Эта статья входит в число хороших статей

Аденоассоциированный вирус

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Аденоассоциированный вирус
Аденоассоциированные вирусы
Аденоассоциированные вирусы
Научная классификация
Группа:
Парвовирусы
Подсемейство:
Parvovirinae
Род:
Dependoparvovirus
Вид:
Аденоассоциированный вирус
Международное научное название
Adeno-associated dependoparvovirus A
Синонимы
  • Adeno-associated virus 1[2]
  • Adeno-associated virus-1[2][3]
  • Adeno-associated virus-2[3]
  • Adeno-associated virus-3[3]
  • Adeno-associated virus-4[3]
Группа по Балтимору
II:
оцДНК-вирусы

Аденоассоциированный вирус (

вирус, инфицирующий клетки человека и некоторых других приматов
. Аденоассоциированный вирус, по-видимому, не вызывает заболевания у человека и, соответственно, вызывает слабый иммунный ответ.

Аденоассоциированный вирус может инфицировать делящиеся и неделящиеся клетки и может встраивать свой

генной терапии[4]
.

Аденоассоциированный вирус принадлежит к роду Dependoparvovirus семейства парвовирусов (Parvoviridae). Вирус имеет небольшие размеры (20 нм), не имеет липидной оболочки и не кодирует собственных ферментов репликации.

История

В

аденовируса обезьян, которые были несколько раз пересажены на первичных культурах клеток почки макаки резус. Группой Атчисона частицы нового вируса диаметром 24 нм были отделены от более крупных частиц аденовируса диаметром 80 нм при помощи ультрафильтрации[6]
.

После выделения было показано, что частично очищенные вирионы аденоассоциированного вируса не могут самостоятельно реплицироваться, однако могут реплицироваться и распространяться в культурах, заражённых аденовирусом. Таким образом, аденоассоциированный вирус оказался дефектным вирусом-спутником, нуждающимся во вспомогательном вирусе для полноценной репликации. Так как аденоассоциированной вирус не кодирует собственной ДНК-полимеразы, для размножения ему требуется вспомогательный вирус, как правило, аденовирус[7].

В июле 2013 года в результате ревизии семейства 4 близких вида объединили в один, сменив название рода на Dependoparvovirus, а вида — на Adeno-associated dependoparvovirus A[3].

Вектор для генной терапии

Преимущества и недостатки

Аденоассоциированный вирус дикого типа имеет некоторые преимущества для

хромосомы[8]
.

Данная особенность делает аденоассоциированный вирус более предсказуемым, чем ретровирусы. Ретровирусы являются потенциально опасными как мутагены, так как встраиваются в геном хозяина случайным образом, что может привести к возникновению раковых опухолей. Геном аденоассоциированного вируса обычно встраивается по специфическому сайту, а случайные встраивания происходят с ничтожной частотой. При создании векторов для генной терапии на основе аденоассоциированного вируса из ДНК вируса удаляют гены rep и cap. Нужный ген вместе с промотором встраивают между инвертированными концевыми повторами (англ. inverted terminal repeats, ITR), в результате чего в ядре после синтеза клеточной ДНК-полимеразой второй цепочки ДНК образуются конкатемеры. Векторы для генной терапии на основе аденоассоциированных вирусов образуют эписомальные конкатемеры в ядре клетки хозяина. В неделящихся клетках данные конкатамеры остаются интактными, в делящихся клетках ДНК аденоассоциированного вируса теряется при делениях клетки, так как эписомальная ДНК не реплицируется при репликации ДНК клетки хозяина. Случайное встраивание ДНК аденоассоциированного вируса в геном хозяина происходит весьма редко. Аденоассоциированный вирус также обладает очень низкой иммуногенностью, по-видимому, ограниченной низкой эффективностью образования нейтрализующих антител, в то время как для последних чётко не показана цитотоксичность[9][10][11]. Описанные особенности, а также возможность заражать неделящиеся клетки, обуславливает преимущества аденоассоциированного вируса над аденовирусами для генной терапии.

