Дефектная мешающая частица

Дефектные интерферирующие частицы ( ДИП ), также известные как дефектные интерферирующие вирусы , представляют собой спонтанно генерируемые вирусные мутанты, в которых критическая часть генома частицы потеряна из-за дефектной репликации или негомологичной рекомбинации . [2] [3] Предполагается, что механизм их образования является результатом переключения матрицы во время репликации вирусного генома, хотя были предложены и нереплицирующие механизмы, включающие прямое лигирование фрагментов геномной РНК. [4] [5] DIP происходят из родительского вируса и связаны с ним, а частицы классифицируются как DIP, если они становятся неинфекционными из-за потери или серьезного повреждения по крайней мере одного существенного гена вируса в результате дефекта. [4] клетки им требуется другая полнофункциональная вирусная частица («вирус-помощник») DIP обычно все еще может проникать в клетки-хозяева, но для совместного заражения , чтобы обеспечить утраченные факторы. [6] [7]
DIP были впервые обнаружены еще в 1950-х годах фон Магнусом и Шлезингером, работавшими с вирусами гриппа. [8] Однако прямые доказательства наличия DIP были обнаружены только в 1960-х годах Хакеттом, который заметил наличие «коренастых» частиц вируса везикулярного стоматита на электронных микрофотографиях. [9] а формализация терминологии DIP была осуществлена в 1970 году Хуангом и Балтимором. [10] DIP могут встречаться практически в каждом классе ДНК- и РНК-вирусов как в клинических, так и в лабораторных условиях, включая полиовирус , коронавирус SARS , корь , альфавирусы , респираторно-синцитиальный вирус и вирус гриппа . [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18]
Бегство
[ редактировать ]ДИПы — это естественное явление, которое можно воссоздать в экспериментальных условиях в лаборатории, а также синтезировать для экспериментального использования. Они спонтанно производятся в результате подверженной ошибкам репликации вируса , что особенно распространено у РНК-вирусов по сравнению с ДНК-вирусами из-за используемого фермента (репликазы или РНК-зависимой РНК-полимеразы ). [4] [19] Геномы DI обычно сохраняют последовательности концов, необходимые для распознавания вирусными полимеразами, и последовательности для упаковки их генома в новые частицы, но не более того. [20] [21] Размер события геномной делеции может сильно варьироваться, причем один из таких примеров - DIP, полученный из вируса бешенства, демонстрирует делецию размером 6,1 т.п.н. [22] В другом примере размер нескольких геномов вирусов растений с DI-ДНК варьировался от одной десятой размера исходного генома до половины. [23]
Помехи
[ редактировать ]Частицы считаются мешающими, когда они влияют на функцию родительского вируса путем конкурентного ингибирования. [4] во время коинфекции. Другими словами, дефектные и недефектные вирусы реплицируются одновременно, но при увеличении количества дефектных частиц количество реплицированных недефектных вирусов уменьшается. Степень вмешательства зависит от типа и размера дефекта генома; большие делеции геномных данных позволяют быстро воспроизвести дефектный геном. [20] В SARS-CoV-2 синтетические DIP, полученные путем удаления 90% генома, реплицируются в три раза быстрее, чем вирус. [24] Во время коинфекции клетки-хозяина в конечном итоге будет достигнуто критическое соотношение, при котором для производства неинфекционных DIP будет использоваться больше вирусных факторов, чем инфекционных частиц. [20] Также было продемонстрировано, что дефектные частицы и дефектные геномы стимулируют врожденные иммунные реакции хозяина, и их присутствие во время вирусной инфекции коррелирует с силой противовирусного ответа. [11] Однако у некоторых вирусов, таких как SARS-CoV-2, эффект конкурентного ингибирования мешающими частицами снижает вирусно-опосредованные врожденные иммунные реакции и воспаление, оказывая терапевтический эффект. [25]
