Классификация

Строение вируса гепатита C (геном, описание)

Вирус гепатита C (Flaviviridae, Hepacivirus) — РНК-содержащий вирус. Долгое время исследователи предполагали существование вируса гепатита C, однако сам вирус оставался неизвестен. Случаи парентерально передаваемого вирусного гепатита, не относящиеся к вирусным гепатитам A, B и D, называли вирусными гепатитами ни-A, ни-B. Решающий шаг в обнаружении этиологического агента таких гепатитов был сделан в 1989 году. У больных гепатитом ни-A, ни-B было выявлено наличие вирусной РНК, характерной для флавивирусов. Последующие исследования позволили идентифицировать обнаруженную РНК, как РНК вируса гепатита C. Была установлена широкая распространенность вируса и способность к частому формированию хронического гепатита с переходом в цирроз печени и гепатоклеточную карциному (первичный рак печени). В настоящее время в мире насчитывается до 500 млн. инфицированных вирусом гепатита C, что характеризует вирус как один из наиболее распространенных вирусных патогенов.

Вирусные частицы имеют оболочку, содержатся в крови в следовых количествах и ассоциированы с липопротеинами низкой плотности и антителами к белкам HCV. Вирусы, выделенные из комплексов с липопротеинами и анти-HCV антителами, имеют диаметр 60-70 им. При электронно-микроскопическом изучении на поверхности вириона выявлены хорошо выраженные выступы высотой 6-8 нм.

HCV инфицирует не только гепатоциты, но и лимфоциты. Рецептором HCV на B-лимфоцитах является молекула TAPA-1 (CD81 антиген), входящая в состав B-клеточного корецептора и относящаяся к тетраспанам, то есть белкам, 4 раза пронизывающим мембрану. Кроме того, известно, что HCV проникает в клетки в составе частиц, образуемых липопротеинами низкой плотности. Липопротеины взаимодействуют с соответствующими рецепторами, локализованными в окаймленных ямках на поверхности клеток и затем поглощаются внутрь клеток.

Геном вируса состоит из однонитевой РНК позитивной полярности длиной 9, 4-9, 5 т. н. Геном имеет одну открытую рамку считывания и кодирует полипротеин длиной 3008-3037 а. о. в зависимости от генотипа вируса. Кроме различий в длине генома и полипротеина, у разных изолятов вируса выявлена высокая гетерогенность генома на уровне нуклеотидной последовательности. Различия связаны с высокой скоростью мутаций вирусного генома и могут достигать 30%. Изоляты вируса, геном которых имеет различия, достигающие 30%, относят к разным генотипам. Выявлено, по крайней мере 6 различных генотипов и более чем 30 субтипов вируса. Между субтипами различия нуклеотидной последовательности достигают 15%. Инфицирование организма вирусами разных генотипов приводит к развитию гепатита с разной тяжестью течения. В России наиболее распространены генотипы 1b (плохо поддается терапии интерфероном-альфа) и генотип 3a.

На 5'- и 3'-концах генома вируса находятся нетранслируемые регионы (HTP). 5'-HTP состоит из 340 н. о., отличается высокой консервативностью и образует упорядоченную вторичную структуру, состоящую из нескольких шпилек. Функция 5'-HTP заключается в инициации трансляции. Специфически связываясь с рибосомами и факторами трансляции клетки-хозяина, он направляет рибосому к инициирующему кодону AUG в позиции 342, после чего начинается синтез полипротеина.

Полипротеинпроцессируется комбинацией вирусныхпротеиназ и протеиназ клетки-хозяина. Идентифицировано 10 белков, на которые расщепляется полипротеин. В первой трети полипротеина, начиная с М-конца, локализованы структурные белки, ближе к С-концу — неструктурные.

Непосредственно на N-конце полипротеина локализован core-белок, формирующий вирусный капсид. Он освобождается из полипротеина за счет клеточныхпротеиназ и имеет гидрофобную C-концевую последовательность. Внутри клетки core-белок локализован на мембране ЭПР, а также в ядре клетки. Ядерныйcore-белок супрессирует отдельные гены клетки-хозяина. Цитоплазматическийcore-белок специфически подавляет апоптоз инфицированных клеток, обеспечивая длительную персистенцию вируса. Core-белок изменяет также клеточный метаболизм триглицеридов в гепатоцитах. В результате развивается стеаноз (жировое перерождение печени). При образовании нуклеокапсида происходит мультимеризацияcore-белка и его взаимодействие с вирусной РНК.