Использование аденоассоциированного вируса имеет также и некоторые недостатки. Ёмкость

нуклеотидов. Таким образом, данный вектор не подходит для клонирования крупных генов. Инвертированные концевые повторы двух геномов могут гибридизоваться
и образовывать конкатемеры голова-хвост, практически удваивая ёмкость вектора.

Инфекция вирусом дикого типа часто вызывает активацию

серотипа AAV2. AAV2 может проникать и в мозг и является строго специфичным к нейронам
.

Клинические испытания

В настоящий момент препараты (векторы) на основе аденоассоциированного вируса для лечения

мышечной дистрофии и при синдроме Бильшовского-Янского[англ.]
.

Клинические испытания векторов на основе аденоассоциированного вирусного вектора[12]
Заболевание Ген Способ введения Фаза испытаний Количество испытуемых Статус
Муковисцидоз CFTR Легкие, аэрозоль I 12 Завершены
CFTR Легкие, аэрозоль II 38 Завершены
CFTR Легкие, аэрозоль II 100 Завершены
Гемофилия B FIX Внутримышечено I 9 Завершены
FIX Печеночная артерия I 6 Завершены
Артрит TNFR:Fc Внутрисуставно I 1 Продолжаются
Наследственная
эмфизема
 AAT Внутримышечено I 12 Продолжаются
Мышечная дистрофия
 Саркогликан Внутримышечено I 10 Продолжаются
Болезнь Паркинсона GAD65, GAD67 Внутрь черепа I 12 Завершены[13]
Болезнь Канавана AAC Внутрь черепа I 21 Продолжаются
Болезнь Баттена CLN2 Внутрь черепа I 10 Продолжаются
Синдром Альцгеймера
 NGF Внутрь черепа I 6 Продолжаются
Спинальная мышечная атрофия SMN1 интратекально I–III 15 Несколько испытаний завершено, несколько продолжается (
Zolgensma
)

Клинические испытания для лечения рака

простаты находятся на 2005 год в третьей стадии[12], однако, эти исследования ex vivo
не включают прямого назначения аденоассоциированного вируса пациентам.

Патология

Считается, что аденоассоциированный вирус не вызывает заболеваний человека. Однако показано, что данный вирус является фактором риска развития мужского бесплодия[14]. Геномную ДНК аденоассоциированных вирусов обнаруживают в образцах спермы с нарушениями структуры и функции сперматозоидов. Однако, не выявлено прямой связи между данной инфекцией и мужским бесплодием.

Роль в развитии гепатоцеллюлярной карциномы

По результатам недавних исследований больных с редкими формами гепатоцеллюлярной карциномы, высказывается предположение, что вирус AAV2 может играть роль в пусковых механизмах развития этого вида рака. Поскольку мишенью вируса AAV2 являются гены, играющие важную роль в размножении клеток, исследователи полагают, что инфицирование приводит к их чрезмерной активации, в результате чего запускается опухолевый рост. Это открытие ставит под сомнение безопасность использования вирусов AAV2 для генной терапии[15].

Структура

Геном, транскриптом и протеом

нуклеотидные последовательности белков капсида: VP1, VP2 и VP3, которые формируют икосаэдрическую головку капсида[16]
.

Инвертированные концевые повторы

Последовательность инвертированных концевых повторов (

хромосомы человека и для освобождения ДНК провируса из хромосомы[18][19], а также для образования комплексов ДНК аденоассоциированного вируса с белками оболочки, устойчивых к действию дезоксирибонуклеазы[20]
.

В случае генной терапии в цис-положении после терапевтического гена должен находиться ITR. Эту закономерность используют при получении рекомбинантных векторов на основе аденоассоциированного вируса (англ. recombinant AAV, rAAV), содержащих репортёрные или терапевтические гены. Показано, что ITR не требуются в цис-положении для осуществления репликации и укладки в капсид. В составе последовательности нуклеотидов гена rep обнаружен Rep-зависимый элемент, действующий в cis-положении (англ. cis-acting Rep-dependent element, CARE). В цис-положении CARE усиливает репликацию и сборку вирусных частиц[21][22][23][24].