Эта мешающая природа становится все более важной для исследований вирусной терапии. [26] [27] Считается, что из-за своей специфичности DIP будут нацелены на места заражения. В одном примере ученые использовали DIP для создания «защитных вирусов», которые ослабили патогенность инфекции гриппа А у мышей, вызывая реакцию интерферона , до такой степени, что она больше не была смертельной. [28] Для SARS-CoV-2 первые синтетические ДИП были изготовлены в 2020 году. [24] а эффект интерференции был использован для создания терапевтических интерферирующих частиц (TIP) , которые уменьшали патогенез и защищали хомяков от серьезных заболеваний. [29]
Патогенез
[ редактировать ]Было показано, что DIP играют роль в патогенезе некоторых вирусов. Одно исследование демонстрирует связь между патогеном и его дефектным вариантом, показывая, как регулирование производства DI позволило вирусу ослабить собственную инфекционную репликацию, снизить вирусную нагрузку и, таким образом, повысить свою паразитарную эффективность, предотвращая слишком быструю смерть хозяина. [30] Это также дает вирусу больше времени для распространения и заражения новых хозяев. Генерация DIP регулируется внутри вирусов: цис-действующий репликационный элемент коронавируса SL-III (показан на изображении) представляет собой геномную структуру более высокого порядка, участвующую в опосредовании продукции DIP в бычьем коронавирусе , с очевидными гомологами, обнаруженными в других коронавирусов . группах [1] Более подробное введение можно найти в работе Элис Хуанг и Дэвида Балтимора 1970 года. [10]
Типы дефектных геномов РНК
[ редактировать ]- Дезертирства – это когда фрагмент шаблона пропускается. Примеры этого типа дезертирства можно найти у вируса пятнистого увядания томатов и вируса Flock House. [31] [21]
- Дефекты Snapback — это когда репликаза транскрибирует часть одной цепи, а затем использует эту новую цепь в качестве матрицы. Результат этого может дать шпилька. Дефекты Snapback наблюдались при вирусе везикулярного стоматита . [32]
- Дефекты ручки-панели - это когда полимераза переносит частично созданную цепь, а затем переключается обратно на транскрипцию 5'-конца, образуя форму ручки-панели. Дефекты Panhandle встречаются у вирусов гриппа. [33]
- Сложные дезертирства — это когда и удаление, и отказ от Snapback происходят одновременно.
- Мозаичный или сложный геном DI, в котором различные регионы могут происходить из одного и того же генома вируса-помощника, но в неправильном порядке; из разных сегментов хелперного генома или могут включать сегменты РНК хозяина. Также могут иметь место дублирования. [3]
Исследовать
[ редактировать ]Вирусологи провели исследования, чтобы узнать больше о вмешательстве в заражение клеток-хозяев и о том, как геномы DI потенциально могут работать как иммуностимулирующие противовирусные агенты. [3] Другая отрасль исследований развивала концепцию преобразования DIP в противовирусные терапевтические интерферирующие частицы (TIP) . [34] до недавнего времени была чисто теоретической концепцией. [35] В статье 2014 года описывается доклиническая работа по проверке иммуностимулирующей эффективности DIP против вирусов гриппа путем индуцирования врожденных противовирусных иммунных ответов (т. е. интерферона). [36] Последующая работа проверила доклиническую эффективность ТИП против ВИЧ. [37] и SARS-CoV-2 . [24] [25] было обнаружено, что DI-РНК способствуют заражению грибов вирусами семейства Partitiviridae , что открывает возможности для более междисциплинарной работы. Также впервые [19]
Несколько инструментов, таких как ViReMa [38] и DI-тектор [39] были разработаны, чтобы помочь обнаружить дефектные вирусные геномы в данных секвенирования следующего поколения и в высокопроизводительных подходах, таких как библиотечное секвенирование со случайным удалением (RanDeL-Seq), [40] позволяют рационально картировать вирусные генетические элементы, необходимые для распространения DI-частиц.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Раман С., Баума П., Уильямс Г.Д., Брайан Д.А. (июнь 2003 г.). «Стебель-петля III в 5'-нетранслируемой области является цис-действующим элементом в дефектной репликации РНК бычьего коронавируса» . Журнал вирусологии . 77 (12): 6720–6730. doi : 10.1128/JVI.77.12.6720-6730.2003 . ПМК 156170 . ПМИД 12767992 .
