغ الأهمية لدورة تكرار فيروس نقص المناعة البشرية ، فإن فهم الآليات المحددة التي يحدث من خلالها ارتباط فيروس نقص المناعة البشرية له آثار على العلاجات المحتملة لفيروس نقص المناعة البشرية.


كيف تحدد جينات المضيف الأمراض الحيوانية المنشأ الفيروسية الناجحة

يمكن لفيروسات الحيوانات البرية والداجنة أن تصيب البشر في عملية تسمى الأمراض الحيوانية المنشأ ، ويمكن أن تؤدي هذه الأحداث إلى انتشار أوبئة متفجرة مثل تلك التي يسببها فيروس نقص المناعة البشرية وفيروس الإيبولا. في حين أن البشر يتعرضون باستمرار لفيروسات حيوانية ، فإن تلك التي يمكن أن تصيب وتنتقل بنجاح بين البشر نادرة للغاية. الحدث الرئيسي في الأمراض الحيوانية المنشأ هو عندما يبدأ فيروس حيواني في التكاثر (واحد يصنع الكثير) في أول موضوع بشري. في هذه المرحلة فقط ، سيختبر الفيروس الحيواني أولاً البيئة الانتقائية لجسم الإنسان ، مما يجعل التكيف الفيروسي محتملاً وصقلًا للبشر. بالإضافة إلى ذلك ، قد يؤدي التتر الفيروسي الملحوظ في هذا الإنسان الأول إلى تمكين إصابة ثانية ، وبالتالي البدء في اختيار المتغيرات الفيروسية ذات القدرة المتزايدة على الانتشار. نؤكد أن الجينات المضيفة تلعب دورًا مهمًا في تحديد فيروسات الحيوانات في الطبيعة التي ستحقق هذا الحدث الرئيسي المتمثل في التكاثر في أول مضيف بشري. وذلك لأن فيروسات الحيوانات التي تشكل أكبر خطر على البشر سيكون لديها القليل (أو لا توجد) حواجز جينية لتكرار نفسها في الخلايا البشرية ، وبالتالي تتطلب الحد الأدنى من الطفرات لتحقيق هذه القفزة. يوفر علم الفيروسات التجريبي فقط مسارًا لتحديد فيروسات الحيوانات مع إمكانية تكرار نفسها في البشر لأن هذه المعلومات لن تكون واضحة من بيانات التسلسل الفيروسي وحدها.

الاقتباس: Warren CJ ، Sawyer SL (2019) كيف تملي جينات المضيف الأمراض الحيوانية المنشأ الفيروسية الناجحة. بلوس بيول 17 (4): e3000217. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000217

نشرت: 19 أبريل 2019

حقوق النشر: © 2019 وارن ، سوير. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ في أي وسيط ، بشرط ذكر المؤلف والمصدر الأصليين.

التمويل: تم دعم هذا العمل بمنح من المعاهد الوطنية للصحة (DP1-DA-046108 و R01-AI-137011 إلى SLS F32-GM-125442 و T32 AI007447-25 إلى CJW). SLS هو باحث صندوق بوروز ويلكوم في التسبب في الأمراض المعدية. لم يكن للممولين دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.

الاختصارات: ACE2 ، الأنجيوتنسين 1 الإنزيم المحول 2 ANP32A ، البروتين الفسفوري النووي الحمضي 32 فردًا من عائلة A APOBEC3 ، الوحدة الفرعية التحفيزية الإنزيمية المحفزة للبروتين B mRNA ، معدل الاستبدال غير المجهول dS ، معدل الاستبدال المرادف HA ، HA ، بروتين الدم البشري HTLERS متلازمة الشرق الأوسط التنفسية MHV-68 ، فيروس هربس غاما الفئران MX2 ، MX dynamin مثل GTPase 2 NPC1 ، ناقل الكوليسترول داخل الخلايا NPC 1 OCLN ، أوكلودين PB2 ، فيروس الأنفلونزا بوليميريز PB2 PDB ، بنك بيانات البروتين PVR ، جزيء التصاق خلية PVR RanBP2 ، RAN SAMHD1 و SAM و HD الذي يحتوي على ديوكسينوكليوزيد ثلاثي الفوسفات ثلاثي الفوسفات 1 سارس والمتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة SHIV وفيروس SIVmac / HIV الكيميري SIV وفيروس نقص المناعة القرد SIVcpz وفيروس نقص المناعة القرد من الشمبانزي SIVgor وفيروس نقص المناعة سيميان لفيروس نقص المناعة STAT1 ، محول إشارة ومنشط النسخ 1 STAT2 ، إشارة ترانزيت sducer ومنشط النسخ 2 TfR1 ، مستقبل الترانسفيرين 1 TRIM5α ، شكل ثلاثي يحتوي على 5 ، شكل إسوي ألفا

الأصل: بتكليف من الخارج استعراض الأقران


التحليل التلوي أحادي الخلية لجينات دخول SARS-CoV-2 عبر الأنسجة والتركيبة السكانية

إن الإنزيم المحول للأنجيوتنسين 2 (ACE2) والبروتياز الإضافي (TMPRSS2 و CTSL) ضروريان للدخول الخلوي لفيروس كورونا المتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة 2 (SARS-CoV-2) ، وقد يلقي تعبيرهما الضوء على الانتفاخ الفيروسي ويؤثر على الجسم. قمنا بتقييم التعبير الخاص بنوع الخلية لـ ACE2 و TMPRSS2 و CTSL عبر 107 دراسات تسلسل الحمض النووي الريبي أحادية الخلية من أنسجة مختلفة. تتعايش ACE2 و TMPRSS2 و CTSL في مجموعات فرعية محددة من الخلايا الظهارية التنفسية في الممرات الأنفية والمسالك الهوائية والحويصلات الهوائية وفي خلايا الأعضاء الأخرى المرتبطة بانتقال مرض فيروس كورونا 2019 (COVID-19) أو علم الأمراض. أجرينا تحليلًا تلويًا لـ 31 دراسة تسلسل الحمض النووي الريبي أحادية الخلية للرئة مع 1،320،896 خلية من 377 عينة من الأنف والمجرى الهوائي والرئة من 228 فردًا. كشف هذا عن ارتباطات خاصة بنوع الخلية من العمر والجنس والتدخين مع مستويات التعبير عن ACE2 و TMPRSS2 و CTSL. زاد التعبير عن عوامل الدخول مع تقدم العمر وعند الذكور ، بما في ذلك الخلايا الإفرازية لمجرى الهواء والخلايا السنخية من النوع 2. تضمنت برامج التعبير التي تشاركها خلايا ACE2 + TMPRSS2 + في أنسجة الأنف والرئة والأمعاء الجينات التي قد تتوسط الدخول الفيروسي والوظائف المناعية الرئيسية والتحدث المتبادل بين البلاعم الظهارية ، مثل الجينات المشاركة في الإنترلوكين 6 وإنترلوكين 1 والورم. عامل النخر والمسارات التكميلية. قد تساهم أنماط التعبير الخاصة بنوع الخلية في التسبب في الإصابة بـ COVID-19 ، ويسلط عملنا الضوء على المسارات الجزيئية المفترضة للتدخل العلاجي.


3 متلقين

3.1 انتشار وحدوث العدوى والأمراض المعدية المرتبطة بالدم في السكان المتلقين

قبل إدخال الاختبار الإجباري للأجسام المضادة لفيروس نقص المناعة البشرية في مايو وأكتوبر 1985 ، أصيب حوالي 1380 شخص مصاب بالهيموفيليا وحوالي 200 متلقي لنقل الدم في ألمانيا بفيروس نقص المناعة البشرية عن طريق التبرع بالدم ومشتقات البلازما [155]. مع إدخال اختبارات فحص الأجسام المضادة وإجراءات التثبيط الإجباري للفيروس في عملية إنتاج مشتقات البلازما ، انخفض عدد الإصابات بفيروس نقص المناعة البشرية والتهاب الكبد عن طريق نقل الدم بشكل كبير ، خاصة في أول عامين. منذ عام 2004 ، أدى اختبار الأجسام المضادة لفيروس نقص المناعة البشرية وفيروس نقص المناعة البشرية (نات) إلى تقليل العبء المحتمل لفيروس نقص المناعة البشرية من مادة المصدر [146]. منذ عام 1990/1991 لم تنتقل أي عدوى بفيروس نقص المناعة البشرية عن طريق مشتقات البلازما [131،156].

وفقًا لتقارير معهد Paul Ehrlich ، حدث انتقالان لفيروس نقص المناعة البشرية عن طريق مكونات الدم الخلوي (مركزات خلايا الدم الحمراء) بعد إدخال فحص NAT في عام 2004 [157]. كان كلا الإرسالين بسبب إصابات حديثة جدًا وفشل في أنظمة NAT المستخدمة. في حالة عام 2007 ، من المفترض أن يكون الحمل الفيروسي المنخفض والطفرات في منطقة الربط التمهيدي مسؤولة عن نتائج الاختبار السلبية الكاذبة [158]. فيما يتعلق بالانتقال المبلغ عنه في عام 2009 ، تم اختبار عينة المتبرع إيجابية فيروس العوز المناعي البشري مرارًا وتكرارًا سلبية باستخدام نظام NAT المستخدم [131].

يُقدر خطر انتقال فيروس نقص المناعة البشرية عن طريق نقل الدم بأنه منخفض للغاية. استنادًا إلى البيانات الخاصة باختبار المتبرعين واليقظة الدموية في الفترة الزمنية بين عامي 2007 و 2010 ، تم حساب خطر انتقال 1 من كل 9.64 مليون تبرع [132]. من خلال أخذ نماذج المخاطر الحديثة التي تتضمن فترات استدلال محددة في التقييم ، يُقدر الخطر المتبقي المتبقي للتبرع بالدم الكامل غير المكتشف بنسبة 1: 2.4 مليون [159].

كما هو موصى به للمتبرعين المصابين بفيروس نقص المناعة البشرية ، يجب أيضًا تخزين البلازما والخلايا الليمفاوية للمتلقي المصاب بفيروس نقص المناعة البشرية [117] من أجل توضيح مصدر العدوى وانتقالها باستخدام الطرق الجزيئية (انظر 2.3).

3.2 الحالة المناعية (المقاومة ، المناعة الموجودة ، الاستجابة المناعية ، العمر ، العوامل الخارجية)

لا توجد مناعة وقائية ضد فيروس نقص المناعة البشرية. في حالة وجود عدوى بفيروس HIV-1 M: B ، يمكن أن يصاب الفرد المصاب بسلالة أخرى من سلالة HIV-1 M: B في أي وقت [77]. عدوى HIV-2 لا تحمي من الإصابة بفيروس HIV-1 والعكس بالعكس [160]. إلى أي مدى الطفرات (& # x0039432 حذف ، الطفرات) في CCR5 الجين الخاص بالمتلقي يعيق العدوى بالحقن يظل موضع تساؤل [61،161]. في ألمانيا ، يحمل حوالي 1٪ من السكان هذه الطفرة التي لا تمت بصلة لذلك من وجهة النظر الوبائية. تشير الدراسات الوبائية إلى أن جرعة أعلى من فيروس نقص المناعة البشرية قد تكون ضرورية للانتقال الجنسي لفيروس نقص المناعة البشرية إلى شخص متماثل الزيجوت لحذف & # x0039432 في CCR5 الجين. في غضون السنوات الأولى ، يمكن إبطاء مسار المرض في الأفراد غير المتجانسين للطفرة & # x0039432 [62]. ومع ذلك ، فإن الأفراد الذين يعانون من CCR5 - يبدو أن حذف & # x0039432 لديه احتمالية أعلى للإصابة بالتهاب الدماغ بعد الإصابة بفيروس غرب النيل [162،163]. كلما كان المريض أكبر سنًا في وقت الإصابة ، زادت مخاطر الإصابة بنقص المناعة في مرحلة مبكرة من الإصابة [164،165،166].

منذ عام 1983 ، بذلت محاولات لتطوير لقاح ضد فيروس نقص المناعة البشرية مع ارتفاع النفقات فيما يتعلق بكل من الموظفين والشؤون المالية. حتى الآن لم تنجح جميع التجارب ، على الرغم من اكتساب معرفة جديدة. لذلك ، سيستغرق تطوير لقاح فعال ووقائي سنوات عديدة [167،168].

3.3 شدة ومسار المرض

دائمًا ما يكون مسار الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية مزمنًا ، وينتهي بشكل مميت بدون العلاج المضاد للفيروسات القهقرية. يمكن إبطاء تفكك خلايا CD4 والأعراض السريرية أو قمعها بواسطة العلاج المضاد للفيروسات القهقرية لعقود [169]. في حالات العدوى بفيروس HIV-1 غير المعالجة ، تظهر الأعراض المحددة للإيدز بعد حوالي 10 سنوات ، بمدى 2-25 سنة. يصبح الإيدز الناجم عن فيروس نقص المناعة البشرية 2 واضحًا بعد متوسط ​​يقارب 15 عامًا (انظر 1.2). مع العلاج المضاد للفيروسات من الممكن تمديد المرحلة بدون أو مع أعراض طفيفة فقط لسنوات عديدة [170171].

3.4 الخيارات العلاجية

منذ عام 1987 ، تم إحراز تقدم كبير في علاج عدوى فيروس نقص المناعة البشرية ، خاصة مع إدخال مثبطات الأنزيم البروتيني في عام 1996 ومثبطات إنزيم إنزيمريز في عام 2007 (الجدول & # x200 ب (الجدول 3). 3). يتم استخدام الأدوية ذات الأطياف المختلفة من النشاط: النيوكليوسيد (NRTIs) والنيوكليوتيدات (NtRTIs) والنظائر غير النيوكليوزيدية (NNRTIs) ومثبطات النسخ العكسي جنبًا إلى جنب مع مثبطات الأنزيم البروتيني (PI أو PRI) و / أو بالإضافة إلى الانصهار أو مثبطات الإنزيم المدمج (INI) ) [172]. يتم تطوير المزيد من الأدوية [173]. يتم تلخيص الأدوية المتاحة في الجدول & # x200B الجدول 3. 3. وفقًا للإرشادات S2 ، يجب أن يبدأ العلاج الأولي لعدوى فيروس العوز المناعي البشري بمزيج فعال للغاية وفي نفس الوقت آمن ومُحتمل جيدًا من اثنين من NRTIs مع NNRTI واحد [171]. يجب أن يؤخر مزيج من مجموعات المواد الفعالة المختلفة من الأدوية المضادة للفيروسات تطور فيروس نقص المناعة البشرية المقاوم لدى المريض لأطول فترة ممكنة. في ألمانيا ، يمكن توقع أن ما يقرب من 10-12٪ من المرضى الساذجين للعلاج مصابون بمتغيرات فيروس نقص المناعة البشرية المقاومة للأدوية. حتى الآن ، ظلت النسبة المئوية للمرضى الحاملين لفيروس نقص المناعة البشرية المقاوم مستقرة إلى حد كبير [174]. لذلك ، يجب إجراء اختبار مقاومة النمط الجيني قبل العلاج لتجنب انخفاض فعالية العلاج المختار [174،175].

