Вирус гепатита С - Hepatitis C virus

Вирус гепатита с
Электронная микрофотография гепацивируса С, очищенного из клеточной культуры.  Шкала шкалы & = 50 нанометров
Электронно - микроскопический снимок из Hepacivirus C очищали из клеточной культуры. Шкала шкалы = 50  нанометров
Классификация вирусов е
(без рейтинга): Вирус
Царство : Рибовирия
Королевство: Орторнавиры
Тип: Kitrinoviricota
Класс: Flasuviricetes
Порядок: Амарилловиралес
Семья: Flaviviridae
Род: Гепацивирус
Разновидность:
Гепацивирус C
Синонимы

Вирус гепатита с

Вирус гепатита С ( ВГС ) представляет собой небольшой (55-65 нм по размеру), оболочкой , положительным смысле одноцепочечной РНК вируса семейства Flaviviridae . Вирус гепатита С является причиной гепатита С и некоторых видов рака, таких как рак печени ( гепатоцеллюлярная карцинома , сокращенно ГЦК) и лимфомы у людей.

Таксономия

Вирус гепатита С относится к роду Hepacivirus , члену семейства Flaviviridae . До 2011 года считался единственным представителем этого рода. Однако у собак был обнаружен представитель этого рода : собачий гепацивирус . В этом роду также есть по крайней мере один вирус, поражающий лошадей. Еще несколько вирусов этого рода описаны у летучих мышей и грызунов.

Состав

Структура вируса гепатита С

Частица вируса гепатита С состоит из липидной мембранной оболочки диаметром от 55 до 65 нм. Два гликопротеина вирусной оболочки , E1 и E2 , встроены в липидную оболочку. Они принимают участие в прикреплении и проникновении вируса в клетку. Внутри оболочки находится икосаэдрическое ядро ​​диаметром от 33 до 40 нм. Внутри ядра находится РНК-материал вируса.

Гликопротеины E1 и E2

E1 и E2 ковалентно связаны при включении в оболочку HCV и стабилизированы дисульфидными связями . E2 является шаровидным и, судя по изображениям, полученным с помощью электронного микроскопа, кажется, выступает на 6 нм из оболочки оболочки.

Эти гликопротеины играют важную роль во взаимодействиях гепатита С с иммунной системой. Гипервариабельная область , гипервариабельный участок 1 (HVR1) можно найти на гликопротеине Е2. HVR1 гибкий и вполне доступный для окружающих молекул. HVR1 помогает E2 защитить вирус от иммунной системы. Он предотвращает фиксацию CD81 на соответствующем рецепторе вируса. Кроме того, E2 может защитить E1 от иммунной системы. Хотя аминокислотная последовательность HVR1 весьма вариабельна, эта область имеет сходные химические, физические и конформационные характеристики для многих гликопротеинов E2.

Геном

Структура IRES, расположенная в 5'-UTR HCV

Вирус гепатита С имеет геном одноцепочечной РНК с положительным смыслом . Геном состоит из одной открытой рамки считывания длиной 9600 нуклеотидных оснований. Эта единственная открытая рамка считывания транслируется с образованием единственного белкового продукта, который затем обрабатывается для получения более мелких активных белков. Вот почему в общедоступных базах данных, таких как Европейский институт биоинформатики , вирусный протеом состоит только из 2 белков.

На 5'- и 3'-концах РНК находятся нетранслируемые области (UTR), которые не транслируются в белки, но важны для трансляции и репликации вирусной РНК. 5'-UTR имеет сайт связывания рибосомы или внутренний сайт входа в рибосому (IRES), который инициирует трансляцию очень длинного белка, содержащего около 3000 аминокислот. Основной домен HCV IRES содержит четырехстороннее спиральное соединение Холлидея , которое интегрировано в предсказанный псевдоузел . Конформация этого корового домена ограничивает ориентацию открытой рамки считывания для позиционирования на 40S субъединице рибосомы . Большой пре-белок позже расщепляется клеточными и вирусными протеазами на 10 более мелких белков, которые обеспечивают репликацию вируса в клетке-хозяине или собираются в зрелые вирусные частицы. Структурные белки, производимые вирусом гепатита С, включают белок Core, E1 и E2; неструктурные белки включают NS2 , NS3 , NS4A , NS4B , NS5A и NS5B .

