POLÜOOMIVIIRUSED

Virioon
DNA ja valgud
large T
Elutsükkel
Esindajad
Haigused
Inimese polüoomiviirused

Tähtsamad viirused, mis siia kuuluvad on Simian Virus-40, Polyoma Virus, BK Virus ja JC Virus. Nende virioon ja geneetiline ülesehitus on väga sarnane, kuid siiski on nende toime peremeesorganismile küllalt erinev.

Virioon

Ikosaeeder läbimôôduga 45 nm, koosneb 420 subühikust. Struktuurvalkudeks on VP1(enamus),VP2 ja VP3. Viriooni hoiavad koos kelaatsidemed Ca-ioonide ja valkude vahel ning S-S sidemed. Virioonide hulgas on ka hulganisti mitteaktiivseid. Need on kas tühjad, DNA-ga täitmata kapsiidid vôi raku kromosomaalse DNA-ga täidetud pseudovirioonid. Korralikud, nakatamisvôimelised virioonid moodustavad 0,1-1% kôikidest virioonidest.

DNA ja valgud

Genoom on kaheahelaline rôngasjas DNA molekul pikkusega umbes 5,2 kb. Nii raku tuumas kui virioonis on DNA pakitud rakulistesse histoonidesse sarnaselt raku kromosoomidele. Puudub vaid histoon H1. Genoom koosneb varasest (E) ja hilisest (L) piirkonnast. Nende vahel asub 400 bp pikkune mittekodeeriv piirkond, kus on replikatsiooni alguspunkt, varane ja hiline promootor ning vôimendusjärjestus (en- hancer). Viimane kontrollib nii transkriptsiooni kui replikatsiooni aktiivsust. Replikatsioon toimub replikatsioonikahvli bidirektsionaalse liikumise teel. Varasest piirkonnast toodetakse 2-3 valku: - large T ehk suur T antigeen
- middle T ehk keskmine T antigeen (puudub SV-40-l)
- small T ehk väike T antigeen
Hilisest piirkonnast toodetakse 3 valku:
- VP1 ehk virioonivalk 1, peamine viriooni komponent
- VP2
- VP3
- LP1, ehk agnoprotein

Valkude funktsioonid
large T: 81 kD suurune, enamus paikneb tuumas, u. 5% välismembraanis. Hädavajalik viiruse paljunemiseks. Laias laastus on tal kolme tüüpi aktiivsusi: 1.replikatsiooni regulatsioon (selle täitmiseks on tal kolm biokeemilist aktiivsust: vôime seostuda kindla järjestusega DNA-l; ATP-d hüdrolüüsiv ehk ATPaasne; DNA kaksikahelat lahtikeerutav ehk helikaasne),
2.transkriptsiooni regulatsioon (seostudes DNA-ga lülitab viiruse geenide transkriptsiooni varaselt piirkonnalt hilisele; võimalik, et omab ka otseselt võimet mingeid rakulisi promootoreid aktiveerida),
3.rakkude muutmine kasvajalisteks:
- transformeerib rakke (kaotab kontaktinhibitsiooni rakkude vahel). Polüoomiviirusel on see funktsioon delegeeritud middle T-le.
- immortaliseerib rakke (annab neile piiramatu eluea). - annab rakkudele seerumsôltumatuse.
Lisaks määrab SV40 largeT ära ka raku permissiivsuse viiruse suhtes. Selleks on tema C-terminaalses otsas nn. host range piirkond. Teistel Py viirustel seda piirkonda pole.

small T: pole hädavajalik, môningatel tingimustel suurendab viiruse tumorigeensust katseloomadele. Biokeemiline funktsioon: seostub fosfataas PP2A-ga ja tôenäoliselt inaktiveerib selle.
VP1-3: viriooni struktuurvalgud.Need kondenseeruvad ise viiruse DNA ümber raku tuumas.
LP1 funktsioon pole teada, ta on väike aluseline valk, mis võib osaleda partiklite koostamisel.

