Вирус денге -Dengue virus

Вирус денге
ПЭМ микрофотография , показывающая денге вирус вирионов (кластер темных точек вблизи центра)
Классификация вирусов
(без рейтинга):	Вирус
Царство :	Рибовирия
Королевство:	Орторнавиры
Тип:	Kitrinoviricota
Класс:	Flasuviricetes
Порядок:	Амарилловиралес
Семья:	Flaviviridae
Род:	Флавивирус
Разновидность:	Вирус денге

Вирус денге (DENV) является причиной лихорадки денге . Этопереносимый комарами одноцепочечный РНК- вирус семейства Flaviviridae ; род Flavivirus . Былообнаруженочетыре серотипа вируса, пятый из которых еще не подтвержден, и все они могут вызывать полный спектр заболеваний. Тем не менее, понимание учеными вируса денге может быть упрощенным, поскольку, по всей видимости, существует континуум , а не отдельные антигенные группы. Это же исследование выявило 47 штаммов вируса денге . Вдобавок коинфекция и отсутствие экспресс-тестов на вирус Зика и чикунгунья усложняют ситуацию с реальными инфекциями.

Вирус денге резко увеличился за последние 20 лет, став одним из самых распространенных болезнетворных микроорганизмов, переносимых комарами, с которыми приходится иметь дело тропическим странам. Текущие оценки показывают, что ежегодно происходит до 390 миллионов случаев инфицирования, и многие инфекции денге все чаще рассматриваются как бессимптомные или субклинические.

Эволюция

На основании анализа белка оболочки известно по крайней мере три генотипа (от 1 до 3). В 2013 г. был зарегистрирован четвертый серотип . Единственное сообщение о пятом серотипе DEN-5 в 2015 году не было воспроизведено и не опубликовано. Скорость замены нуклеотидов для этого вируса, по оценкам, составляет 6,5 × 10 ^-4 на нуклеотид в год, что аналогично скорости других РНК-вирусов. Американский африканский генотип, по оценкам, развился между 1907 и 1949 годами. Этот период включает в себя Первую мировую войну и Вторую мировую войну , которые были связаны со значительным перемещением популяций и нарушением окружающей среды - факторами, которые, как известно, способствовали развитию новых трансмиссивных вирусов. виды .

Байесовский анализ всех четырех серотипов показал, что их самый последний общий предок существовал около 340 г. н.э. (95% доверительный интервал: 280 г. до н.э. - 850 г. н.э.).

Жизненный цикл

Еще несколько сотен лет назад вирус денге передавался лесными циклами в Африке , Юго-Восточной Азии и Южной Азии между комарами рода Aedes и нечеловеческими приматами , с редкими случаями попадания в человеческие популяции. Однако глобальное распространение вируса денге последовало за его появлением из лесных циклов, и основной жизненный цикл теперь включает исключительно передачу от человека к комарам Aedes . Вертикальная передача от комара к комару также наблюдалась у некоторых видов переносчиков. Было обнаружено, что собаки заражены этим вирусом, но необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, могут ли собаки или другие животные служить резервуарами или просто случайными хозяевами.

Недавние открытия предполагают, что по мере того, как вирус заражает клетки человека, в зависимости от типа инфицированных клеток запускаются гомеостатические процессы хозяина, такие как аутофагия и стрессовая реакция ER , не говоря уже об апоптозе. Активация аутофагии и стресса ER во время инфекции усиливает размножение вируса. Попытки предоставить подробные сведения о жизненном цикле денге на клеточном уровне опубликованы в обзорных статьях различных исследовательских групп.

Геном

Геном DENV составляет около 11000 оснований положительно-смысловой одноцепочечной РНК (оцРНК), которая кодирует три структурных белка ( капсидный белок C, мембранный белок M, белок оболочки E) и семь неструктурных белков (NS1, NS2a, NS2b, NS3, NS4a, NS4b, NS5). Он также включает короткие некодирующие области на концах 5 ' и 3' .