Молекулярная биология

Геномная организация вируса гепатита С
Схема строения частицы вируса гепатита С

Белки этого вируса расположены вдоль генома в следующем порядке: N-конец-ядро-оболочка (E1) –E2 – p7-неструктурный белок 2 (NS2) –NS3 – NS4A – NS4B – NS5A – NS5B – C-конец. Генерация зрелых неструктурных белков (от NS2 до NS5B) зависит от активности вирусных протеиназ. Соединение NS2 / NS3 расщепляется металл-зависимой автокаталитической протеиназой, кодируемой в NS2 и N-конце NS3. Остальные расщепления ниже этого сайта катализируются сериновой протеазой, также содержащейся в N-концевой области NS3.

  • Основной белок состоит из 191 аминокислоты и может быть разделен на три домена на основе гидрофобности: домен 1 (остатки 1–117) содержит в основном основные остатки с двумя короткими гидрофобными участками; домен 2 (остатки 118–174) менее основной и более гидрофобный, а его С-конец находится на конце p21; домен 3 (остатки 175–191) очень гидрофобен и действует как сигнальная последовательность для белка оболочки E1.
  • Оба белка оболочки (E1 и E2) сильно гликозилированы и важны для проникновения в клетки. E1 служит фузогенной субъединицей, а E2 действует как рецептор-связывающий белок. E1 имеет 4-5 N-связанных гликанов, а E2 имеет 11 сайтов N-гликозилирования.
  • Белок NS1 (p7) незаменим для репликации вирусного генома, но играет критическую роль в морфогенезе вируса. Этот белок представляет собой трансмембранный белок из 63 аминокислот, который располагается в эндоплазматическом ретикулуме . Расщепление p7 опосредуется сигнальными пептидазами эндоплазматического ретикулума . Два трансмембранных домена р7 соединены цитоплазматической петлей и ориентированы в направлении просвета эндоплазматического ретикулума.
  • Белок NS2 представляет собой трансмембранный белок с протеазной активностью 21–23 килодальтон (кДа).
  • NS3 представляет собой белок 67 кДа, N-конец которого обладает активностью сериновой протеазы, а C-конец - активностью NTPase / геликазы . Он расположен в эндоплазматическом ретикулуме и образует гетеродимерный комплекс с NS4A - мембранным белком из 54 аминокислот, который действует как кофактор протеиназы.
  • NS4A - мембранный белок из 54 аминокислот, который действует как кофактор протеиназы.
  • NS4B представляет собой небольшой (27 кДа) гидрофобный интегральный мембранный белок с четырьмя трансмембранными доменами. Он расположен в эндоплазматическом ретикулуме и играет важную роль в привлечении других вирусных белков. Он вызывает морфологические изменения эндоплазматического ретикулума, образуя структуру, называемую мембранной сеткой.
  • NS5A представляет собой гидрофильный фосфопротеин, который играет важную роль в вирусной репликации, модуляции клеточных сигнальных путей и интерфероновом ответе. Известно, что он связывается с белками VAP человека, заякоренными в эндоплазматическом ретикулуме .
  • Белок NS5B (65 кДа) представляет собой вирусную РНК-зависимую РНК-полимеразу . NS5B выполняет ключевую функцию репликации вирусной РНК HCV с использованием вирусной положительной смысловой цепи РНК в качестве матрицы и катализирует полимеризацию рибонуклеозидтрифосфатов (rNTP) во время репликации РНК . Несколько кристаллических структур полимеразы NS5B в нескольких кристаллических формах были определены на основе той же консенсусной последовательности BK (HCV-BK, генотип 1). Структура может быть представлена ​​формой правой руки с пальцами, ладонью и большим пальцем. Окружили активный сайт , уникальный для NS5B, содержится в пальмовом структуре белка. Недавние исследования структуры белка NS5B генотипа 1b штамма J4 (HC-J4) указывают на присутствие активного сайта, где происходит возможный контроль связывания нуклеотидов и инициация синтеза РНК de novo. De-novo добавляет необходимые праймеры для инициации репликации РНК. Текущие исследования пытаются связать структуры с этим активным сайтом, чтобы изменить его функциональность и предотвратить дальнейшую репликацию вирусной РНК.

Также был описан 11-й белок. Этот белок кодируется сдвигом рамки считывания на +1 в гене капсида. Он кажется антигенным, но его функция неизвестна.