- ^ Уайт К.А., Моррис Т.Дж. (январь 1994 г.). «Негомологичная рекомбинация РНК в томбусвирусах: генерация и эволюция дефектных интерферирующих РНК путем поэтапных делеций» . Журнал вирусологии . 68 (1): 14–24. doi : 10.1128/JVI.68.1.14-24.1994 . ПМК 236259 . ПМИД 8254723 .
- ^ Jump up to: а б с д Патхак КБ, Надь П.Д. (декабрь 2009 г.). «Дефектные интерферирующие РНК: враги вирусов и друзья вирусологов» . Вирусы . 1 (3): 895–919. дои : 10.3390/v1030895 . ПМЦ 3185524 . ПМИД 21994575 .
- ^ Гмыль А.П., Белоусов Е.В., Маслова С.В., Хитрина Е.В., Четверин А.Б., Аголь В.И. (ноябрь 1999 г.). «Нерепликативная рекомбинация РНК в полиовирусе» . Журнал вирусологии . 73 (11): 8958–8965. doi : 10.1128/JVI.73.11.8958-8965.1999 . ПМЦ 112927 . ПМИД 10516001 .
- ^ Макино С., Ши К.К., Со Л.Х., Бейкер С.С. , Лай М.М. (октябрь 1988 г.). «Первичная структура и трансляция дефектной интерферирующей РНК мышиного коронавируса» . Вирусология . 166 (2): 550–560. дои : 10.1016/0042-6822(88)90526-0 . ПМЦ 7131284 . ПМИД 2845661 .
- ^ Палмер С.Р., Соулсби Л., Торгерсон П., Браун Д.В., ред. (2011). Оксфордский учебник по зоонозам: биология, клиническая практика и контроль общественного здравоохранения . ОУП Оксфорд. стр. 399–400. дои : 10.1093/med/9780198570028.001.0001 . ISBN 978-0-19-857002-8 .
- ^ Гард С., Фон Магнус П., Сведмир А., Берч-Андерсен А. (октябрь 1952 г.). «Исследования по седиментации вируса гриппа». Архив всех вирусных исследований . 4 (5): 591–611. дои : 10.1007/BF01242026 . ПМИД 14953289 . S2CID 21838623 .
- ^ Хакетт Эй Джей (сентябрь 1964 г.). «Возможная морфологическая основа феномена аутоинтерференции при вирусе везикулярного стоматита». Вирусология . 24 (1): 51–59. дои : 10.1016/0042-6822(64)90147-3 . ПМИД 14208902 .
- ^ Jump up to: а б Хуанг А.С., Балтимор, Д. (апрель 1970 г.). «Дефектные вирусные частицы и процессы вирусных заболеваний». Природа . 226 (5243): 325–327. Бибкод : 1970Natur.226..325H . дои : 10.1038/226325a0 . ПМИД 5439728 . S2CID 4184206 .
- ^ Jump up to: а б Сан Ю, Джайн Д., Козиол-Уайт С.Дж., Женуайе Э., Гилберт М., Тапиа К. и др. (сентябрь 2015 г.). «Иммуностимулирующие дефектные вирусные геномы респираторно-синцитиального вируса способствуют сильному врожденному противовирусному ответу во время заражения у мышей и людей» . ПЛОС Патогены . 11 (9): e1005122. дои : 10.1371/journal.ppat.1005122 . ПМК 4559413 . ПМИД 26336095 .