Гены и белки rep

«Левая сторона

хеликазной активностью. Данные белки усиливают транскрипцию с промотора p40, но ослабляют транскрипцию с промоторов p5 и p19[19][25][26][27][28][29]
.

Гены cap и белки VP

«Правая часть» (+)-цепи

последовательностью Козак . Это приводит к снижению синтеза белка VP2 (который представляет собой белок VP3 с дополнительными остатками аминокислот на N-конце[31][32][33][34]
.

Так как больший интрон предпочтительно вырезается из пре-мРНК и так как кодон ACG является более слабым стартовым кодоном, соответствующие белки in vivo экспрессируются в соотношении примерно 1:1:20, в таком же соотношении белки входят и в состав вирусной частицы[35]. Уникальный фрагмент на N-конце белка VP1 имеют активность фосфолипазы А2 (англ. PLA2), которая, вероятно, требуется для освобождения вирусных частиц из поздних эндосом[36]. Муралидар с соавторами показали, что белки VP2 и VP3 крайне необходимы для сборки вирусной частицы[33]. Уоррингтон с соавторами показали, что белок VP2 не является строго необходимым для сборки вирусной частицы, а также не влияет на патогенные свойства вируса. Однако, на функционирование белка VP2 не влияют значительные встройки в N-концевую часть, в то время как встройки в VP1 снижают его фосфолипазную активность[37].

Кристаллическая структура белка VP3 в 2002 году была определена исследователями Кси и Бью с соавторами[38].

Серотипы и рецепторы

К

серотипов аденоассоциированного вируса[39]. Все известные серотипы могут инфицировать клетки многих видов тканей. Тканевая специфичность определяется серотипом белков капсида
, поэтому векторы на основе аденоассоциированого вируса конструируют, задавая необходимый серотип.

Серотип 2

Серотип 2 аденоассоциированного вируса изучен наиболее подробно

гепатоцитам[48]
.

Для аденоассоциированного вируса серотипа 2 описан три клеточных рецептора:

фактора роста фибробластов (англ. FGFR-1). Первый является первичным рецептором, последние два являются корецепторами, и позволяют аденоассоциированному вирусу попадать в клетку путём рецептор-опосредованного эндоцитоза[49][50][51][52]. HSPG значительно представлен во внеклеточном веществе и действует как первичный рецептор, при этом очищая организм от частиц аденоассоциированного вируса и снижая эффективность заражения[53]
.

Исследования показали, что аденоассоциированный вирус серотипа 2 убивает раковые клетки, не повреждая при этом здоровые клетки. "Наши исследования показали, что аденоассоциированный вирус второго типа, который инфицирует большую часть популяции клеток, убивает многие типы раковых клеток, но не здоровые клетки, " сообщает Крейг Мейер, профессор иммунологии и микробиологии Медицинского колледжа Penn State в Пенсильвании[54]. Данные исследования могут привести к созданию новых противораковых препаратов.

Другие серотипы

Хотя аденоассоциированный вирус серотипа 2 является наиболее популярным серотипом в научных исследованиях, было показано, что другие серотипы могут быть более эффективными

векторами для доставки генов. Например, аденоассоциированный вирус серотипа 6 лучше инфицирует клетки эпителия дыхательных путей, вирус серотипа 7 имеет очень высокий уровень трансдукции клеток скелетных мышц мыши, вируса серотипа 8 прекрасно трансдуцирует гепатоциты[55][56][57], а вирусы серотипа 1 и 5 очень эффективно доставляют гены в клетки эндотелия сосудов[58]. Аденоассоциированный вирус серотипа 6, являющийся гибридом серотипов 1 и 2[57], также обладает более низкой иммунногенностью, чем вирус серотипа 2[56]
.

Серотипы отличаются рецепторами, с которыми происходит их связывание. Например, трансдукция вирусами серотипов 4 и 5 может быть ингибирована раствором сиаловой кислоты[59], а вирус серотипа 5 проникает в клетки через рецептор фактора роста тромбоцитов[60].