Репликация

Упрощенная схема цикла репликации вируса гепатита С

Репликация HCV включает несколько этапов. Вирус размножается в основном в гепатоцитах в печени , где, по оценкам, ежедневно каждый инфицированная клетка производит около пятидесяти вирионов (вирусных частиц) с расчетной общей сложности один триллион вирионов генерируемых. Вирус также может реплицироваться в мононуклеарных клетках периферической крови , что потенциально является причиной высоких уровней иммунологических нарушений, обнаруживаемых у хронически инфицированных пациентов с ВГС. В печени частицы HCV попадают в синусоиды печени с током крови. Эти синусоиды соседствуют с клетками гепатоцитов. HCV способен проходить через эндотелий синусоидов и достигать базолатеральной поверхности клеток гепатоцитов.

ВГС имеет широкий спектр генотипов и быстро мутирует из-за высокой частоты ошибок со стороны РНК-зависимой РНК-полимеразы вируса . Скорость мутации приводит к появлению такого количества вариантов вируса, что его считают квазивидом, а не обычным видом вируса. Проникновение в клетки-хозяева происходит посредством сложных взаимодействий между вирионами, особенно через их гликопротеины, и молекулами клеточной поверхности CD81 , рецептором ЛПНП , SR-BI , DC-SIGN , Claudin-1 и окклюдином .

Оболочка ВГС похожа на липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП) и липопротеины низкой плотности (ЛПНП). Считается, что из-за этого сходства вирус может связываться с аполипопротеинами . Он может окружать себя липопротеинами, частично прикрывая E1 и E2. Недавние исследования показывают, что эти аполипопротеины взаимодействуют с рецептором скавенджера B1 (SR-B1). SR-B1 способен удалять липиды из липопротеинов вокруг вируса, чтобы лучше обеспечить контакт с HVR1. Клаудин 1, который представляет собой белок с плотным соединением , и CD81 соединяются, образуя комплекс, направляя их на последующие процессы инфицирования ВГС. Когда срабатывает иммунная система, макрофаги увеличивают количество TNF-α вокруг инфицированных гепатоцитов. Это запускает миграцию окклюдина, еще одного комплекса плотных контактов, к базолатеральной мембране. Частица HCV готова попасть в клетку.

Эти взаимодействия приводят к эндоцитозу вирусной частицы. Этому процессу способствуют белки клатрина. Попав внутрь ранней эндосомы, эндосома и вирусная оболочка сливаются, и РНК попадает в цитоплазму.

HCV берет на себя часть внутриклеточного аппарата для репликации. Геном HCV транслируется с образованием одного белка, состоящего примерно из 3011 аминокислот. Затем полипротеин протеолитически процессируется вирусными и клеточными протеазами с образованием трех структурных (связанных с вирионом) и семи неструктурных (NS) белков. Альтернативно, сдвиг рамки считывания может происходить в области Core с образованием белка альтернативной рамки считывания (ARFP). HCV кодирует две протеазы, цистеиновую автопротеазу NS2 и сериновую протеазу NS3-4A. Затем белки NS рекрутируют вирусный геном в комплекс репликации РНК, который связан с перестроенными цитоплазматическими мембранами. Репликация РНК происходит через вирусную РНК-зависимую РНК-полимеразу NS5B, которая продуцирует промежуточное соединение РНК с отрицательной цепью. РНК с отрицательной цепью затем служит матрицей для производства новых вирусных геномов с положительной цепью. Затем зарождающиеся геномы можно транслировать, реплицировать в дальнейшем или упаковывать в новые вирусные частицы.

Вирус реплицируется на внутриклеточных липидных мембранах. В частности, эндоплазматический ретикулум деформируется в мембранные структуры уникальной формы, называемые «мембранными тканями». Эти структуры могут быть индуцированы единственной экспрессией вирусного белка NS4B. Основной белок связывается с липидными каплями и использует микротрубочки и динеины для изменения их местоположения на перинуклеарное распределение. Высвобождение из гепатоцита может включать секреторный путь ЛПОНП. Другая гипотеза утверждает, что вирусная частица может секретироваться из эндоплазматического ретикулума через эндосомный сортировочный комплекс, необходимый для пути транспорта (ESCRT). Этот путь обычно используется для вывода пузырьков из клетки. Единственным ограничением этой гипотезы является то, что этот путь обычно используется для клеточного почкования , и неизвестно, как HCV может использовать путь ESCRT для использования с эндоплазматическим ретикулумом.