SV-40 ja PyV infektsiooni käik

VP1 kinnitub raku pinnale ja 15 min. hiljem jôuab terve kapsiid tuuma. Seal toimub DNA vabanemine kestast ja algab varaste geenide ekspressioon. Permissiivsetes rakkudes toimub seejärel viiruse DNA replikatsioon , algab hiliste valkude süntees ja viiruspartiklite teke tuumas. Umbes 70 tunni möödudes toimub raku lüüs koos viiruse vabanemisega. Igas SV40-ga nakatunud rakus toodetakse 104-105 viriooni.
Semipermissiivsetes rakkudes toimub sama, kuid aeglasemalt ja ebaefektiivsemalt, nii et see ei põhjusta raku lüüsi ja vastavalt on ka vabanevate virioonide arv palju väiksem.
Mittepermissiivsete rakkude (nagu näiteks näriliste rakud SV-40 jaoks, hamstri rakud PyV jaoks) nakatamisel on olukord erinev. Sel juhul ei toimu viiruse DNA replikatsiooni, mis omakorda välistab viirusosakeste tootmise ja viiruse DNA läheb tavaliselt mône raku jagunemise järel rakust kaotsi, kuid mônedes rakkudes (<1%) toimub viiruse DNA integratsioon raku kromosoomi. (Samasugune olukord tekib kui permissiivseid rakke nakatab viirus, millel on defektne largeT. Ka sel juhul ei toimu viiruse DNA replikatsiooni ja ta integreerub kromosoomi.) Integreerumine on väheefektiivne, mittespetsiifiline, kuid oluline rakkude transformatsiooni seisukohalt. Nimelt säilub tihti selle integreerunud DNA pealt varaste geenide, sealhulgas large T ekspressioon. Large T krooniline produktsioon muudab rakud kasvajaliseks. Huvitaval kombel ei muuda large T ekspressioon kasvajaliseks semipermissiivseid (nt. inimese) rakke. Põhimõtteliselt võib integreerunud viiruse DNA kromosoomist kergesti jälle välja tulla ning normaalselt replitseeruma hakata, kui taastub süsteemi permissiivsus s.o. kui mittepermissiivsed rakud sulatada kokku permissiivsetega (vôi kui largeT defektiga rakkudesse viia funktsionaalset largeT-d).

Esindajad

SV40 avastati 1960 kui poliovaktsiini koostisosa. Kuna poliovaktsiini toodeti reesusmakaagi neerurakkudes siis nendest rakkudest tuli ka SV40. Selle vaktsiiniga vaktsineeriti sadu miljoneid inimesi maailmas.
Viirus on produktiivne Aafrika rohepärdiku neerurakkudes, kus infektsiooni tagajärjel tekib suuri vakuoole ja rakk lüüsub ruttu. Paljunemine on võimalik ka reesusmakaagi ja inimese neerurakkudes kuid nendes on see tunduvalt ebaefektiivsem. Kahte viimast rakuliini nimetatakse SV40 jaoks semipermissiivseteks.

Hiirte polüoomiviirus (PyV) avastati 1953 Ludwig Grossi poolt kes uuris MLV. Ta leidis et mõned hiired said lisaks leukeemiale ka süljenäärmete kasvaja. Hiljem leiti et viirus võib tekitada paljude kudede kasvajaid. Siit ka nimetus polüoomiviirus (algselt parotiidviirus). Permissiivseteks rakkudeks on hiire primaarsed embrüonaalsed fibroblastid, koekultuuri rakkudest NIH 3T3. Looduslikes tingimustes on nakkus persistentne.
On olemas ka hamstrite polüoomiviirus (HaPV) ning mõned vähem tähtsad esindajad.

Haigused ja kasvajad

Oma normaalsetel peremeestel (reesusmakaagid ja hiired) on ei tekita SV40 ega PyV mingeid nakatumisega kaasnevaid sümptoome.
Nii SV-40 kui PyV poolt nakatatud rakud on persistentsed ning lisaks tugevasti organismi im- muunsüsteemi kontrolli all. Seetôttu hävitatakse nakatunud rakud tavaliselt enne igasuguste haigusnähtude ilmnemist vôi kasvajate teket. Siiski on môlemad viirused vôimelised tekitama kasvajaid kui suure koguse viirusega nakatada katseloomi. SV40 on tumorigeenne hamstritele, pika latentsperioodi järel ka hiirtele jt. närilistele. PyV on samuti tumorigeenne hamstritele ja suuremate dooside korral ka hiirtele.
Inimestel kes said SV40-ga nakatunud vaktsiini, pole täheldatud mingit sorti kasvajate arvu suurenemist, seega võib arvata et nad on inimesele ohutud.