Core - белок капсида

E1, E2, p7 - гликопротеины оболочки

NS2 - цинк-зависимая протеаза

NS3 - сериновая протеаза, хеликаза, нуклеотидтрифосфатаза

NS4A - кофактор NS3

NS4B -?

NS5A - определяет устойчивость клеток к интерферону

NS5B - РНК-зависимая РНК-полимераза

Строение полипротеина вируса гепатита C

Гликопротеины E1 и E2 освобождаются из полипротеина за счет действия сигнальных пептидаз клетки-хозяина. Белки высоко гликозилированы. С белком E2 иногда ассоциирован небольшой протеин p7. При сборке вириона E1 взаимодействует своим C-концом с core-белком, а E2 — с NS2-протеином. При этом E1 и E2 образуют комплексы, сшитые дисульфиднымисвязями. Образование комплексов происходит внутри ЭПР с участием шаперонакалнексина.

E2 регион генома HCV является наиболее вариабельным регионом. Вариабельность является следствием беспорядочных мутаций. В ходе постоянно идущего мутационного процесса отбираются мутанты, способные уклоняться от действия нейтрализующих антител, продуцируемых иммунной системой хозяина. Скорость мутаций настолько велика, что в организме одного и того же HCV-инфицированного индивидуума возникает множество вариантов вируса, отличающихся от родительского варианта. Такие варианты называют квазивидами. Основная часть возникающих мутаций связана с гипервариабельным участком E2-лротеина, расположенным между 383 и 414 ао.

NS2 протеин является трансмембранным белком. Его C-конец смотрит в просвет цистерн ЭПР, вконец смотрит в цитозоль. NS2 протеин является цинк-зависимой протеазой, разрезающей NS2 и NS3 белки, то есть это аутопротеаза. При расщеплении белков освобождается N-конец NS3, что является важным моментом в репликации HCV.

NS3 белок выполняет несколько различных функций. Во-первых, он участвует в процессинге полипротеина, являясь сериновой протеазой, отщепляющей от полипротеина все неструктурные белки. Причем отщепление NS3 от NS4A является аутокаталитическим процессом. Во-вторых, NS3 белок играет важную роль в репликации вируса, обладая хеликазной и нуклеотидтрифосфатазной активностью. NS3 способен связываться с РНК, отдавая предпочтение двухнитевым структурам. При репликации вируса NS3 белок связывается с поли-U последовательностью на 3'-конце вирусного генома своим РНК-связывающим доменом и затем происходит раскручивание двунитевой РНК, свернутой в шпильки и другие пространственные структуры. Одновременно идет гидролиз нуклеотидтрифосфатов, осуществляемый другим доменом NS3. В третьих, NS3 белок способен специфически взаимодействовать с каталитической субъединицей клеточной протеинкиназы A, участвующей в передаче клеточных сигналов. Длительное присутствие NS3 протеина в клетке может привести к злокачественной трансформации гепатоцитов и развитию гепатоклеточной карциномы.

NS4 регион полипротеина состоит из двух белков — NS4A и NS4B. Первый имеет молекулярную массу 8 кДа и при такой небольшой массе обладает несколькими функциями. NS4A протеин является кофактором для NS3 протеазы, образуя с NS3 белком единый комплекс. Существование такого стабильного гетеродимерного комплекса, поддерживаемого атомом цинка, подтверждено кристаллографически. NS4A белок выполняет также функцию кофактора, необходимого для гиперфосфорилирования NS5A протеина, и функцию якоря, удерживающего на мембране ядра клетки репликативный комплекс HCV. Функция NS4B протеина остается неясной, однако предполагается, что он также принимает участие в формировании репликативного комплекса.

NS5 регион полипротеина построен из двух больших белков — NS5A (56 кДа) и NS5B(65 кДа). Белки освобождаются из полипротеина с помощью NS3-NS4A протеазного комплекса. NS5A аутокаталитическифосфорилируется по остаткам серина. Гиперфософорилирование идет при участии NS4A протеина. Биологическая функция фосфорилирования неясна. NS5A белок высококонсервативен и обнаруживается на ядерной периплазматической мембране инфицированных клеток, где совместно с NS5B образует мембранно-связанный репликативный комплекс.