الجدول 3

نظرة عامة على الأدوية المتوفرة لعلاج فيروس نقص المناعة البشرية & # x02013 انظر أيضًا [171]

مثبطات النسخ العكسي للنيوكليوسيد / النوكليوتيدات (NRTI)مثبطات النسخ العكسي غير النوكليوزيدية (NNRTI)مثبطات البروتياز (PRI أو PI)مثبطات Integrase (INI)مثبطات الدخول
أزيدوثيميدين & # x02013 زيدوفودين (1987) * نيفيرابين (1996)ساكوينافير (1995)رالتجرافير (2007)Enfuvirtide (T20) (2003)
ديدانوزين (1991)إيفافيرينز (1998)إندينافير (1996)Elvitegravir (2013)مارافيروك (2007)
زالسيتابين (1992)ديلافيردين * (2007)ريتونافير (1996)دولوتغرافير (2013)
ستافودين (1994)إترافرين (2008)نلفينافير (1997)
لاميفودين (1995)ريلبيفيرين (2011)لوبينافير + ريتونافير (2000)
أباكافير (1998) أتازانافير (2003)
تينوفوفير (2001) فوسامبرينافير (2003)
إمتريسيتابين (2003) تريبانافير (2005)
دارونافير (2006)

يجب أن يتخذ كل من الطبيب المختص والمريض قرار العلاج. يمكن الوصول إلى أفضل النتائج العلاجية طويلة المدى عند بدء العلاج قبل ظهور أعراض نقص المناعة. وفقًا للإرشادات ، يجب بدء العلاج عندما يكون عدد خلايا CD4 + عند أو أقل من 500 خلية / & # x003bcl [165،176]. في بعض الحالات ، خاصة عند الأطفال حديثي الولادة ، يُنصح ببدء العلاج مبكرًا بعد ظهور العدوى ، أي قبل أو في بداية الانقلاب المصلي. أيضًا في حالة العلاج المبكر ، من الضروري تحديد ما إذا كانت الفيروسات المقاومة للأدوية قد انتقلت [177،178،179].

فقط بعض الأدوية فعالة ضد HIV-2 [180]. يمكن أن يؤدي العلاج بالعقاقير المضادة للفيروسات وتأثير الأدوية على تكاثر الفيروس إلى استعادة وظائف الجهاز المناعي وبالتالي إلى تحسين أو اختفاء الأعراض السريرية. حتى الآن ، لا يمكن التخلص من فيروس نقص المناعة البشرية من جسم شخص مصاب من خلال العلاج - الاستثناء الوحيد هو & # x02018 برلين مريض & # x02019 الذي تلقى زرع نخاع العظم من متبرع متماثل الزيجوت من أجل CCR5 - & # حذف x0039432 [181].

على الرغم من أن الجمع بين ثلاثة أو أربعة عقاقير يبدو ناجحًا للغاية في قمع تكرار فيروس نقص المناعة البشرية ، فإن العلاج المضاد للفيروسات عالي الفعالية (HAART) له آثار ضارة يمكن أن تقلل بشدة من جودة الحياة. علاوة على ذلك ، تتداخل الأدوية المضادة للفيروسات القهقرية جزئيًا مع بعضها البعض وأحيانًا مع الأدوية الأخرى عبر نظام السيتوكروم P450. هذا يجب أن يؤخذ في الاعتبار في المرضى الذين يتلقون HAART [182]. التغيرات النموذجية المرئية في الجسم الناتجة عن العلاج بـ PI / PRI هي الحثل الشحمي ، وخاصة تدهور الوسادة الدهنية الشدقية (وسادة Bichat الدهنية) في الخد والدهون تحت الجلد في الأطراف وترسب الدهون السرة والقفوية. تشمل الآثار الجانبية الشائعة الإسهال والأرق وقلة التركيز وعدم القدرة على زيادة الوزن على الرغم من تناول الطعام بشكل كافٍ ، كما لوحظ مرض السكري وفقر الدم والاضطرابات العصبية [5،29].

في الوقت الحاضر ، يكون العلاج الأمثل ممكنًا في حالات الإصابة بفيروس HIV-1B وفيروسات HIV من المجموعة M. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن مجموعة HIV-1 O و HIV-2 وبعض الأنواع الفرعية من المجموعة M من HIV-1 لديها بالفعل مقاومة طبيعية ضد NNRTIs و PRI [175180].

علاج مناعي تكميلي بالإنترلوكينات ، على سبيل المثال الإنترلوكين 2 ، أو اللقاحات الوقائية أو العلاجية المحتملة لم تؤد بعد إلى تحسن واضح ودائم لوظيفة المناعة وتقليل تكاثر فيروس نقص المناعة البشرية [168،183،184،185،186].

3.5 قابلية الانتقال

يمكن أن ينتقل فيروس نقص المناعة البشرية عن طريق سوائل الجسم مثل الدم أو البلازما أو المصل ، وقد تم توثيق الإفرازات التناسلية والأعضاء المزروعة مثل الكلى والعظام وعدوى القرنية عن طريق التلقيح الاصطناعي. تم الإبلاغ عن الانتقال عن طريق اللعاب وإصابات العضة في حالات فردية مؤخرًا تم الإبلاغ عن حالة من الصين [187]. يمكن أن تكون الآفات المفتوحة نقاط دخول لفيروس نقص المناعة البشرية [188]. من الممكن حدوث عدوى بفيروس نقص المناعة البشرية من خلال إصابة وخز الإبرة لأن كميات الدم الصغيرة جدًا تكفي لإصابة الشخص ، بشرط أن تكون عيارات الفيروس عالية و / أو تنتقل الخلايا المحتوية على فيروس نقص المناعة البشرية [189،190]. لا يمكن أن ينتقل فيروس نقص المناعة البشرية عن طريق الهباء الجوي ، أو الاتصالات الاجتماعية ، أو عن طريق لدغات الحشرات أو المفصليات ، ولا عن طريق الطعام أو الماء.

3.6 تكرار الإعطاء ونوع وكمية منتجات الدم

مكونات الدم: منذ عام 2004 ، تم الإبلاغ عن انتقال 2 فقط من فيروس نقص المناعة البشرية من خلال مكونات الدم في ألمانيا [157]. ينتقل فيروس نقص المناعة البشرية إذا كان 1 HID (ما يعادل حوالي 500-1000 جزيء من فيروس نقص المناعة البشرية) موجودًا في مكون الدم المعطى [190]. هناك دليل على أن البدء الفوري في العلاج الوقائي بعد التعرض لفيروس نقص المناعة البشرية يمكن أن يمنع العدوى بعد إصابة الوخز بالإبرة في الحالات الفردية [189191192].

مشتقات البلازما: حدث انتقال فيروس نقص المناعة البشرية عن طريق مشتقات البلازما بين عامي 1979 و 1989 بشكل أساسي عن طريق العامل الثامن والعامل التاسع وتركيزات معقد البروثرومبين (PCC). لم ينتقل فيروس نقص المناعة البشرية أبدًا عن طريق الألبومين ومضاد الثرومبين III (AT-III) و i.m. أو الرابع. مستحضرات الغلوبولين المناعي ، ولا حتى قبل إدخال خطوات عملية محددة لاستنفاد الفيروسات وتعطيلها. إن تنفيذ إجراءات اختيار المتبرعين وفحص الأجسام المضادة وتعطيلها قد جعل انتقال الفيروسات المغلفة (التي يمكن مقارنتها في هيكلها بفيروس نقص المناعة البشرية) لم يعد ممكنًا.