Иммунный ответ

Аденоассоциированный вирус представляет особый интерес для

генной терапии, ввиду ограниченной способности индуцировать иммунный ответ у человека. Эта особенность данного вируса делает его особенно удобным для трансдукции
, так как снижает риск иммунных патологий.

Врождённый иммунитет

У животных показан

мышам вызывает образование цитокинов воспаления, инфильтрацию нейтрофилов и других лейкоцитов в печени, что, по-видимому, значительно снижает количество введённых вирусных частиц[61]
.

Гуморальный иммунитет

Показано, что вирус может вызывать

серотипу 2. Показано, что нейтрализующие антитела могут снижать трансдукцию векторов на основе аденоассоциированного вируса при нескольких путях введения[62]
.

Клеточный иммунитет

Клеточный иммунный ответ к вирусу и

лимфоцитов
. Однако, данные исследования не закончены и возможность такого цитотоксического ответа полностью не изучена.

Жизненный цикл

В жизненном цикле аденоассоциированного вируса от стадии инфицирования клетки до образования новых вирусных частиц можно выделить несколько этапов:

  1. прикрепление к
    плазматической мембране
  2. эндоцитоз
  3. перемещение в составе эндосомы
  4. выход из поздней эндосомы или
    лизосомы
  5. перемещение в
    ядро клетки
  6. образование репликативной вирусной двуцепочечной ДНК
  7. экспрессия генов rep
  8. репликация геномной ДНК
  9. экспрессия генов cap, синтез дочерней одноцепочечной ДНК
  10. сборка вирионов
  11. высвобождение вирусных частиц из заражённой клетки

Некоторые из этих этапов могут отличаться в зависимости от типа клеток. Параметры репликации ДНК вируса могут также отличаться и среди клеток одного типа, в зависимости от стадии клеточного цикла[65].

Аденоассоциированный вирус не способен реплицироваться в клетках, которые не заражены

гидроксимочевина[69][70][71]
.

Минимальный набор генов аденовируса, необходимых для размножения аденоассоциированных вирусов был описан Мацуситой и Эллингером с соавторами

скелетных мышцах[72]
.