Генотипы

На основании генетических различий между изолятами вируса гепатита С разновидности вируса гепатита С классифицируются на шесть генотипов (1–6) с несколькими подтипами в пределах каждого генотипа (представлены строчными буквами). Подтипы далее разбиваются на квазивиды в зависимости от их генетического разнообразия. Генотипы различаются на 30–35% нуклеотидных сайтов по всему геному. Разница в геномном составе подтипов генотипа обычно составляет 20–25%. Подтипы 1a и 1b встречаются во всем мире и вызывают 60% всех случаев.

Клиническое значение

Генотип клинически важен для определения потенциального ответа на терапию на основе интерферона и необходимой продолжительности такой терапии. Генотипы 1 и 4 менее чувствительны к лечению на основе интерферона, чем другие генотипы (2, 3, 5 и 6). Продолжительность стандартной терапии на основе интерферона для генотипов 1 и 4 составляет 48 недель, тогда как лечение генотипов 2 и 3 завершается через 24 недели. Устойчивый вирусологический ответ наблюдается в 70% случаев генотипа 1, ~ 90% генотипов 2 и 3, ~ 65% генотипа 4 и ~ 80% генотипа 6. Кроме того, люди африканского происхождения гораздо реже реагируют на лечение. при инфицировании генотипами 1 или 4. Предполагается, что значительная часть этого отсутствия ответа на лечение вызвана однонуклеотидным полиморфизмом (SNP) на хромосоме 19 генома человека, который является предиктором успеха лечения. Генотипы 1 и 4 ВГС были эндемически распространены в частично совпадающих областях Западной и Центральной Африки, веками заражая человеческие популяции, несущие рассматриваемый генетический полиморфизм. Это побудило ученых предположить, что длительное сохранение генотипов 1 и 4 ВГС у людей африканского происхождения является эволюционной адаптацией ВГС на протяжении многих веков к иммуногенетическим ответам этих популяций.

Заражение одним генотипом не дает иммунитета против других, и возможно одновременное заражение двумя штаммами. В большинстве случаев один из штаммов быстро вытесняет другой. Это открытие может быть полезно при лечении, при замене штаммов, не поддающихся лечению, другими, которые легче лечить.

Рекомбинация

Когда два вируса заражают одну и ту же клетку, может произойти генетическая рекомбинация . Хотя нечасто, рекомбинация ВГС наблюдалась между разными генотипами, между подтипами одного и того же генотипа и даже между штаммами одного и того же подтипа.

Эпидемиология

Вирус гепатита С - это преимущественно вирус , передающийся через кровь , с очень низким риском передачи половым или вертикальным путем . Из-за этого способа распространения ключевыми группами риска являются потребители инъекционных наркотиков (ПИН), получатели продуктов крови и иногда пациенты, находящиеся на гемодиализе . Обычным местом передачи ВГС является также внутрибольничная ( внутрибольничная ) передача, когда в клинике не соблюдаются надлежащие правила гигиены и стерилизации . В качестве потенциального исторического способа распространения ВГС был предложен ряд культурных или ритуальных практик, включая обрезание, калечащие операции на половых органах, ритуальную скарификацию, традиционные татуировки и иглоукалывание. Также утверждалось, что, учитывая чрезвычайно длительные периоды персистенции ВГС у людей, даже очень низкие и необнаруживаемые уровни механической передачи через кусающие насекомые могут быть достаточными для поддержания эндемической инфекции в тропиках, где люди получают большое количество укусов насекомых.

Эволюция

Идентифицировать происхождение этого вируса было сложно, но генотипы 1 и 4, по-видимому, имеют общее происхождение. Байесовский анализ показывает , что основные генотипы расходились около 300-400 лет назад от общего предка вируса. Минорные генотипы разошлись около 200 лет назад от своих основных генотипов. Все существующие генотипы, по-видимому, произошли от подтипа 1b генотипа 1.

Изучение штаммов генотипа 6 предполагает более раннюю дату эволюции: примерно на 1100–1350 лет до настоящего времени . Расчетная скорость мутации составляла 1,8 × 10 -4 . Экспериментальное исследование оценило скорость мутаций на уровне 2,5–2,9 × 10–3 замен оснований на сайт в год. Этот генотип может быть предком других генотипов.

Изучение европейских, американских и японских изолятов показало, что датой происхождения генотипа 1b был приблизительно 1925 год. Предполагаемые даты происхождения типов 2а и 3а - 1917 и 1943 годы соответственно. Время расхождения типов 1a и 1b оценивается в 200–300 лет.