التكامل> الترجمة

بمجرد نسخ الحمض النووي الريبي الفيروسي إلى خيط من الحمض النووي ، يمكن بعد ذلك دمج (إدخال) الحمض النووي في الحمض النووي للخلايا الليمفاوية. يحتوي الفيروس على إنزيم خاص به يسمى "Integrase" الذي يسهل دمج الحمض النووي الفيروسي في الحمض النووي للخلايا المضيفة. يُطلق على الحمض النووي المتكامل اسم طليلي.

النسخ: العودة إلى RNA

طالما لم يتم تنشيط الخلية الليمفاوية أو "تشغيلها" ، لا يحدث شيء للحمض النووي الفيروسي. ولكن إذا تم تنشيط الخلية الليمفاوية ، يبدأ نسخ الحمض النووي الفيروسي ، مما يؤدي إلى إنتاج نسخ متعددة من الحمض النووي الريبي الفيروسي. رموز RNA هذه لإنتاج البروتينات والإنزيمات الفيروسية (الترجمة) وسيتم تعبئتها لاحقًا كفيروسات جديدة.


دورة تكرار فيروس نقص المناعة البشرية

يعتمد تكاثر فيروس نقص المناعة البشرية على سلسلة معقدة ومنسقة من الأحداث حيث يندمج الفيروس في الحمض النووي للخلايا المضيفة.

أهداف التعلم

قارن وقارن بين تكاثر فيروس نقص المناعة البشرية والفيروسات الأخرى

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • أولاً ، يرتبط فيروس HIV viron بالخلية المضيفة ، بعد ربط الفيروس واندماج الخلية ، والذي يطلق الإنزيمات المختلفة التي يحتاجها HIV لعكس النسخ والاندماج في جينوم المضيف.
  • النسخ العكسي من الحمض النووي الريبي لفيروس نقص المناعة البشرية إلى الحمض النووي عرضة للخطأ ، مما يتسبب في ارتفاع معدل تحور فيروس نقص المناعة البشرية. هذا يجعل من الصعب تصميم علاجات ضد فيروس نقص المناعة البشرية.
  • يمكن أن يظل فيروس HIV كامنًا في جينوم المضيف لسنوات. قد يصبح نشطًا عندما يتم تنشيط الخلية التائية المضيفة نفسها عن طريق مكافحة العدوى التي يواجهها الجسم.
  • سيساعد فهم دورة حياة فيروس نقص المناعة البشرية في توفير علاجات فعالة ضد فيروس نقص المناعة البشرية.

الشروط الاساسية

  • طاهر: جينوم الفيروس ، مثل فيروس نقص المناعة البشرية ، الذي يدمج نفسه في الحمض النووي للخلية المضيفة بحيث يتم نسخه بشكل سلبي مع جينوم المضيف.
  • النسخ العكسي: إنزيم يحفز تكوين الحمض النووي من الحمض النووي الريبي الموجود في الفيروسات القهقرية.

فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) هو فيروس بطني (عضو في عائلة الفيروسات القهقرية) يسبب متلازمة نقص المناعة المكتسب (الإيدز). الإيدز هو حالة تصيب البشر حيث يسمح الفشل التدريجي للجهاز المناعي للعدوى الانتهازية والسرطانات المهددة للحياة بالنمو.

يمكن أن يصيب فيروس نقص المناعة البشرية الخلايا التغصنية (DCs). DC هي واحدة من أولى الخلايا التي واجهها الفيروس أثناء انتقاله عن طريق الاتصال الجنسي. يُعتقد حاليًا أنهم يلعبون دورًا مهمًا عن طريق نقل فيروس نقص المناعة البشرية إلى الخلايا التائية عندما يتم التقاط الفيروس في الغشاء المخاطي بواسطة DCs. يدخل فيروس نقص المناعة البشرية الضامة والخلايا التائية عن طريق امتصاص البروتينات السكرية على سطحه إلى المستقبلات الموجودة على الخلية المستهدفة. ويتبع ذلك اندماج الغلاف الفيروسي بغشاء الخلية وإطلاق قفيصة فيروس نقص المناعة البشرية في الخلية.

النسخ المتماثل لفيروس نقص المناعة البشرية: خطوات دورة النسخ المتماثل لفيروس العوز المناعي البشري: اندماج خلية فيروس العوز المناعي البشري بسطح الخلية المضيفة ، يدخل دخول الخلية ، و RNA لفيروس العوز المناعي البشري ، والنسخة العكسية ، والدمج ، والبروتينات الفيروسية الأخرى إلى الخلية المضيفة ، ويتكون الحمض النووي الفيروسي عن طريق النسخ العكسي ، والحمض النووي الفيروسي هو تنتقل عبر النواة وتندمج في الحمض النووي المضيف ، ويستخدم الحمض النووي الريبي الفيروسي الجديد كرنا جيني لصنع البروتينات الفيروسية ، ينتقل الحمض النووي الريبي الفيروسي الجديد والبروتينات إلى سطح الخلية ويتشكل فيروس نقص المناعة البشرية الجديد غير الناضج. بروتينات فيروس نقص المناعة البشرية.

بعد وقت قصير من دخول القفيصة الفيروسية للخلية ، يقوم إنزيم يسمى النسخ العكسي بتحرير جينوم الحمض النووي الريبي أحادي الشريطة (+) من البروتينات الفيروسية المرفقة ونسخه إلى جزيء DNA التكميلي (cDNA). عملية النسخ العكسي معرضة للغاية للخطأ ، وقد تسبب الطفرات الناتجة مقاومة للأدوية أو تسمح للفيروس بالتهرب من نظام المناعة في الجسم. يحتوي النسخ العكسي أيضًا على نشاط ريبونوكلياز يعمل على تحطيم الحمض النووي الريبي الفيروسي أثناء تخليق (كدنا) ، بالإضافة إلى نشاط بوليميريز الحمض النووي المعتمد على الحمض النووي والذي ينتج عنه إحساس الحمض النووي من الحمض النووي الريبي المضاد. معًا ، يشكل الحمض النووي (كدنا) ومكملاته دنا فيروسيًا مزدوج الشريطة يتم نقله بعد ذلك إلى نواة الخلية.

قد يظل هذا الحمض النووي الفيروسي كامنًا في المرحلة الكامنة من الإصابة بفيروس نقص المناعة البشرية. لإنتاج الفيروس بنشاط ، يجب أن تكون بعض عوامل النسخ الخلوي موجودة. وأهمها NF-κB (NF kappa B) ، والذي يتم تنظيمه عندما يتم تنشيط الخلايا التائية. هذا يعني أن تلك الخلايا التي يُحتمل أن تُقتل بسبب فيروس نقص المناعة البشرية هي تلك الخلايا التي تقاوم العدوى حاليًا. أثناء تكاثر الفيروس ، يتم نسخ فيروس DNA المدمج إلى mRNA ، والذي يتم بعد ذلك تقطيعه إلى قطع أصغر. يتم تصدير هذه القطع الصغيرة من النواة إلى السيتوبلازم ، حيث يتم ترجمتها إلى البروتينات المنظمة Tat (التي تشجع على إنتاج فيروسات جديدة) و Rev.