См. также

Примечания

  1. ↑ Таксономия вирусов (англ.) на сайте Международного комитета по таксономии вирусов (ICTV).
  2. ↑ 1 2 ICTV Taxonomy history: Adeno-associated dependoparvovirus A Архивная копия от 26 марта 2017 на Wayback Machine на сайте ICTV (англ.) (Дата обращения: 7 мая 2017).
  3. ↑ 1 2 3 4 5 Rationalization and extension of the taxonomy of the family Parvoviridae : [англ.] : [арх. 7 марта 2021] // ICTVonline. — Code assigned: 2013.001a-aaaV. — 2013. — P. 8.
  4. Germany, 2005. — Iss. 99. — P. 119—145. — PMID 16568890
    .
  5. ↑ Atchison RW, Castro BC, Hammon WM. Adenovirus-associated defective virus particles (англ.) // Science. — 1965. — Vol. 149. — P. 754—756.
  6. doi:10.1038/gt.2008.55
    .
  7. ↑ Ni T-H, McDonald WF, Zolotukhin I, Melendy T, Waga S, Stillman B, Muzyczka N. Cellular proteins required for adeno-associated virus DNA replication in the absence of adenovirus coinfection // J Virol. — 1998. — Т. 72. — С. 2777—2787.
  8. doi:10.1128/JVI.71.10.7951-7959.1997. — PMID 9311886. [исправить
    ]
  9. doi:10.1038/sj.gt.3300994. — PMID 10490767. [исправить
    ]
  10. doi:10.1128/JVI.73.10.8549-8558.1999. — PMID 10482608. [исправить
    ]
  11. doi:10.1016/s0378-1119(96)00576-8. — PMID 9185868. [исправить
    ]
  12. ↑
    doi:10.1089/hum.2005.16.541. — PMID 15916479. [исправить
    ]
  13. doi:10.1016/S0140-6736(07)60982-9. — PMID 17586305. [исправить
    ]
  14. ↑ Erles K., Rohde V., Thaele M., Roth S., Edler L., Schlehofer J.R. DNA of adeno-associated virus (AAV) in testicular tissue and in abnormal semen samples (англ.) // Hum. Reprod. : journal. — 2001. — November (vol. 16, no. 11). — P. 2333—2337. — PMID 11679515.
  15. doi:10.1038/ng.3389. — PMID 26301494. [исправить
    ]
  16. New York City: Marcel Dekker, Inc., pp. 41–59, ISBN 0-585-39515-2
  17. doi:10.1016/0042-6822(88)90502-8. — PMID 2845646. [исправить
    ]
  18. doi:10.1006/jmbi.1995.0398. — PMID 7623375. [исправить
    ]
  19. ↑
    doi:10.1073/pnas.91.13.5808. — PMID 8016070. [исправить
    ]
  20. doi:10.1128/JVI.72.4.3241-3247.1998. — PMID 9525651. [исправить
    ]
  21. doi:10.1128/JVI.75.20.9991-9994.2001. — PMID 11559833. [исправить
    ]
  22. doi:10.1128/jvi.77.1.776-781.2003. — PMID 12477885. [исправить
    ]
  23. doi:10.1128/jvi.76.11.5411-5421.2002. — PMID 11991970. [исправить
    ]
  24. doi:10.1128/jvi.74.24.11511-11521.2000. — PMID 11090148. [исправить
    ]
  25. ↑
    doi:10.1128/JVI.68.5.2947-2957.1994. — PMID 8151765. [исправить
    ]
  26. doi:10.1016/0092-8674(90)90526-k. — PMID 2159383. [исправить
    ]
  27. doi:10.1128/JVI.66.2.1119-1128.1992. — PMID 1309894. [исправить
    ]
  28. doi:10.1007/978-3-662-05352-2_3. — PMID 12894449. [исправить
    ]
  29. doi:10.1128/JVI.62.1.68-74.1988. — PMID 2824856. [исправить
    ]
  30. doi:10.1073/pnas.78.5.2927. — PMID 6265925. [исправить
    ]
  31. doi:10.1073/pnas.82.23.7919. — PMID 2999784. [исправить
    ]
  32. ↑ Cassinotti P., Weitz M., Tratschin J. D. Organization of the adeno-associated virus (AAV) capsid gene: mapping of a minor spliced mRNA coding for virus capsid protein 1. (англ.) // Virology. — 1988. — November (vol. 167, no. 1). — P. 176—184. — PMID 2847413. [исправить]
  33. ↑
    doi:10.1128/JVI.68.1.170-176.1994. — PMID 8254726. [исправить
    ]
  34. doi:10.1128/JVI.62.9.3356-3363.1988. — PMID 2841488. [исправить
    ]
  35. doi:10.1006/viro.2000.0707. — PMID 11118354. [исправить
    ]
  36. doi:10.1099/0022-1317-83-5-973. — PMID 11961250. [исправить
    ]
  37. doi:10.1128/JVI.78.12.6595-6609.2004. — PMID 15163751. [исправить
    ]