NS5A протеин играет важную роль в формировании механизмов устойчивости клеток к действию интерферона. NS5A протеин взаимодействует с протеинкиназой PRK, активность которой индуцируется интерфероном. Результатом взаимодействия является ингибирование молекулярных механизмов ответа инфицированных клеток на интерферон.

NS5B протеин является РНК-зависимой РНК-полимеразой. Он высоко консервативен и является функционально наиболее важным компонентом репликативного ядерного комплекса, который обеспечивает репликацию/транскрипцию вирусной РНК. На позитивной нити геномной РНК транскрибируется минус-нить, которая является матрицей для синтеза (+)РНК. Затем происходит формирование комплекса РНК с core-белком и его последующая транспортировка в эндоплазматический ретикулюм, где с core-белком взаимодействуют поверхностные белки E1 и E2, достраивающие вирусную частицу.

Диагностика вирусного гепатита C основана на определении антител к белкам HCV с помощью иммуноферментного анализа. При остром гепатите C преимущественно определяются IgM и IgG антитела против core-белка HCV. При хроническом гепатите C определяются антитела класса IgG против структурных и неструктурных белков вируса. Кроме того, в диагностических целях определяют РНК вируса с помощью ПЦР. В качестве праймеров используют олигонуклеотиды, соответствующие консервативным участкам нуклеотидной последовательности РНК вируса. Генотипы HCV также определяют с помощью полимеразной цепной реакции.

Клинически HCV-инфекция протекает в форме гепатитов легкой и средней тяжести с высокой степенью хронизации. На одного больного гепатитом C в разных регионах мира регистрируется от 5 до 30 хронически инфицированных лиц, у которых заболевание протекает в скрытой форме. Через 15-25 лет после инфицирования в 20-40% случаев хронический гепатит C приводит к формированию цирроза печени и гепатоклеточной карциномы. Вирус гепатита C получил образное название «ласковый убийца», поскольку медленно и скрыто приводит к деструкции гепатоцитов или их злокачественной трансформации.

Наиболее эффективным способом лечения гепатита C является терапия интерфероном. Однако освобождение организма от вируса происходит лишь в 10-30% случаев и зависит от генотипа вируса и хозяина. Наиболее резистентны к терапии интерфероном лица, инфицированные HCV генотипа 1b.

Вакцина для профилактики вирусного гепатита C находится в стадии разработки. Профилактика HCV-инфицирования основана на устранении путей парентеральной передачи вируса.

Вирус гепатита В представляет собой сферическое образование диаметром 42-45 нм, имеет внешнюю липопротеиновую оболочку и внутреннюю часть - нуклеокапсид или сердцевину (core) вируса.

Вирион (вирус вне клетки хозяина) состоит из нуклеопротеида, капсида и суперкапсида. Капсид — икосаэдр размером 28 нм, внутри которого заключена ДНК вируса (нуклеопротеид). В состав капсида входит основной белок ядра (HBcAg — от «Hepatitis B coreAntigen»). Суперкапсид представляет собой липидную мембрану, в которую встроены молекулы белка наружной оболочки — поверхностного антигена (HBsAg — от «Hepatitis B surfaceAntigen»). Диаметр вирусной частицы — 42 нм.

Внешняя оболочка вируса располагается в цитоплазме инфицированного гепатоцита и содержит белки-антигены: поверхностный (superficialis) HBsAg и антигены pre-Sl, pre-S2. HBsAg часто обнаруживается в плазме крови больных хроническим гепатитом в виде сферических частиц диаметром 22 нм, а также в виде нитчатых структур размером 16-25 нм.

По антигенной характеристике выделяют 4 основных субтипаHBsAg: adw, adr, ayw, ayr в зависимости от содержания одной общей группоспецифической детерминанты а и двух из четырех субтиповых детерминант d, у, w, r.

На наружной оболочке вируса гепатита Вв зоне, предшествующей области HBsAg, расположены белки-антигены pre-Sl, pre-S2. Эти антигены играют огромную роль в механизме взаимодействия вируса гепатита В с гепатоцитами.