Inimese polüoomiviirused

Siia kuuluvad BK viirus ja JC viirus, mis môlemad avastati sõltumatult 1971. aastal üks UKs, teine USAs. Nad on nimetatud esimese patsiendi nimetähtede järgi. Võib nimetada ka Polyomavirus homini 1&2. Nende DNA ja valgud on homoloogsed teistele polüoomiviirustele kuigi JCV puhul avaldub homoloogia vaid sekundaarstruktuuri tasandil (primaarstruktuuris 10-20% homoloogiat). Mõlemal on ainult T-antigeeni, suur ja väike.
Mõlemad viirused nakatavad inimesi varases lapsepôlves ja vinduvad persistentses vormis neerudes kogu elu ilma mingeid haigusi tekitamata. Levinud üle kogu maailma sh. ka arenenud Euroopa riikides, kus mõlema viiruse vastaseid antikehi on leitud u. 80% 10-aastastest lastest. Enam on ta levinud suurtes linnades ja tihedasti asustatud piirkondades, vähem Brasiilia vihmametsades, Saalomoni saartel, Uus-Gineas ja muudes sellistes kohtades. Kuna mõlemad viirused persisteerivad neerudes arvatakse nakatumine toimuvat uriini kaudu, eriti immuunsupresseeritud isendite uriini kaudu. Mõlema viiruse loomulikuks peremeheks on inimene.
Koekultuuris paljuneb BKV vähestes rakuliinides:
-inimese embrüonaalsed neerurakud (HEK)
-inimese embrüonaalsed kopsurakud
-inimese loote ajurakud
-inimese loote fibroblastid
-inimese eesnaha keratinotsüüdid
-mônedes ahvirakkudes (CV-1, Vero)
Nakatumine on rakkudele tsütopaatiline, enne raku lüüsi viirusosakesed tavaliselt keskkonda ei vabane. Nagu SV40-lgi on vaid väike osa virioone aktiivsed (u. 0,01%). Lüütiline tsükkel vältab umbes 4 päeva. Eksperimentaalsel nakatamisel on viirus tumorigeenne hamstritele, hiirtele ja rottidele. Inimese kasvajatega pole mingit pôhjuslikku seost, kuigi mônedes kasvajates on viiruse DNAd leitud.

JCV uurimist on seni takistanud sobiva rakukultuuri, kus viirus paljuneks, puudumine.Seni on neid paljundatud inimese embrüonaalsetes neerurakkudes, loote primaarsetes gliiarakkudes vôi aju autopsia 15.-25. pôlvkonna rakkudes. Nüüdseks on e.-v. sobiv rakukultuur olemas, selleks on immortaliseeritud astrogliia rakud SVG. Tsütopaatiline efekt on nôrk ja vôtab 2-3 nädalat aega kui ilmnevad muutused nakatunud rakkude morfoloogias ning veel 2-3 nädalat kuni algab rakkude järk-järguline suremine. Viirus jääb valmides tugevasti rakuga seotuks, tema eraldamiseks on vajalik rakkude mehhaaniline lôhkumine ja neuraminidaasi töötlus.
Eksperimentaalsel nakatamisel on JCV väga tumorigeenne hamstritele, tekitades kôikvôimalikke ajukas- vajaid. Nôrgenenud immuunsusega INIMESTEL (rasedad, AIDSi haiged, elundite siirdamise patsiendid) vôib JCV tekitada PML-i (progressiivset multifokaalset leukoentsefalopaatiat). See on fataalne haigus, mis tuleneb nakatunud oligodendrotsüütide, kes toodavad müeliini närvirakkude ümber, hävimisest. Haige sureb tavaliselt 3-6 kuu jooksul pärast diagnoosi saamist. Kunagi loeti PMLi üliharuldaseks haiguseks, praegu on muutunud sagedamaks, kuna siirdamine on rutiinne, samuti AIDS. AIDSi haigestunutest 2-4% sureb PMLi tõttu. Siin kahtlustatakse veel kahe viiruse koosmõju sest HIVi tat valk on võimeline aktiveerima JCV promootoreid.
Arusaamatu on erinevus kahe muidu sarnase inimese polüoomiviiruse patogeneesi vahel. Arvatakse, et JCV võime ajurakke nakatada tekib in vivo samas inimeses persistentsuse ajal. Nimelt on mõlemad polüoomiviirused suhteliselt muutliku genoomiga ja altid mutatsioonidele. On täheldatud, et uriinist ja ajust eraldatud JCV viiruse isolaadid on erinevad, kusjuures tavaliselt on neerudes wt ja ajus mutatsioonidega tüvi. Ilmselt on JCV genoomis kergemad tekkima gliiarakkude transkriptsioonifaktorite seostumissaitide sarnased mutatsioonid.