Исследование генотипов 1a и 1b оценило даты происхождения как 1914–1930 для типа 1a и 1911–1944 для типа 1b. Оба типа 1a и 1b подверглись значительному увеличению эффективной численности популяции между 1940 и 1960 годами. Распространение подтипа 1b вируса гепатита C предшествовало распространению подтипа 1a как минимум на 16 лет. Оба типа, по-видимому, распространились из развитого мира в развивающийся.

Штаммы с генотипом 2 из Африки можно разделить на четыре группы, которые коррелируют с их страной происхождения: (1) Камерун и Центральноафриканская Республика (2) Бенин, Гана и Буркина-Фасо (3) Гамбия, Гвинея, Гвинея-Бисау и Сенегал ( 4) Мадагаскар. Также имеются убедительные доказательства распространения 2-го генотипа ВГС из Западной Африки в Карибский бассейн в результате трансатлантической работорговли .

Считается, что генотип 3 возник в Юго-Восточной Азии.

Эти даты из этих разных стран позволяют предположить, что этот вирус, возможно, развился в Юго-Восточной Азии и распространился в Западную Африку торговцами из Западной Европы. Позже он был введен в Японию, когда была снята самоизоляция этой страны . Попав в страну, на его распространение повлияли многие местные факторы, включая переливание крови, программы вакцинации, внутривенное употребление наркотиков и режимы лечения. Учитывая снижение скорости распространения после того, как в 1990-х годах был проведен скрининг на ВГС в продуктах крови, может показаться, что ранее переливание крови было важным методом распространения. Требуется дополнительная работа для определения дат эволюции различных генотипов и сроков их распространения по земному шару.

Вакцинация

В отличие от гепатита А и В в настоящее время не существует вакцины для предотвращения заражения гепатитом С.

Текущее исследование

Изучение ВГС затруднено из-за узкого круга хозяев ВГС. Использование репликонов было успешным, но они были обнаружены только недавно. ВГС, как и большинство РНК-вирусов, существует как квазивид вируса , что очень затрудняет выделение одного штамма или типа рецептора для исследования.

Текущие исследования сосредоточены на низкомолекулярных ингибиторах вирусной протеазы , РНК-полимеразы и других неструктурных генов. Два агента - боцепревир от Merck и телапревир от Vertex Pharmaceuticals - оба ингибитора протеазы NS3 были одобрены для использования 13 мая 2011 г. и 23 мая 2011 г. соответственно.

Сообщалось о возможной связи между низким уровнем витамина D и плохой реакцией на лечение. Работа in vitro показала, что витамин D может снижать репликацию вируса. Хотя эта работа выглядит многообещающей, результаты клинических испытаний еще не получены. Однако было высказано предположение, что добавление витамина D важно в дополнение к стандартному лечению для усиления ответа на лечение.

Нарингенин , флавоноид, содержащийся в грейпфруте и других фруктах и ​​травах, блокирует сборку внутриклеточных инфекционных вирусных частиц, не влияя на внутриклеточные уровни вирусной РНК или белка.

Другие агенты, которые находятся в стадии исследования, включают ингибиторы нуклеозидов и аналогов нуклеотидов и ненуклеозидные ингибиторы РНК-зависимой РНК-полимеразы, ингибиторы NSP5A и соединения-мишени для хозяина, такие как ингибиторы циклофилина и силибинин .

Софосбувир для использования против хронической инфекции гепатита С был одобрен FDA 6 декабря 2013 года. Сообщается, что это первый препарат, который продемонстрировал безопасность и эффективность для лечения определенных типов инфекции ВГС без необходимости совместного применения интерферона. . 22 ноября FDA одобрило использование симепревира в сочетании с пегинтерфероном-альфа и рибавирином . Симепревир был одобрен в Японии для лечения хронической инфекции гепатита С, генотип 1.

Также в настоящее время проводятся экспериментальные исследования методов лечения, не связанных с наркотиками. Оксиматрин , например, представляет собой экстракт корня, обнаруженный на азиатском континенте, который, как сообщалось, обладает противовирусной активностью против ВГС в культурах клеток и исследованиях на животных. Небольшие и многообещающие испытания на людях показали положительные результаты и отсутствие серьезных побочных эффектов, но они были слишком малы для обобщения выводов.

5 октября 2020 года было объявлено, что Харви Дж. Альтер , Майкл Хоутон и Чарльз М. Райс были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине 2020 года за открытие ВГС.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки