Wprowadzenie wirusa: Jak wirus wybiera klucz i wpada do komórki

Dwa zamki, jedna klucz: przyklejenie i fuzja

Wprowadzenie do komórki jest dla wirusa najtrudniejszym problemem. Nie ma ono nóg ani własnej metaboliu, więc musi znaleźć określone molekuły na określonym typie komórek, sklepić je mocno, aby zasłaniać przeciążenia termiczne i przepływające ciecz, a następnie zmusić dwa lipidowe membrany — własny otocznik i komórkowy — do połączenia się bez tego, aby obie membrany prosto zrezygnowały ze swojej natury, co są one zazwyczaj gotowe zrobić. Każdy oklonowany wirus rozwiązuje ten problem za pomocą tej samej dwuetapowej logiki: przyklejenie, obsługiwane przez jeden lub więcej glykoproteiń powierzchniowych, które rozpoznają receptory gospodarza, oraz fuzja, obsługiwana przez poświęconą glykoproteinę fuzji, która prowadzi do rzeczywistej połączenia bilayerów.

Przyklejenie jest zanim chemią problemem, a potem grą w liczby. Jedna wiązanie szpika ma modyfikatywny stopień, ale virion przedstawia setki do tysięcy kopii swojej glykoproteiny przyklejeniowej, podczas gdy powierzchnia komórkowa prezentuje gęstą poleceń receptorów. Wielokrotne jednoczesne wiązania o niskim stopniu modyfikatywnym dodają do wysokiej avidności — tak jak twoje antybody systemu odpornościowego używają tej samej sztuczki — dlatego viriony klastrowane i „ziperują” na membranę, zamiast się zasłaniać jednym zamkiem i kluczem. Ta proces stochastyczny ograniczony przez dyfuzję jest prawdziwym procesem losowym: virion wydzielony do płynu ekstrakelularnego wykonuje coś bliższego do marszu przypadkowego, aż zdarzy się mu kolizji z obszarem komórkowej membrany tolerującym.

Proces szukania ograniczony przez dyfuzję jest prawdziwym procesem stochastycznym: virion wydzielony do płynu ekstrakelularnego wykonuje coś bliższego do marszu przypadkowego, aż zdarzy się mu kolizji z obszarem komórkowej membrany tolerującym.

Specyficzność receptora rysuje mapę tropizmu

Które komórki, tkanki i gatunki mogą być zainfekowane przez wirus — jego tropizm — jest przeważnie wyznaczony w tym pierwszym kroku. Haemaglutinin influencji skleja się z sialicyd, ale wirusy ptańskie preferują sialicyd połączony α2,3 z galaktosem (abundant w jelitach ptaków i pododpornych tkankach oddechowych ludzi), a wirusy przystosowane do ludzi preferują połączenie α2,6, które dominuje w górnej części narządów oddechowych ludzkich; jedynie ta jedna preferencja związana z glykosydycznym wiązaniem jest dużą częścią powodu, dla którego influencja ptańska nie łatwo przenosi się między ludźmi. Gp120 HIV wymaga CD4 plus współreceptora chemoatryptyczny CCR5 lub CXCR4, dlatego usunięcie CCR5-Δ32 daje silne odporności. Spik SARS-CoV-2 skleja się z ACE2 i jego wstępne przyszerzenie przez proteazę hosta TMPRSS2 (lub, w tkankach brakujących TMPRSS2, katepsyn L w endosomie) dalej ogranicza, które komórki są faktycznie zainfekowane produkcyjnie, a nie tylko powiązane. Glykoprotein wirusa rzymskiego skleja się z receptoru aketylcholinowego typu nikotynowego w ganglionach nerwowo-muskularnych, co jest molecularnym powodem dla którego wirus porusza się po nerwach, a nie przez krew.