Структурные и ферментативные белки

Е протеин

Белок DENV E (оболочки), обнаруженный в виде димера на поверхности зрелой вирусной частицы, важен для начального прикрепления этой частицы к клетке-хозяину. Каждый мономер белка E включает три эктодомена, от ED1 до ED3, и трансмембранный сегмент. ED2 включает интерфейс димеризации, два сайта гликозилирования и пептид слияния с клеточной мембраной. ED3 представляет собой непрерывный полипептидный сегмент; его складка компактна и похожа на иммуноглобулин. Вирус денге передается видами комаров Aedes . Было показано, что несколько молекул, которые взаимодействуют с вирусным белком E (неинтегрин, захватывающий ICAM3, CD209, Rab 5, GRP 78 и рецептор маннозы), являются важными факторами, опосредующими прикрепление и проникновение вируса. Мембранная форма рибосомного белка SA также может принимать участие в прикреплении. Рекомбинантные домены белка Е используются в качестве четко определенных антигенов при серологическом обнаружении антител, направленных против вируса денге, и в качестве иммуногенов в вакцинах-кандидатах.

ПрМ / М белок

Белок DENV prM (мембранный), который важен для образования и созревания вирусной частицы, состоит из семи антипараллельных β-цепей, стабилизированных тремя дисульфидными связями.

Гликопротеиновая оболочка зрелого вириона DENV состоит из 180 копий каждого из белков Е и М. Незрелый вирион начинается с белков E и prM, образующих 90 гетеродимеров, которые придают шипастый внешний вид вирусной частице. Эта незрелая вирусная частица прорастает в эндоплазматический ретикулум и в конечном итоге перемещается по секреторному пути к аппарату Гольджи. Когда вирион проходит через сеть транс-Гольджи, он подвергается воздействию низкого pH. Эта кислая среда вызывает конформационное изменение белка E, которое отделяет его от белка prM и заставляет его образовывать гомодимеры E, которые прилегают к вирусной поверхности, придавая созревающему вириону гладкий вид. Во время этого созревания pr пептид отщепляется от пептида M протеазой хозяина, фурином . Затем белок М действует как трансмембранный белок под оболочкой Е-белка зрелого вириона. Пептид pr остается связанным с белком Е до тех пор, пока вирусная частица не высвобождается во внеклеточную среду. Этот pr-пептид действует как колпачок, покрывая петлю гидрофобного слияния белка Е до тех пор, пока вирусная частица не покинет клетку.

Белок NS3

DENV NS3 представляет собой сериновую протеазу, а также РНК-геликазу и RTPase / NTPase. Домен протеазы состоит из шести β-цепей, расположенных в два β-барабанчика, образованных остатками 1–180 белка. Каталитическая триада (His-51, Asp-75 и Ser-135) находится между этими двумя β-барабанами, и активность зависит от присутствия 43-аминокислотного сегмента кофактора NS2B. Этот кофактор оборачивается вокруг домена протеазы NS3 и становится частью активного сайта. Остальные остатки NS2B до и после области кофактора содержат спиральные домены, участвующие в связывании с мембраной. Остальные остатки NS3 (180–618) образуют три субдомена геликазы DENV. Шестицепочечный параллельный β-лист, окруженный четырьмя α-спиралями, составляет субдомены I и II, а субдомен III состоит из четырех α-спиралей, окруженных тремя более короткими α-спиралями и двумя антипараллельными β-цепями.

Белок NS4A

DENV NS4A - это неструктурный белок, участвующий в изменении кривизны клеточной мембраны и индукции аутофагии. В дополнение к своей способности изменять мембрану, NS4A является каркасом для комплекса репликации вируса и подвергается олигомеризации. Мутации NS4A, которые влияют на взаимодействие с NS4B, отменяют или сильно снижают репликацию вируса, что указывает на важность NS4A и его взаимодействия с NS4B в репродукции денге. Кроме того, все NS4A четырех из пяти серотипов денге индуцируют аутофагию и защищают инфицированные клетки от токсинов через путь ATM, что свидетельствует о консервативной функции этого белка среди вирусов денге.

Белок NS5

Белок DENV NS5 представляет собой пептид из 900 остатков с доменом метилтрансферазы на его N-конце (остатки 1–296) и РНК-зависимой РНК-полимеразой (RdRp) на его C-конце (остатки 320–900). Домен метилтрансферазы состоит из сэндвича α / β / β, фланкированного N- и C-концевыми субдоменами. DENV RdRp подобен другим RdRps, содержащим субдомены ладони, пальца и большого пальца, а также мотив GDD для включения нуклеотидов.

Комплексы между белком Е и нейтрализующими антителами

Кристаллические структуры комплексов между антителами и эктодоменом (sE) вирусного белка E или его доменом 3 (ED3) помогли понять молекулярные основы распознавания и нейтрализации вируса. Некоторые из эпитопов частично или полностью недоступны в известной структуре зрелого вириона. Следовательно, предполагается, что соответствующие антитела связываются с альтернативными или переходными конформациями вируса при 37 ° C.

• Мышиное антитело E111 нейтрализует DENV1. Его фрагменты Fab и scFv кристаллизовались в комплексе с доменом ED3 DENV1. Его эпитоп расположен вокруг β-нитей C и C 'ED3 и промежуточной петли.
• Мышиное антитело 1A1D-2 сильно нейтрализует DENV1, DENV2 и DENV3. Его Fab-фрагмент кристаллизовался в комплексе с ED3-доменом DENV2. Его эпитоп охватывает β-цепи A и G ED3.
• Мышиное антитело 2H12 перекрестно реагирует со всеми четырьмя серотипами DENV. Он нейтрализует соответствующие вирусы, кроме DENV2. Его Fab-фрагмент кристаллизовался в комплексе с доменами ED3 DENV1, DENV3 и DENV4. Его эпитоп расположен вокруг консервативной петли AB ED3.
• Мышиное антитело 4E11 нейтрализует все четыре серотипа DENV с различной эффективностью. Его scFv-фрагмент кристаллизовался в комплексе с доменами ED3 четырех серотипов DENV. Его эпитоп охватывает β-цепи A и G ED3, как и эпитоп 1A1D-2. Структуры с разрешением 2,0 Å позволили проанализировать роль молекул воды в границах раздела белков и роль соматических гипермутаций вне этих интерфейсов во взаимодействиях и перекрестном распознавании.
• Антитело шимпанзе 5H2 эффективно нейтрализует DENV4. Его Fab-фрагмент кристаллизовался в комплексе с sE-белком DENV4. Его эпитоп входит в домен 1 (ED1) белка E.
• Человеческие антитела Ede1-C10, Ede2-A11 и Ede2-B7 эффективно нейтрализуют все четыре серотипа DENV. Их фрагменты Fab или scFv кристаллизовались в комплексе с sE-белком DENV2. Детерминанты распознавания этих антител находятся в инвариантном к серотипу сайте в интерфейсе димера E и включают открытые боковые цепи слитой петли E и две консервативные боковые цепи гликана.

Болезнь

Общие названия лихорадки денге включают лихорадку ломкости , рвоту и денди- лихорадку; тяжелыми формами являются геморрагическая лихорадка денге и шоковый синдром денге. Денге встречается во всем мире в тропическом и субтропическом климате, в основном в городских и пригородных районах. Люди любого возраста, контактирующие с инфицированными комарами, могут стать жертвами лихорадки денге. Заболевание чаще всего возникает в сезон дождей в тропических странах Юго-Восточной Азии , Южной Азии и Южной Америки , где много инфицированных комаров. Вирус передается людям через укусы инфицированных самок комаров, хотя люди не способны передавать болезнь и не заразны. Инкубационный период составляет от 3 до 14 дней, а период болезни - от 3 до 7 дней. Признаки и симптомы могут включать сильную головную боль; ретроорбитальная боль; боль в мышцах, суставах и костях; макулярная или макулопапулезная сыпь; и незначительные геморрагические проявления, включая петехии, экхимоз, пурпуру, носовое кровотечение, кровоточивость десен, гематурию или положительный результат теста на жгут. Недавний систематический обзор и метаанализ показали, что аллергические симптомы являются одним из основных симптомов, которые тесно связаны с тяжестью денге.

Механизм заражения

1. Белок оболочки E вируса денге (DENV) связывается с клеточным рецептором. Точная природа клеточного рецептора полностью не выяснена.
2. ДЭНВ подвергается эндоцитозу. Подкисление эндосомы приводит к конформационному изменению E, обнажая последовательность слитого пептида, которая облегчает слияние оболочки с эндосомной мембраной, высвобождая капсид вириона в цитоплазму.
3. Происходит отслаивание цитоплазмы.
4. Механизм трансляции хозяина (рибосомы) переводит (+) оцРНК в единый полипептид
5. Клеточные и вирусные протеиназы расщепляют полипептид на 10 белков (E, M, C и 7 неструктурных / ферментативных белков), будучи встроенными в мембрану ER.
6. Как только функциональная РНК-зависимая РНК-полимераза синтезируется, может начаться репликация РНК. Синтез асимметричен, он дает в 10 раз больше положительной нити, чем отрицательной.
7. Сборка происходит на внутриклеточных мембранах, которые попадают в ER (формируя оболочку из мембраны ER). Последующее отпочкование от ER через Гольджи и в пузырьки позволяет созревать посредством посттрансляционных модификаций, например гликозилирования и трансформационных перестроек pH.
8. Выход происходит через экзоцитоз

Тяжелое заболевание

Некоторые люди страдают более тяжелыми формами денге, такими как геморрагическая лихорадка денге. Различные штаммы вирусов, взаимодействующие с людьми с разным иммунным фоном, приводят к сложному взаимодействию. Среди возможных причин - перекрестный серотипический иммунный ответ через механизм, известный как антитело-зависимое усиление , которое происходит, когда человек, ранее инфицированный лихорадкой денге, заражается во второй, третий или четвертый раз. Предыдущие антитела к старому штамму вируса денге теперь мешают иммунному ответу на текущий штамм, что парадоксальным образом приводит к большему проникновению и поглощению вируса.

Взаимодействие с иммунной системой

В последние годы многие исследования показали, что флавивирусы, особенно вирус денге , обладают способностью подавлять врожденный иммунный ответ во время инфекции. В самом деле, вирус денге содержит множество неструктурных белков, которые позволяют ингибировать различные медиаторы реакции врожденной иммунной системы. Эти белки действуют на двух уровнях:

Подавление передачи сигналов интерферона путем блокировки преобразователя сигнала

NS4B - это небольшой гидрофобный белок, расположенный в эндоплазматической сети. Он может блокировать фосфорилирование STAT 1 после индукции интерферонами типа I альфа и бета. Фактически, поскольку активность киназы Tyk2 снижается в связи с вирусом денге , фосфорилирование STAT 1 также уменьшается . Кроме того, реакция врожденной иммунной системы на вирус дополнительно подавляется, поскольку экспрессия интерферон-стимулирующего гена (ов) (ISG) ограничивается вышеупомянутым белком NS4B. NS2A и NS4A кофактор может также принимать участие в ингибировании STAT 1.

NS5 - присутствие этого белка массой 105 кДа приводит к инактивации STAT2 (через передачу сигнала ответа на интерферон), когда он экспрессируется отдельно. Когда NS5 расщепляется с помощью NS4B протеазой (NS2B3), он может разрушать STAT2. Фактически, после расщепления NS5 протеазой происходит ассоциация лигазы E3 со STAT2, и лигаза E3 нацелена на деградацию STAT2.

Подавление интерфероновой реакции I типа

Комплекс протеаз NS2B3-b представляет собой протеолитическое ядро, состоящее из последних 40 аминокислот NS2B и первых 180 аминокислот NS3. Расщепление предшественника NS2B3 активирует протеазный комплекс.

Этот протеазный комплекс позволяет ингибировать продукцию интерферона типа I за счет снижения активности промотора IFN-бета; Комплекс протеаз NS2B3 участвует в ингибировании фосфорилирования IRF3. Комплекс протеазы NS2B3 ингибирует (расщепляя) белок MITA, что делает возможной активацию IRF3.

Белок слюны Mosquito D7

Вирус денге передается комарами вида Aedes aegypti , которые продуцируют слюну, содержащую более 100 уникальных белков, включая белок семейства D7. Раньше ученые полагали, что слюна A. aegypti при передаче фактически усиливает распространение вируса денге в организме. Считалось, что слюна комара ускоряет распространение вируса из-за ослабленного иммунного ответа его хозяина. Однако текущее исследование показало, что белок D7 препятствует передаче вируса в клетки-хозяева.

Иммунные ответы антител, которые пытаются бороться с чужеродным вирусом, фактически усиливают передачу и усугубляют инфекцию. Уровни протеина D7 более распространены в слюнных железах комаров, инфицированных денге, по сравнению с неинфицированными. D7 содержится в слюне комаров и, как считалось, помогает процессу кровообращения. Несмотря на предыдущие предположения, D7 может модулировать клетку-хозяин и действовать против вируса, чтобы предотвратить вирусную инфекцию. К сожалению, белки D7 вызывают иммунные ответы, которые повышают уровень антител к D7. Эти антитела подавляют функцию белков D7, которые усиливают передачу вируса денге . Хотя иммунные ответы против белков D7 могут снижать их противовирусную активность, исследование показало, что субъекты, не относящиеся к DENV, имеют несколько более высокие уровни анти-D7 IgG, чем инфицированные, хотя это не было статистически значимым. Таким образом, необходимы дополнительные исследования семейства белков D7, чтобы прояснить его роль в заражении DENV и его применимость в медицине.