نظرًا لأن بروتين Rev المنتج حديثًا يتراكم في النواة ، فإنه يرتبط بـ mRNAs الفيروسية ويسمح لـ RNAs غير المقسمة بمغادرة النواة ، حيث يتم الاحتفاظ بها حتى يتم تقطيعها. في هذه المرحلة ، يتم إنتاج البروتينات الهيكلية Gag و Env من mRNA كامل الطول. الحمض النووي الريبي كامل الطول هو في الواقع جينوم الفيروس الذي يرتبط ببروتين Gag ويتم تعبئته في جزيئات فيروس جديدة. تبدأ الخطوة الأخيرة من الدورة الفيروسية ، وهي تجميع فيروسات HIV-1 الجديدة ، عند غشاء البلازما للخلية المضيفة. يمر بروتين Env عبر الشبكة الإندوبلازمية ويتم نقله إلى مجمع جولجي. هناك ، يتم شقها بواسطة بروتياز فيروس نقص المناعة البشرية ومعالجتها في البروتينات السكرية لمغلف فيروس نقص المناعة البشرية ، gp41 و gp120. يتم نقلها إلى غشاء البلازما للخلية المضيفة حيث يثبت gp41 gp120 في غشاء الخلية المصابة. ترتبط البروتينات المتعددة Gag (p55) و Gag-Pol (p160) أيضًا بالسطح الداخلي لغشاء البلازما جنبًا إلى جنب مع الحمض النووي الريبي الجينومي لفيروس نقص المناعة البشرية حيث تبدأ الفيريون المكون في البرعم من الخلية المضيفة.

يحدث النضج إما في برعم التكوين أو في virion غير الناضج بعد أن يتبرعم من الخلية المضيفة. أثناء النضج ، يشق البروتياز HIV البروتينات المتعددة في بروتينات HIV الوظيفية الفردية. يمكن منع خطوة الانقسام هذه بواسطة مثبطات الأنزيم البروتيني. ثم تتجمع المكونات الهيكلية المختلفة لإنتاج فيريون فيروس نقص المناعة البشرية الناضج. وبعد ذلك يكون الفيروس الناضج قادرًا على إصابة خلية أخرى.


التدخلات السريرية

ينقسم التطوير قبل السريري والسريري لتدخلات RSV بشكل أساسي إلى ثلاث فئات: الأجسام المضادة وحيدة النسيلة ، والجزيئات الصغيرة واللقاحات. هذه الأساليب لها مزاياها وعيوبها الفريدة ، ولكن المرشحين الواعدين لكل منها يخضعون للتجارب السريرية. وتشمل هذه مثبطات RdRp الفيروسية (تمت مراجعتها في مكان آخر 121) ، ولكن نظرًا لأن هذه المركبات لا تمنع الدخول ، فلا تتم مناقشتها هنا.

الأجسام المضادة

ترتبط المستويات العالية من عيار الأجسام المضادة المعادلة لـ RSV بالحماية لدى الأطفال والبالغين ، بما في ذلك الأفراد المسنين 4،122،123. تم استخدام مستحضر حقن الجلوبيولين المناعي عن طريق الوريد RSV ، RespiGam ، بشكل وقائي في أواخر التسعينيات وأوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين للوقاية من أمراض الجهاز التنفسي السفلي المرتبطة بـ RSV لدى الأطفال الصغار الذين يعانون من خلل التنسج القصبي الرئوي أو الولادة المبكرة 124. تم إيقاف استخدام RespiGam في عام 2003 واستبداله بالوقاية باستخدام palivizumab (Synagis) ، وهو جسم مضاد أحادي النسيلة متوافق مع البشر والذي يربط بروتين F glycoprotein 125. يتعرف Palivizumab على حاتمة داخل موقع المستضد II ، والتي يتم الحفاظ عليها في كل من التوافقات السابقة والانصهار F 126 (الشكل 5 أ). نظرًا لأن palivizumab لا يمنع إحداث تغييرات توافقية في F ، فمن المفترض أنه يمنع الدخول واندماج الغشاء عن طريق منع تحويل وسيط ما قبل الشعر إلى شكل ما بعد الانصهار. كما هو الحال مع RespiGam ، يستخدم palivizumab للوقاية فقط للرضع المعرضين لمخاطر عالية بسبب تكلفته وفعاليته المحدودة 20.

أ | موقع مواقع المستضدات الرئيسية على مطابقة الانصهار وما بعد الانصهار لبروتين الانصهار (F) الفيروسي التنفسي (RSV) كما هو محدد في المرجع. 129. منمذجة من النوع المعقد نتظهر الجليكانات المرتبطة كعصي. ب | تحدد طفرات الهروب لمثبطات الاندماج ثلاث مناطق متميزة من تسلسل الأحماض الأمينية الأولية لبروتين RSV F ، باللون الأحمر والأخضر والأزرق. تظهر مواضع طفرات الهروب على شكل كرات ملونة على المخططات الشريطية للتشكيلات (يسار) وما بعد الاندماج (يمين). ج | تمثيل تخطيطي للتشكيلات الأولية (يسار) والتشكيلات الوسيطة الأولية (يمين) التي تصور موقع الببتيدات الاندماجية (الأسطوانات) وموقع ربط مثبط الاندماج (بيضاوي أحمر). ترتبط مثبطات الاندماج الجزيئي الصغير داخل التجويف المركزي لتشكيل F الانصهار وتتفاعل مع الببتيدات الاندماجية ، مما يمنع إطلاقها وإدخالها في أغشية الخلايا المضيفة. جزء أ تم تكييفها بإذن من المرجع. 146 ، إلسفير.

نتيجة للتقدم الهائل في تقنية عزل الأجسام المضادة أحادية النسيلة ، خلال السنوات العشر الماضية ، تم عزل المئات من الأجسام المضادة المشتقة من الإنسان الموجهة ضد بروتينات RSV F و G وتميزت بـ 127،128،129،130،131،132. بعض الأجسام المضادة الموجهة لـ F تكون أقوى بنسبة 10-50 ضعفًا من palivizumab ، والعديد منها يتعرف على الحلقات الموجودة حصريًا في التشكل الأولي. وبالتالي ، فإن هذه الأجسام المضادة الخاصة بالتمهيد قادرة على قفل F في شكلها المسبق ومنع التحول إلى وسيط ما قبل الشعر 76. تم تحسين أحد هذه الأجسام المضادة البشرية ، المسمى D25 ، والذي يتعرف على موقع المستضد Ø ، لإنتاج متغير ، MEDI8897 ، مع قوة معززة وعمر نصف مصل ممتد 133. بسبب هذه التحسينات ، قد يتطلب MEDI8897 جرعة واحدة فقط خلال موسم RSV للوقاية من المرض الوخيم عند الرضع ، ومن المتوقع نتائج دراسة سريرية من المرحلة IIb في أواخر عام 2018 (المرجع 134). ومع ذلك ، فشل مؤخرًا جسم مضاد مختلف خاص بالتشريب ، REGN2222 ، والذي يتعرف على موقع المستضد V ، في الوصول إلى نقاط نهايته السريرية في دراسة المرحلة الثالثة 135 ، وأسباب الفشل غير معروفة حتى الآن. توجد أيضًا أجسام مضادة أخرى خاصة بالتسرب قبل السريري ، وكذلك الأجسام المضادة الموجهة ضد بروتين G الذي يثبط الارتباط الفيروسي 52،53. يتم أيضًا النظر في مزيج من الأجسام المضادة ضد F و G ، أو ضد موقعين مستضدين مختلفين على F ، وقد يؤدي ذلك إلى تأثيرات تآزرية وتقليل الهروب الفيروسي.