Scenariusz pierwszy: fuzja na powierzchni pliczkowej

Niekoterye wirusy fuzują bezpośrednio na powierzchni komórki, przy neutralnej pH, chwilę po tym, jak powiązanie z receptorem spowoduje odpowiedni zmiany konformacji. Paramyxovirusy (rzepak, wirus synchronizacyjny oddechowy) i HIV działają w ten sposób. Powiązanie z receptorem destabilizuje prefuzjiestabilizowany strój protein fuzji; ta protein snapuje do stanu po-fuzji w kształcie łasicy, a w procesie przyciąga razem membrany wirusowe i komórkowe. To jest ścieżka pH-niezależna — nie wymaga ona akwasyfikacji, a może się stać w sekundę na powierzchni komórki, co pozwala na fuzję komórki zakazonej bezpośrednio z komórkami niewykładzonymi, tworząc sincytia charakterystyczne dla zakażeń rzepaku i wirusa synchronizacyjnego oddechowego.

Scenariusz drugi: endocytoza przetrącana przez receptory i stimulans pH

Grypę, oraz wielu innych wirusów, pozostawiają komórkę do wykonania pracy wewnętrznej wejścia. Powiązanie z receptorem wywołuje endocytozę przetrącana przez klathrin: płyta membranowa pod wirusem zacina się i oddziela jako wierzchowisko oblepione, odpuszcza swoją warstwę klathrinową, a następnie staje się wcześniejącym endosomem. Gdy endosom dojrza do późnego endosomu, ATPasany vacuolarni pompują jonowe protony wewnątrz i lumen endosomu kwasuje od około pH 7 do około pH 5–6. To spadek jest stimulansem: peptyd fuzji hemaglutininu, zwykle ukryty, protonuje się, występuje z powrotem i wstępuje do membran endosomowych, a HA odnawia się z prefuzyjnego trimeru metastabilnego w bardzo stabilny postfuzyjny łuszkę. Energia wydzielona przez tę nieodwracalną odnowienie jest to co fizycznie przyciąga obie membrany bliżej siebie.

Fuzja sama przechodzi przez dobrze charakteryzowany intermediaż oznaczony jako hemifuzja: dwie zewnętrzne (kontaktujące) warstwy lipidowe łączą się w jedno sztawkę, podczas gdy dwie wewnętrzne warstwy pozostają oddzielone, więc lipidy mogą wymieszwać się, ale zawartość aquatyczna dwóch kompartmentów nadal nie może wymieszwać. Tylko kiedy pora fuzji nukleuje przez ten diaphragm hemifuzji — najpierw jako małe, migotliwe, odwracalne otwarcie, a następnie rozszerza się nieodwracalnie — wirusowe genom zdobywa ścieżkę do cytoplasmy. Proteiny fuzji klasy I (HA grypy, gp41 HIV, szpirowy koronawirus) są wszystkie helice α i dzielą się tym samym mecanizmem łuszkowym; klasy II (flavivirusy, alphavirusy) są bogate w warstwy β i odgrywają się inaczej, ale docierają do tego samego końcowego punktu hemifuzji-zaśniedłania; klasy III (G rabidy, gB herpetywnych wirusów) dzielą się cechami obu. Różne litery, taka sama fizyka.

Dlaczego ścieżka endosomowa jest pułapką wykorzystaną przez wirusa i gospodarz

Endocytozy daje wirusowi dodatkową korzystną cechę ponad pozwoleniem na zasysanie fuzji w odpowiednim momencie: ukrywa przychodzący cząsteczkę przed antybody patrolling powierzchniowo i umieszcza ją w bliskiej odległości do proteazy endosomowych, które ukończonej aktywizacji maszyny fuzji. Endocytozy również daje gospodarce punkt zablokowania obrony — to dokładnie dlaczego podwyższanie pH endosomów za pomocą leków takich jak chloroquina, lub blokadę proteazy przemianującej za pomocą leków takich jak camostat, może zatrzymać wejście wirusów zależnych od pH lub proteaz, a leki inhibujące fuzję, takie jak enfuvirtide (który zamyka HIV gp41 w konformacji prefuzji), działają poprzez celowanie się w tę jedyną mechaniczną fazę zamiast całego cyklu życia wirusa.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Virus Entry: Receptor Binding & Membrane Fusion i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.