Исследования вакцин

Только одна вакцина против денге в настоящее время одобрена в 11 странах (Мексика, Филиппины, Индонезия, Бразилия, Сальвадор, Коста-Рика, Парагвай, Гватемала, Перу, Таиланд и Сингапур). Частные и государственные исследователи разрабатывают несколько вакцин. Разработка вакцины против этой болезни - непростая задача. Вакцина с четырьмя различными серотипами вируса, который может вызвать заболевание, должна иммунизировать против всех четырех типов, чтобы быть эффективной. Вакцинация только против одного серотипа может привести к тяжелому геморрагическому шоку денге при инфицировании другим серотипом из-за антителозависимого усиления. При заражении вирусом денге иммунная система вырабатывает перекрестно-реактивные антитела, которые обеспечивают иммунитет к этому конкретному серотипу. Однако эти антитела не способны нейтрализовать другие серотипы при повторном заражении и фактически увеличивают репликацию вируса . Когда макрофаги потребляют «нейтрализованный» вирус, вирус может размножаться внутри макрофага, вызывая болезнь. Эти перекрестно-реактивные, неэффективные антитела облегчают доступ вируса к макрофагам, что вызывает более тяжелое заболевание (геморрагическая лихорадка денге, синдром шока денге). Распространенная проблема, с которой сталкиваются в регионах, эндемичных по денге, - это заражение матери лихорадкой денге; после рождения потомство несут иммунитет от матери и подвержены геморрагической лихорадке, если заражены любым из трех других серотипов. Одна вакцина проходила III фазу испытаний в 2012 году, и началось планирование использования вакцины и эпиднадзора за ее эффективностью.

В 2009 году Санофи-Пастер начал строительство нового объекта в Невиль-сюр-Сон » ( фр ) , пригороде Лиона (Франция). Это подразделение производит вакцину с четырьмя серотипами для испытаний III фазы. В сентябре 2014 года генеральный директор Санофи-Пастер представил первые результаты исследования эффективности III фазы в Латинской Америке. Эффективность по серотипу (ST) широко варьировала: 42,3% для ST2, 50,3% для ST1, 74,0% для ST3 и 77,7% для ST4. Полный анализ данных фазы III исследования Латинской Америки и Карибского бассейна будет рассмотрен внешними экспертами перед публикацией в рецензируемом научном журнале. Основные результаты должны быть представлены на ежегодном собрании Американского общества тропической медицины и гигиены , которое состоится 2–6 ноября 2014 г. в Новом Орлеане.

В сентябре 2012 года сообщалось, что одна из вакцин не прошла клинические испытания.

В конце 2015 - начале 2016 года первая вакцина против денге, Dengvaxia (CYD-TDV) от Sanofi-Pasteur, была зарегистрирована в нескольких странах для использования у лиц в возрасте 9–45 лет, проживающих в эндемичных районах.

1 мая 2019 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США объявило об одобрении Dengvaxia, первой вакцины для профилактики болезни денге, вызываемой всеми серотипами вируса денге, у людей в возрасте от 9 до 16 лет, у которых ранее была лабораторно подтверждена инфекция денге и которые живут в эндемичных районах. Денге является эндемическим заболеванием на американских территориях Американского Самоа, Гуама, Пуэрто-Рико и Виргинских островов США.

Исследования лекарств

Не существует одобренных прямых противовирусных препаратов для лечения лихорадки Денге. Большинство исследований противовирусных препаратов от инфекций денге сосредоточено на ингибировании протеазы NS2B / NS3 или белков NS5. Известные подходы к ингибиторам протеазы в основном сосредоточены на целевых ковалентных ингибиторах . Одно лекарство, балапиравир , перепрофилированный ингибитор полимеразы NS5 гепатита С, перешло в клинические испытания фазы II, прежде чем было остановлено из-за недостаточной эффективности.

использованная литература

внешние ссылки

У Scholia есть тематический профиль, посвященный вирусу денге .

• Структуры вируса денге для трехмерной электронной микроскопии из банка данных EM (EMDB)
• «Бразилия выпускает« хороших »комаров для борьбы с лихорадкой денге» . BBC News Латинская Америка и Карибский бассейн . 24 сентября 2014 г.