  38. doi:10.1073/pnas.162250899. — PMID 12136130. [исправить
    ]
  39. doi:10.1016/j.virol.2004.10.012. — PMID 15567432. [исправить
    ]
  40. ↑
    doi:10.1089/hum.1998.9.8-1181. — PMID 9625257. [исправить
    ]
  41. doi:10.1016/j.ymthe.2003.08.015. — PMID 14664794. [исправить
    ]
  42. doi:10.1006/mthe.2001.0424. — PMID 11545607. [исправить
    ]
  43. doi:10.1006/viro.1999.0045. — PMID 10600599. [исправить
    ]
  44. doi:10.1016/s1525-0016(03)00042-x. — PMID 12727115. [исправить
    ]
  45. doi:10.1128/jvi.74.18.8635-8647.2000. — PMID 10954565. [исправить
    ]
  46. doi:10.1182/blood-2002-10-3296. — PMID 12515715. [исправить
    ]
  47. doi:10.1152/physiolgenomics.2000.2.3.117. — PMID 11015590. [исправить
    ]
  48. doi:10.1073/pnas.94.4.1426. — PMID 9037069. [исправить
    ]
  49. doi:10.1038/4758. — PMID 9883842. [исправить
    ]
  50. doi:10.1128/JVI.72.2.1438-1445.1998. — PMID 9445046. [исправить
    ]
  51. doi:10.1038/4768. — PMID 9883843. [исправить
    ]
  52. doi:10.1006/viro.2000.0205. — PMID 10725206. [исправить
    ]
  53. doi:10.1128/jvi.76.22.11530-11540.2002. — PMID 12388714. [исправить
    ]
  54. ↑ CNN.com (2005), Common virus 'kills cancer', Архивировано 5 июня 2009, Дата обращения: 22 июля 2009 {{citation}}: |surname1= имеет универсальное имя (справка); Неизвестный параметр |Access-date= игнорируется (|access-date= предлагается) (справка) Источник. Дата обращения: 22 июля 2009. Архивировано 5 июня 2009 года.
  55. doi:10.1073/pnas.182412299. — PMID 12192090. [исправить
    ]
  56. ↑
    doi:10.1128/JVI.75.14.6615-6624.2001. — PMID 11413329. [исправить
    ]
  57. ↑
    doi:10.1128/jvi.78.9.4421-4432.2004. — PMID 15078923. [исправить
    ]
  58. doi:10.1089/hum.2005.16.235. — PMID 15761263. [исправить
    ]
  59. doi:10.1128/JVI.75.15.6884-6893.2001. — PMID 11435568. [исправить
    ]
  60. doi:10.1038/nm929. — PMID 14502277. [исправить
    ]
  61. doi:10.1128/jvi.76.9.4580-4590.2002. — PMID 11932423. [исправить
    ]
  62. ↑
    doi:10.2174/1566523054065039. — PMID 15975009. [исправить
    ]
  63. doi:10.1038/nm1358. — PMID 16474400. [исправить
    ]
  64. doi:10.1016/j.ymthe.2005.09.009. — PMID 16263332. [исправить
    ]
  65. doi:10.1016/s0166-0934(02)00117-9. — PMID 12270659. [исправить
    ]
  66. ↑
    doi:10.1038/sj.gt.3300680. — PMID 9813665. [исправить
    ]
  67. doi:10.1128/JVI.35.1.65-75.1980. — PMID 6251278. [исправить
    ]
  68. ↑ Handa H., Carter B. J. Adeno-associated virus DNA replication complexes in herpes simplex virus or adenovirus-infected cells. (англ.) // The Journal Of Biological Chemistry. — 1979. — 25 July (vol. 254, no. 14). — P. 6603—6610. — PMID 221504. [исправить]
  69. ↑ Yalkinoglu A. O., Heilbronn R., Bürkle A., Schlehofer J. R., zur Hausen H. DNA amplification of adeno-associated virus as a response to cellular genotoxic stress. (англ.) // Cancer Research. — 1988. — 1 June (vol. 48, no. 11). — P. 3123—3129. — PMID 2835153. [исправить]
  70. doi:10.1128/JVI.61.4.972-981.1987. — PMID 3029431. [исправить
    ]
  71. doi:10.1128/JVI.63.3.1023-1030.1989. — PMID 2536816. [исправить
    ]
  72. doi:10.1128/JVI.72.11.8568-8577.1998. — PMID 9765395. [исправить
    ]


Литература

  • Шахбазов А.В., Северин И.Н., Гончарова Н.В., Гринев В.В., Космачева С.М., Потапнев М.П. Вирусные векторы для стабильной трансдукции мезенхимальных стволовых клеток человека: системы на основе аденоассоциированных вирусов и лентивирусов // Клеточные технологии в биологии и медицине. — 2008. — Т. 4. — С. 216—218.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Аденоассоциированный_вирус&oldid=136152459