- ^ Диммок Нью-Джерси, Дав Б.К., Скотт П.Д., Мэн Б., Тейлор И., Чунг Л. и др. (2012). «Клонированный дефектный интерферирующий вирус гриппа защищает хорьков от вируса пандемического гриппа А 2009 года и позволяет сформировать защитный иммунитет» . ПЛОС ОДИН . 7 (12): e49394. Бибкод : 2012PLoSO...749394D . дои : 10.1371/journal.pone.0049394 . ПМК 3521014 . ПМИД 23251341 .
- ^ Сайра К., Лин X, ДеПасс Дж.В., Халпин Р., Тваддл А., Стоквелл Т. и др. (июль 2013 г.). «Анализ последовательности in vivo дефектной интерферирующей РНК пандемического вируса гриппа A H1N1» . Журнал вирусологии . 87 (14): 8064–8074. дои : 10.1128/JVI.00240-13 . ПМК 3700204 . ПМИД 23678180 .
- ^ Петтерсон Э., Го Т.С., Эвенсен О., Микалсен А.Б. (ноябрь 2016 г.). «Экспериментальная рекомбинация РНК альфавируса рыб in vivo дает как жизнеспособный вирус, так и дефектную вирусную РНК» . Научные отчеты . 6 : 36317. Бибкод : 2016NatSR...636317P . дои : 10.1038/srep36317 . ПМК 5090867 . ПМИД 27805034 .
- ^ Каттанео Р., Шмид А., Эшле Д., Бачко К., Тер Меулен В., Биллетер М.А. (октябрь 1988 г.). «Смещенная гипермутация и другие генетические изменения дефектных вирусов кори при инфекциях головного мозга человека» . Клетка . 55 (2): 255–265. дои : 10.1016/0092-8674(88)90048-7 . ПМК 7126660 . ПМИД 3167982 .
- ^ Макино С., Ёкомори К., Лай М.М. (декабрь 1990 г.). «Анализ эффективно упакованных дефектных интерферирующих РНК мышиного коронавируса: локализация возможного сигнала упаковки РНК» . Журнал вирусологии . 64 (12): 6045–6053. doi : 10.1128/JVI.64.12.6045-6053.1990 . ПМК 248778 . ПМИД 2243386 .
- ^ Лундквист Р.Э., Салливан М., Майзел Дж.В. (ноябрь 1979 г.). «Характеристика нового изолята дефектных мешающих частиц полиовируса». Клетка . 18 (3): 759–769. дои : 10.1016/0092-8674(79)90129-6 . ПМИД 229964 . S2CID 35964939 .
- ^ Стауффер Томпсон К.А., Ремпала Г.А., Инь Дж. (апрель 2009 г.). «Многократное ингибирование инфекции дефектными мешающими частицами» . Журнал общей вирусологии . 90 (Часть 4): 888–899. дои : 10.1099/vir.0.005249-0 . ПМЦ 2889439 . ПМИД 19264636 .
- ^ Jump up to: а б Чиба С., Лин Ю.Х., Кондо Х., Канемацу С., Сузуки Н. (февраль 2013 г.). «Влияние дефектной интерферирующей РНК на индукцию симптомов и репликацию нового партитивируса фитопатогенного гриба Rosellia necatrix» . Журнал вирусологии . 87 (4): 2330–2341. дои : 10.1128/JVI.02835-12 . ПМЦ 3571465 . ПМИД 23236074 .
- ^ Jump up to: а б с Диммок, Нью-Джерси, Истон А.Дж., Леппард К.Н., ред. (2015). «Врожденный и внутренний иммунитет» . Введение в современную вирусологию . Джон Уайли и сыновья. стр. 201–217. ISBN 978-1-119-09453-1 .
- ^ Jump up to: а б Ресенде Р., де Хаан П., ван де Воссен Э., де Авила А.С., Гольдбах Р., Петерс Д. (октябрь 1992 г.). «Дефектные интерферирующие сегменты L-РНК вируса пятнистого увядания томатов сохраняют оба конца генома вируса и имеют обширные внутренние делеции» . Журнал общей вирусологии . 73 (10): 2509–2516. дои : 10.1099/0022-1317-73-10-2509 . ПМИД 1402797 .
- ^ Конзельманн К.К., Кокс Дж.Х., Тиль Х.Дж. (октябрь 1991 г.). «РНК интерферирующих частиц с дефицитом L (полимеразы) вируса бешенства реплицируется и транскрибируется гетерологичными L-белками вируса-помощника». Вирусология . 184 (2): 655–663. дои : 10.1016/0042-6822(91)90435-е . ПМИД 1887588 .
- ^ Патил Б.Л., Дасгупта I (2006). «Дефектные интерферирующие ДНК вирусов растений». Критические обзоры по наукам о растениях . 25 (1): 47–64. Бибкод : 2006CRvPS..25...47P . дои : 10.1080/07352680500391295 . S2CID 85790514 .
- ^ Jump up to: а б с Яо С., Нараянан А., Майович С., Хосе Дж., Арчетти М. (23 ноября 2020 г.). «Синтетический дефектный, мешающий SARS-CoV-2» : 2020.11.22.393587. дои : 10.1101/2020.11.22.393587 .
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Jump up to: а б Чатурведи С., Васен Г., Пабло М., Чен Х., Бойтлер Н., Кумар А. и др. (декабрь 2021 г.). «Идентификация терапевтической мешающей частицы — однократного противовирусного воздействия на SARS-CoV-2 с высоким барьером устойчивости» . Клетка . 184 (25): 6022–6036.e18. дои : 10.1016/j.cell.2021.11.004 . ПМЦ 8577993 . ПМИД 34838159 .
- ^ Вайнбергер Л.С., Шаффер Д.В., Аркин А.П. (сентябрь 2003 г.). «Теоретическая разработка генной терапии для предотвращения СПИДа, но не заражения вирусом иммунодефицита человека 1-го типа» . Журнал вирусологии . 77 (18): 10028–10036. doi : 10.1128/jvi.77.18.10028-10036.2003 . ПМК 224590 . ПМИД 12941913 .
- ^ Томпсон К.А., Инь Дж. (сентябрь 2010 г.). «Популяционная динамика РНК-вируса и его дефектных мешающих частиц в пассажных культурах» . Вирусологический журнал . 7 : 257. дои : 10.1186/1743-422X-7-257 . ПМЦ 2955718 . ПМИД 20920247 .
- ^ Истон А.Дж., Скотт П.Д., Эдуорти Н.Л., Мэн Б., Марриотт AC, Диммок, Нью-Джерси (март 2011 г.). «Новое лечение респираторных вирусных инфекций широкого спектра действия: дефектный интерферирующий вирус гриппа обеспечивает защиту от пневмовирусной инфекции in vivo» (PDF) . Вакцина . 29 (15): 2777–2784. doi : 10.1016/j.vaccine.2011.01.102 . ПМИД 21320545 .
- ^ Вильянуэва МТ (декабрь 2021 г.). «Мешающие вирусоподобные частицы ингибируют репликацию SARS-CoV-2». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 21 (1): d41573–021–00205-5. дои : 10.1038/d41573-021-00205-5 . ПМИД 34873320 . S2CID 244935707 .
- ^ Луховицкая Н.И., Тадури С., Гарушянц С.К., Торранс Л., Савенков Е.И. (июнь 2013 г.). «Расшифровка механизма биогенеза дефектной интерферирующей РНК (DI РНК) показывает, что вирусный белок и DI РНК действуют антагонистически при вирусной инфекции» . Журнал вирусологии . 87 (11): 6091–6103. дои : 10.1128/JVI.03322-12 . ПМЦ 3648117 . ПМИД 23514891 .
- ^ Яворски Э, Рут А (май 2017 г.). «Параллельное секвенирование ClickSeq и Nanopore проясняет быструю эволюцию дефектных РНК в вирусе Flock House» . ПЛОС Патогены . 13 (5): e1006365. дои : 10.1371/journal.ppat.1006365 . ПМЦ 5435362 . ПМИД 28475646 .
- ^ Шуберт М., Лаццарини Р.А. (февраль 1981 г.). «Структура и происхождение Snapback-дефектной интерферирующей частицы РНК вируса везикулярного стоматита» . Журнал вирусологии . 37 (2): 661–672. doi : 10.1128/JVI.37.2.661-672.1981 . ПМК 171054 . ПМИД 6261012 .
- ^ Фодор Э., Притлав, округ Колумбия, Браунли Г.Г. (июнь 1994 г.). «Рукоятка вируса гриппа участвует в инициации транскрипции» . Журнал вирусологии . 68 (6): 4092–4096. doi : 10.1128/JVI.68.6.4092-4096.1994 . ПМК 236924 . ПМИД 8189550 .
- ^ Мецгер В.Т., Ллойд-Смит Дж.О., Вайнбергер Л.С. (март 2011 г.). «Автономное нацеливание на суперраспространителей инфекционных заболеваний с использованием инженерных трансмиссивных методов лечения» . PLOS Вычислительная биология . 7 (3): e1002015. Бибкод : 2011PLSCB...7E2015M . дои : 10.1371/journal.pcbi.1002015 . ПМК 3060167 . ПМИД 21483468 .
- ^ Институты Гладстона. «Новый класс противовирусной терапии может лечить COVID-19» . www.prnewswire.com (пресс-релиз) . Проверено 28 декабря 2021 г.
- ^ Диммок, штат Нью-Джерси, Истон Эй-Джей (май 2014 г.). «Дефектные интерферирующие РНК вируса гриппа: время переоценить их клинический потенциал как противовирусных препаратов широкого спектра действия?» . Журнал вирусологии . 88 (10): 5217–5227. дои : 10.1128/JVI.03193-13 . ПМК 4019098 . ПМИД 24574404 .
- ^ Таннер Э.Дж., Юнг С.Ю., Глейзер Дж., Томпсон С., Чжоу Ю., Мартин Б., Сон Х.И., Райли Дж.Л., Вайнбергер Л.С. (30 октября 2019 г.). «Открытие и разработка терапевтически интерферирующей частицы (TIP): комбинированный самообновляющийся противовирусный препарат» (PDF) . дои : 10.1101/820456 . S2CID 208600143 .
{{cite journal}}
: Для цитирования журнала требуется|journal=
( помощь ) - ^ Рут А., Джонсон Дж. Э. (январь 2014 г.). «Обнаружение функциональных геномных мотивов в вирусах с помощью ViReMa - устройства отображения рекомбинации вирусов - для анализа данных секвенирования следующего поколения» . Исследования нуклеиновых кислот . 42 (2): е11. дои : 10.1093/nar/gkt916 . ПМК 3902915 . ПМИД 24137010 .
- ^ Боклер Дж., Мура М., Комбреде С., Танжи Ф., Жувене Н., Комарова А.В. (октябрь 2018 г.). « ДИ-тектор : детектор дефектных интерферирующих вирусных геномов для данных секвенирования нового поколения» . РНК . 24 (10): 1285–1296. дои : 10.1261/rna.066910.118 . ПМК 6140465 . ПМИД 30012569 .
- ^ Ноттон Т., Глейзер Дж.Дж., Сайкалли В.Р., Томпсон К.Э., Вайнбергер Л.С. (январь 2021 г.). «RanDeL-Seq: высокопроизводительный метод картирования вирусных цис- и транс -действующих элементов» . мБио . 12 (1): e01724–20. дои : 10.1128/mBio.01724-20 . ПМЦ 7845639 . ПМИД 33468683 .