مثبطات الاندماج الجزيئي الصغير

حدد الفحص الظاهري للمكتبات الكيميائية المستهدفة العديد من الجزيئات المتميزة هيكليًا التي حالت دون اندماج RSV مع الخلايا المستهدفة (تمت مراجعتها في مكان آخر 136،137). على أساس دراسات التشابك مع فيريونات RSV 138 والدراسات البيوكيميائية والهيكلية مع الببتيدات التي تشتمل على تكرار heptad لـ RSV F1 الوحدة الفرعية 139 ، كان يُعتقد أن الجزيئات الصغيرة مرتبطة بوسائط اندماج لـ F وتمنع التشكل اللاحق للانصهار من التكوين تمامًا. ومع ذلك ، بمجرد تحديد الهياكل البلورية لبروتين F بعد الانصهار والتشكيل ، وجد أن طفرات الهروب لهذه الجزيئات تتجمع داخل التجويف المركزي لتشكل الانصهار ، بينما في التشكل بعد الانصهار ، تم فصلها بواسطة

100 أنجستروم 140 (الشكل 5 ب). كشفت التجارب البلورية في وقت لاحق أن الجزيئات الصغيرة ترتبط داخل التجويف المركزي لتشكل التسريب وتتفاعل مع البقايا في ببتيد الانصهار وتكرار سباعي ثاني 141. أظهرت الدراسات الوظيفية التي أجريت على بروتينات F القابلة للذوبان 142 وبروتينات F 141 المرتبطة بالغشاء أن الجزيئات الصغيرة تعمل كمضادات تمنع تحفيز التشكل الأولي. حتى الآن ، ترتبط جميع مثبطات اندماج الجزيئات الصغيرة المعروفة RSV في نفس الجيب ولها نفس آلية العمل (الشكل 5 ج).

مثبطات الانصهار GS-5806 (presatovir) و JNJ-53718678 ، التي طورتها شركة Gilead Sciences و Janssen Pharmaceuticals ، على التوالي ، حققت أداءً جيدًا في المرحلة الثانية من دراسات التحدي البشري مزدوجة التعمية والمضبوطة بالغفل. أدى تناول أي من المركبين عن طريق الفم إلى انخفاض في الحمل الفيروسي وشدة المرض بين البالغين الأصحاء المصابين تجريبياً عن طريق الأنف بعزل إكلينيكي لـ RSV 143،144. تم إعطاء المشاركين مثبطات الاندماج إما بعد 5 أيام من التلقيح أو في وقت الاختبار الإيجابي لـ RSV ، مما يدل على أنه يمكن استخدام هذه المركبات لعلاج عدوى الجهاز التنفسي العلوي إذا تم تناولها بعد الإصابة بفترة وجيزة. بالطبع ، من المرجح أن تكون حماية الجهاز التنفسي السفلي للرضع في بيئة عدوى طبيعية أكثر صعوبة من دراسات تحدي البالغين لإثبات المبدأ الموصوفة أعلاه ، وستحتاج مثبطات الاندماج هذه إلى التقييم في مجتمع الأطفال.

يتمثل أحد الشواغل المتعلقة بمثبطات الاندماج RSV في سهولة ظهور متغيرات الهروب في بروتين F في تجارب زراعة الخلايا 140. Many of these variants, however, have reduced fitness in cell culture growth assays, reaching titres approximately 100-fold lower than those of the wild-type virus 48 hours post-infection 141 . Presently, the degree to which escape variants may arise in humans treated with fusion inhibitors is unknown, as is the effect that the emergence of such variants would have on clinical outcomes. With high-resolution structural information available for many of these compounds, it may now be possible to design next-generation inhibitors that are more resistant to escape or that bind to a different site on the F protein so that cocktails of fusion inhibitors could be used to suppress the outgrowth of escape variants. A better understanding of the mechanisms of escape from these fusion inhibitors would also aid these efforts.

اللقاحات

RSV vaccine development has become more sophisticated owing to recent advances in our understanding of the structure and function of the viral proteins, the morphology and architecture of the virion, the immune responses to natural infection and the causes of vaccine-enhanced disease. These advances have created a complex vaccine landscape with over 30 candidates in clinical or preclinical development comprising six different vaccine modalities each targeting one or more of the three major target populations (reviewed elsewhere 145,146 ).

Particle-based and subunit-based vaccines are intended for elderly people or maternal immunization owing to concerns that these vaccines may cause vaccine-enhanced disease in RSV-naive infants. The F protein is the primary antigen for these modalities, although some virus-like particles also contain the G protein, and a few subunit-based vaccines consist of only the G protein. Approximately 5 years ago, researchers demonstrated that the majority of RSV-neutralizing activity in human sera is specific for the prefusion conformation of F 147 , and many of the most potent antibodies specifically target this conformation 129,148 . As a result, vaccine development of candidates containing the F protein has focused on structure-based engineering approaches to stabilize F in the prefusion conformation 75,149 , and animal studies have shown that prefusion F elicits higher neutralizing antibody titres than does postfusion F. Currently, several prefusion F-subunit vaccine candidates are in phase I clinical trials 150,151 , and results are expected to be announced in 2019. Candidates containing postfusion F, or molecules with the postfusion F morphology, have failed in several recent late-stage clinical trials 152,153,154 , but they remain under development, and one candidate is being tested in a phase III trial 155 . For particle-based and subunit-based vaccines intended for elderly individuals or maternal immunization, the challenge will be to induce an antibody response of sufficient titre and duration to protect elderly people and newborns from severe disease during the RSV season.

Live-attenuated and chimeric virus vaccines are primarily intended for the paediatric population because they are considered safe for RSV-naive infants given their demonstrated inability to prime for vaccine-enhanced disease (reviewed elsewhere 156 ). Vaccines based on viral vectors and DNA or RNA are also thought to be safe for infants because the infants’ cells produce the encoded antigen or antigens, leading to a balanced T cell response and display of properly folded antigens on the cell surface for antibody recognition and elicitation. There are several live-attenuated vaccine candidates in phase I trials, with the majority attenuated via deletion of viral genes such as NS2 أو M2-2 (ref. 157 ). New candidates in preclinical development include some that have been engineered to display prefusion-stabilized variants of the F glycoprotein 158,159 . Three vector-based candidates are in or have almost completed phase II trials, including two adenovirus candidates expressing either prefusion-stabilized F protein 160 or F, N and M2-1 (ref. 161 ) and a modified vaccinia Ankara (MVA) candidate expressing F, G, N and M2-1 (ref. 162 ). For all live-attenuated vaccines, achieving the optimal balance between attenuation and immunogenicity will be crucial, whereas viral vector and nucleic-acid-based vaccines will need to achieve sufficient gene delivery and expression to produce a robust immune response.


The study of N-linked glycosylation as it relates to virus biology has become an area of intense interest in recent years due to its ability to impart various advantages to virus survival and virulence. HIV and influenza, two clear threats to human health, have been shown to rely on expression of specific oligosaccharides to evade detection by the host immune system. Additionally, other viruses such as Hendra, SARS-CoV, influenza, hepatitis and West Nile rely on N-linked glycosylation for crucial functions such as entry into host cells, proteolytic processing and protein trafficking. This review focuses on recent findings on the importance of glycosylation to viral virulence and immune evasion for several prominent human pathogens.

We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content and ads. By continuing you agree to the use of cookies .


مقدمة

Human papillomaviruses (HPVs) are small, non-enveloped double-stranded DNA viruses that belong to the Papovaviridae family [1, 2]. Scientific evidence accumulated from virological, molecular, clinical and epidemiological studies has identified HPV as the primary etiological agent in cervical cancer [1, 3, 4].

Like other viruses, HPVs are obligatory intracellular parasites and must deliver their genome and accessory proteins into host cells and subsequently make use of the biosynthetic cellular machinery for viral replication [5, 6]. The journey of a HPV particle from the cell surface to the cytosol and nucleus consists of a series of consecutive steps that move it closer to its site of replication. The viral capsid plays a key role in the establishment of the viral infection [5, 7].