Внутренняя часть вируса гепатита В (нуклеокапсид) проникает в ядро гепатоцита и содержит следующие компоненты:

HBcAg (HBcoreAg) - сердцевинный антиген, локализуется исключительно в ядрах гепатоцитов и не обнаруживается в крови;

HBprecoreAg (HBeAg) - локализуется в нуклеокапсиде вируса рядом с HBcAg, представляя секретируемую растворимую его часть; допускается существование двух вариантов HBeAg -HBeAgl и HBeAg2, отличающихся по степени связи с HBcAg, HBeAg циркулирует в крови;

HBxAg - информация о его значении пока недостаточна; предполагается, что он может быть индуктором толерантности организма к вирусу гепатита В;

HBpol - маркер синтеза ДНК-полимеразы;

геном вируса гепатита В HBV-ДНК - кольцевая двухнитчатая молекула ДНКдлиной около 3200 нуклеотидов (длина генома различна у разных изолятов).; одна нить (цепь) на 30% короче другой(её длина составляет 1700—2800 нуклеотидов). Вторая цепь тоже не является замкнутой и к её 5’-концу ковалентно присоединена молекула полимеразы (P). Недостающая часть ДНК достраивается из нуклеотидов хозяина с помощью ДНК-полимеразы;

фермент ДНК-полимераза.

В геноме вируса гепатита В (ДНК) содержатся следующие гены, кодирующие синтез антигенов:

генpre-S/S- кодируетсинтезHBsAg, атакже pre-Slиpre-S2;

ген С - кодирует синтез HBcAg и HBeAg;

ген X - кодирует синтез HBxAg, регулирует экспрессию вирусных генов и процесс репликации HBV;

ген Р– генполимеразы, в основном кодирует HBpol-маркер, а также принимает участие в кодировании HBcAg.

В организме больного вирусным гепатитом В ко всем вирусным антигенам (HBcAg, HBeAg, HBsAg, pre-Sl, pre-S2, HBxAg, Hbpol) вырабатываются антитела: анти-НВс, анти-НВе, анти-HBs, анти-pre-Sl, aHTH-pre-S2, анти-HBx, анти-HBpol. Данные антигены и антитела к ним представляют собой комплекс специфических маркеров HBV. Определение этих маркеров имеет диагностическое, прогностическое и эпидемиологическое значение. Значение определения в крови анти-НВх и анти-HBpol пока еще недостаточно известно.

Классификация

Выделяют 8 генотипов вируса: A, B, C, D, E, F, G, H. Различия между генотипами составляют более 8 %. Генотипы A и D распространены повсеместно; генотипы C и B характерны для Юго-Восточной Азии и Японии. Генотип Е распространен преимущественно в Африке. Генотип F был найден среди коренного населения Южной Америки и на Аляске. Генотип G спорадически встречается в различных частях света, в частности в Соединенных Штатах Америки и во Франции. Генотипы Е и G характеризуются низкой вариабельностью в последовательности нуклеотидов в геноме, по сравнению с другими генотипами.

Генотипы вируса гепатита В могут обладать различными биологическими свойствами. В последнее время все большое значение придаётся генотипу вируса в клинических аспектах течения вирусной инфекции, а также чувствительности к антивирусным препаратам. На сегодняшний день установлено, что инфекция, вызванная вирусом гепатита В генотипов В и С, коррелирует с повреждением печени; а инфекция, обусловленная вирусом гепатита В генотипа А, эффективно излечивается терапевтическими методами с использованием интерферона

Репликация вируса

Несмотря на то, что вирус гепатита B является ДНК-содержащим вирусом, в его жизненном цикле имеется РНК-стадия. После проникновения вируса в клетку вирусная ДНК перемещается в клеточное ядро и транскрибируется с образованием полноразмерной прегеномной РНК трёх мРНК меньшей длины. Синтезированные РНК перемещаются в цитоплазму, где мРНК транслируются и прегеномная РНК вместе с полимеразой упаковывается в белковую оболочку. Полимераза вируса гепатита B способна осуществлять обратную транскрипцию, и на матрице прегеномной РНК синтезируется вирусная минус-цепь, а на её матрице — плюс-цепь.

Кроме того, геном вируса полностью или частично может интегрироваться в геном гепатоцита. При этом могут повреждаться гены гепатоцита, что приводит к раку печени.