By analyzing virus-cell interactions and uptake mechanisms, much can be learned about the biology of HPV replication and entry pathways, providing a means to discover unique ways for exploiting or interfering with the viral pathogenesis [5, 6].

The HPV genome is surrounded by an icosahedral capsid (T = 7) of 55 nm in diameter composed by two structural proteins, the major protein L1 and the minor capsid protein L2 [8]. The L1 proteins are highly conserved and form 72 five-fold capsomers. The L2 protein is an internally located multifunctional protein with roles in genome encapsidation [9–11], L1 interaction and capsid stabilization [12, 13], endosomal escape of virions [14, 15] and nuclear transport of the HPV genome [15, 16]. Viral capsids have evolved to fulfil numerous roles that are critical to the establishment of viral infection. For non-enveloped viruses, such as HPVs, the proteinaceous coat encases and protects the viral nucleic acid and provides the initial interaction site of the viral particle with the host cell. After receptor engagement the virus is internalized and its coat is disassembled to allow the encapsidated genome access to the cellular transcription and replication machinery [17].

Infectious HPV particles entry appears to occur specifically in the basal keratinocytes of the mucosal epithelium subsequent to the binding of virions to the basement membrane of the disrupted epithelium [9, 18]. Since HPV replication and assembly requires infected basal keratinocytes to undergo the stepwise differentiation program of the epithelium [19, 20], HPV propagation in cell culture is a major challenge. The production of infectious virus particles or virions was impossible until the development of organotypic raft cultures based on keratinocytes harbouring HPV genomes. However, these methods are technically demanding, time-consuming and they only produce relatively limited amounts of virions. These limitations were partially overcome by the use of DNA-free virus-like particles (VLPs) and by pseudovirions (PsVs) harbouring reporter plasmids, which were generated using heterologous expression systems [21, 22]. These VLPs and PsVs have very similar structural and immunological characteristics to native HPV virions [8]

Condon optimization of capsid genes yielded high-level expression of capsid proteins and the development of packaging cell lines harboring high copy numbers of packaging plasmids finally allowed the large-scale production of PsVs and, subsequently, quasivirions (QVs), which are "quasi" identical to the authentic HPV virions [8, 21–23]. This has prompted many researchers to study the HPV-host cell interaction by using VLPs, PsVs or QVs.

HPV-host cell interactions

Cell surface binding: receptors

Host cell entry of HPV is initiated by binding of the virus particle to cell surface receptors (Figure 1). It has been suggested that virions bind initially to the basement membrane prior to transfer to the basal keratinocyte cell surface [18]. It is important to note that the entry of HPV في المختبر is initiated by binding to a cell surface receptor in contrast to the في الجسم الحي situation where the basement membrane has recently been identified as the primary site of virus binding [18, 21].

Putative model of interaction of HPV capsids with the ECM and cell surface. 1) HSPG, a widely expressed and evolutionary conserved cell surface receptor, is suggested as the initial attachment receptor for HPVs and is frequently found in the ECM and on the surface of most cells. HPV capsids have also been shown to bind to ECM-resident laminin-5 although this interaction seems to be of lesser importance for a productive infection. 2) Accumulating evidence suggests that a secondary receptor is involved in the infectious entry of HPV subsequent to HSPG interaction. The capsids are transferred to the putative secondary receptor on the cell surface. Whether transfer from primary ECM binding sites to primary cell surface binding sites occurs has not been directly investigated (dotted arrows). Capsid interaction with HSPG results in a conformational change that, in turn, results in the exposure of a furin cleavage site. Following this proteolytic cleavage, an additional conformational change exposes the binding site for the secondary cell surface receptor or lowers the affinity for the primary receptor which results in the hand-off to the second receptor, which then triggers endocytosis 3).

Early work investigating the cell surface receptors found that HPVs bind to a widely expressed and evolutionary conserved cell surface receptor and that the interaction depends primarily on L1 [24–27]. Glycosaminoglycans (GAGs), especially heparan sulfate, were suggested as initial attachment receptors for HPV VLPs [28–31]. Heparan sulfate proteoglycans (HSPG) are frequently found in the extracellular matrix (ECM) and on the surface of most cells. They are involved in several biological functions and because of their location they are appropriate molecules for viral infection [32, 33]. Heparan sulfate is often found on two membrane-bound proteoglycans, syndecans and glypicans [34]. Glypicans are predominantly expressed in the central nervous system, whereas syndecans are the predominant HSPG in epithelial cells, the target cells of HPV. Especially syndecan-1 may serve as the primary attachment receptor في الجسم الحي due to its high expression level in the appropriate target cells and upregulation during wound healing [27, 35]. Furthermore, other candidate receptors for HPV have been suggested, such as laminin-5. العديد من في المختبر studies have shown that HPV can also bind to a receptor in the ECM, identified as laminin-5 which is able to mediate binding to the ECM [36–38]. However, laminin-5 interaction seems to be of lesser importance for a productive infection and even though the affinity to laminin-5 is higher than to heparan sulfate, infectious transfer from the ECM seems to require heparan sulfate binding [27, 37, 38].

The classical notion of a virus binding to a single receptor to enter cells through a single defined uptake mechanism is quickly being overtaken by a more complex picture. New findings, such as a specific co-receptor and virus attachment to multiple receptors, have raised the question that viruses known to bind to a non-specific receptor may turn out to also have a more specific co-receptor [39].

Like HPVs, mammalian herpesviruses adsorb strongly to proteoglycans, especially HSPGs. For the herpes simplex virus (HSV) this high affinity attachment step enhances infectivity, although it does not appear to be an absolute requirement for the virus to infect the cell. HSPG is preferred and is considered to be a binding receptor, as opposed to an entry receptor. It is obvious that for cell penetration, HSV usually interacts with co-receptors that are distinct from the proteoglycans attachment receptor [7, 40].

Accumulating evidence suggests that a secondary receptor or co-receptor is also involved in the infectious internalization of HPV subsequent to interaction with HSPG [38, 41]. It appears that HSPG functions as more than a simple attachment factor in HPV infection in that this interaction promotes essential conformational changes in the viral capsid, but HSPGs are clearly not the cell surface receptors that mediate virion internalization or later events in infection [41].

The cell adhesion receptor α6-integrin, which is involved in cell to cell interactions, has been suggested as secondary receptor even though its involvement in HPV infection is rather controversial [29, 35, 37, 42–44]. Given the close association of proteoglycans and integrins as matrix components, it is possible that the experimental association of α6-integrin with HPV binding and entry is a secondary effect due to its interaction with HSPGs [7].

Several studies suggest a role for L2 in facilitating infection via interaction with a secondary receptor(s) [45–48]. Although cell surface interactions predominantly depend on the major capsid protein L1, it seems likely that the secondary cell surface receptor is L1-specific, although, it is possible that L2 may contribute to surface interactions [21].

These observations could indicate that the cell surface binding is indeed mediated by more than one receptor. A reasonable hypothesis is that a productive infection would require an initial low specificity binding mediated by L1, followed by the interaction of a more specific protein component with L2 [7]. A specific region in the L2 protein was proposed to interact with a cell surface molecule after attachment of the virus to a primary receptor. This interpretation suggests a post-attachment conformational change at the cell surface to unmask this specific domain in L2, a process that many other viruses use to trigger downstream events such as secondary receptor interactions [27, 48].

Initial attachment to HSPG moieties functions primarily to facilitate the critical step of L2 proteolytic cleavage which is essential for successful infection [41]. The minor capsid protein L2 is cleaved by furin on the cell surface at a consensus cleavage site that is conserved among all papillomaviruses [17]. These sequences are inaccessible at the surface of mature virions in solution in order to prevent host antibody response to the conserved epitopes [27]. As mentioned above, capsid interaction with HSPG results in a conformational change which results in the exposure of the furin cleavage region. After cleavage, an additional conformational change may expose the binding site for the secondary cell receptor, or it lowers the affinity for the primary receptor, which results in the hand-off to a secondary receptor [27, 41, 49].

Taken together, capsid interaction with HSPG induces conformational changes that result in the exposure of the L2 amino terminus. Exposure of this L2 N-terminus allows access to highly conserved consensus furin convertase recognition site and subsequent furin cleavage which is essential for successful infection. Moreover, the L2 N-terminus is essential for the L2 protein to adopt a correct conformation within the assembled capsid. Correct folding may also require the formation of a disulfide bond between HPV16 L2 cysteine residues Cys22 and Cys28, which was recently identified. Mutation of the contributing cysteine residues rendered mutant virions non-infectious [15, 21, 50, 51].

Even if keratinocytes are the main targets of HPV and only entry in these cells has been shown to result in a productive infection, HPV-VLP are also able to enter other cellular types such as dendritic cells (DC) or Langerhans cells (LC). Interactions between these antigen presenting cells (APCs) and HPV are likely to be important for the establishment of the immune response after a prophylactic vaccination or a natural infection. Bousarghin وآخرون. showed that these APCs differentially interact with HPV16 VLPs. Although DC and LC are able to bind and internalize HPV16 VLPs, there are differences in VLP binding to DC and LC. DC use heparan sulfates to bind HPV16 VLPs in contrast to LC on which heparin does not have any inhibitory effects [52]. Various studies showed that VLPs co-localize with langerin in LC [52, 53]. Although still controversial, the investigation on the immunogenicity of VLPs supports a key contribution for the low-affinity Fcγ receptors, expressed on DC, as an important molecule in a HPV-VLP receptor complex [54, 55].

Internalization

After binding to cell surface receptors HPV must be internalized into the cell to establish an infection. To date, the dynamics of HPV interaction with the cell surface during the initial stages of infection are not completely understood and the entry mechanisms and the molecules involved are contradictory and still a subject of scientific debate (table 1).

The conflicting data could be due to the "maturity" state of the VLPs and PsVs used. HPV capsids extracted from replicating cultured cells can exist in two forms. "Immature" capsids are larger, less regular and less protease resistant than "mature" capsids indicating a substantial change in conformation during the maturation process [56]. Therefore, it is likely that the omission of a maturation step could result in assay variability due to particle heterogeneity [7]. Moreover, HPVs exhibit promiscuous cell association while only completing their life cycle in differentiating squamous epithelium [57]. Therefore, while the early events of infection may be similar in permissive and non-permissive cell types, there is a restriction of viral replicative functions and virion production that is determined by factors tied to the keratinocyte differentiation program [7].

Productive entry of HPV involves internalization by endocytosis, a process that for HPV occurs slowly and asynchronously over a period of several hours, except for some non-epithelial cells [8, 52, 58]. Multiple studies have shown an unusually extended residence on the cell surface for HPVs [7, 29, 59, 60]. Most ligands, including the majority of viruses, are internalized rapidly, within minutes after the initial receptor encounter and engagement. The reason for the delayed kinetics for HPVs is unknown, although it is noteworthy that syndecans have been reported to have a slow rate of internalization after ligand binding [61]. Alternatively, the conformational changes or the transfer to a secondary receptor that is sparsely arrayed or exhibits particular requirements for endocytosis are a possible explanation for the slow kinetics [8, 27, 58]. وعلاوة على ذلك، في المختبر experiments showed that cell surface dynamics of HPV indicated a transport mechanism along actin rich cell protrusions to access the endocytic machinery and thus enhance infectious entry. This transport was facilitated by binding to receptors that were likely to interact with actin filaments to mediate the transport towards the cell body by retrograde flow. This requirement may contribute to the prolonged residence on the cell surface and the impeded kinetics [8].

Several endocytic pathways have been described and clathrin- and caveolae-mediated are two main pathways used by non-enveloped viruses to infect cells [5, 62]. A possible approach to distinguish between the clathrin-dependent and caveolar pathways is the analysis of biochemical inhibition of ligand uptake, although non-specific effects must be considered. The development of molecular inhibitors in the form of dominant-negative molecules has surpassed the use of biochemical inhibitors in terms of decreasing these non-specific effects. Selinka وآخرون. examined a set of biochemical inhibitors for effects on HPV33 PsV infection and found a dependence upon an intact actin cytoskeleton and microtubules. يوم وآخرون. investigated the uptake of bovine papillomaviruses (BPVs) through biochemical inhibitor analysis and co-localization studies with established markers of endocytic compartments. Both studies could not demonstrate the involvement of caveolar endocytosis and concluded that uptake of these viruses occurs via a clathrin-dependent pathway [59, 63]. However, a study utilizing PsVs, generated by mixing VLPs with naked DNA, unexpectedly found that HPV31 was sensitive to caveolar inhibition. In contrast, the entry of HPV16, which phylogenetically, is closely related to HPV31, and HPV58 was found to be blocked by inhibitors of clathrin-mediated uptake [64]. The data on the entry of HPV31 was confirmed by Smith وآخرون. who described a caveolar uptake of HPV31 virions in keratinocytes [65]. However, another study found that biochemical inhibition of clathrin-dependent uptake did prevent HPV31 infection [66]. HPV31 appears to interact with HSPG similarly to HPV16 for في الجسم الحي عدوى. Possibly HPV31 interacts differently with or has a unique co-receptor that shunts it into a different internalization pathway [67].

Most studies investigating the uptake of HPV16 concluded the involvement of clathrin-dependent endocytosis [63–66]. In contrast to these studies, Spoden وآخرون. observed clathrin- and caveolae-independent internalization of HPV16 PsVs. Entry occurred by a mechanism that was resistant to combined siRNA-mediated down regulation of caveolin-1 and clathrin heavy chain as well as being resistant to over-expression of dominant negative mutants of caveolin-1 and eps-15, which plays a role in clathrin coated vesicle formation [58]. The authors suggested the involvement of tetraspanin-enriched microdomains that serve as a platform for uptake by an uncharacterized internalization mechanism. None of the conducted studies demonstrated an effect of caveolar disruption on HPV16 infection.

Initiation and progression of HPV-associated cervical cancer have been shown to be related to functional alterations of LC within the cervical epithelium. Because of their role in initiating an antiviral immune response, DC and LC represent an ideal target for immune evasion by viruses. The study of the interactions between HPV16 VLPs and DC or LC showed that the entry of virus particles is different as suggested by Fausch وآخرون. and Yan وآخرون. Fausch وآخرون. showed that DC use a clathrin-mediated endocytosis whereas LC use a different pathway which is not associated with clathrin or caveolae [68]. Yan وآخرون. show that LC uptake of HPV6 L1 was blocked by filipin pretreatment confirming a role for caveolin-mediated uptake of VLPs by LC [53]. Another study, however, showed that virus particles use the same clathrin-dependent endocytic pathway to enter DC and LC [52].


What are the seven stages of the HIV life cycle?

The seven stages of the HIV life cycle are: 1) binding, 2) fusion, 3) reverse transcription, 4) integration, 5) replication, 6) assembly, and 7) budding. To understand each stage in the HIV life cycle, it helps to first imagine what HIV looks like.

Now follow each stage in the HIV life cycle, as HIV attacks a CD4 cell and uses the machinery of the cell to multiply.


شاهد الفيديو: فيروس نقص المناعة البشرية - HIV - طرق العدوى نسخة حديثة (أغسطس 2022).