| Poliovirüs | |||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 | |||||||||||||||||||||
 Bir tip 3 poliovirüs kapsidi, renkli protein yan zincirleri | |||||||||||||||||||||
Virüs sınıflandırması | |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
| Serotipler | |||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||
Çocuk felcinin (poliomyelit olarak da bilinir) etkeni olanpoliovirüs veyaçocuk felci virüsü,Picornaviridae ailesinde yer alanEnterovirüs C türünün birserotipidir.[1]Üç poliovirüs serotipi vardır: tip 1, 2 ve 3.
Poliovirüs birRNAgenomu ve birproteinkapsidinden oluşur. Genom, yaklaşık 7500nükleotit uzunluğundatek sarmallı pozitif anlamlı bir RNA (+ssRNA) genomudur.[2] Viral partikül yaklaşık 30nm çapındadır veikozahedral simetriye sahiptir. Kısa genomu ve basit bileşimi (sadece RNA ve onu saranzarfsız ikozahedral protein kabuğu) nedeniyle, poliovirüs yaygın olarak en basit önemli virüs olarak kabul edilir.[3]
Poliovirüs ilk olarak 1909 yılındaKarl Landsteiner veErwin Popper tarafından izole edilmiştir.[4] Virüsün yapısı ilk olarak 1958 yılındaBirkbeck College'daRosalind Franklin liderliğindeki bir ekip tarafındanX-ışını kırınımı kullanılarak aydınlatılmış[5][6] ve çocuk felci virüsünün ikozahedral simetriye sahip olduğu gösterilmiştir.[7]
1981 yılında poliovirüs genomu iki farklı araştırmacı ekibi tarafından yayınlandı:MIT'denVincent Racaniello veDavid Baltimore[8] ileStony Brook Üniversitesinden Naomi Kitamura veEckard Wimmer.[9]
Poliovirüsün üç boyutlu yapısı 1985 yılındaScripps Araştırma EnstitüsündeJames Hogle tarafından X-ışını kristalografisi kullanılarak belirlenmiştir.[10]
Poliovirüs en iyi karakterize edilmiş virüslerden biridir veRNA virüslerinin biyolojisini anlamak için yararlı bir model sistem haline gelmiştir.
Poliovirüs, hücre yüzeyindekiimmünoglobulin benzeri bir reseptör olanCD155'e (poliovirüs reseptörü veya PVR olarak da bilinir)[12][13] bağlanarak insan hücrelerini enfekte eder.[14] Poliovirüs ve CD155'in etkileşimi, viral giriş için gerekli olan viral partikülün geri dönüşü olmayan bir konformasyonel değişimini kolaylaştırır.[15][16] Konakhücre membranına bağlanmanın ardından viral nükleik asidin girişinin iki yoldan biriyle gerçekleştiği düşünülmüştür: plazma membranında bir por oluşumu yoluyla RNA'nın konak hücre sitoplazmasına "enjekte edilmesi" veyareseptör aracılı endositoz yoluyla virüs alımı.[17] Son deneysel kanıtlar ikinci hipotezi desteklemekte ve poliovirüsün CD155'e bağlandığını ve endositoz yoluyla alındığını göstermektedir. Partikülün içselleştirilmesinden hemen sonra viral RNA serbest kalır.[18]
Poliovirüs pozitif sarmallı bir RNA virüsüdür. Bu nedenle, viral partikül içinde bulunan genom,haberci RNA olarak kullanılabilir ve konak hücre tarafından hementransle edilebilir. Virüs hücreye girdiğinde hücrenin çeviri mekanizmasını ele geçirerek virüse özgü protein üretimi lehine hücresel protein sentezinin engellenmesine neden olur.[19]
Konak hücrenin mRNA'larının aksine, poliovirüs RNA'sının 5' ucu son derece uzundur - 700 nükleotidin üzerinde - ve oldukça yapılandırılmıştır. Viral genomun bu bölgesiiç ribozom giriş bölgesi (IRES) olarak adlandırılır. Bu bölge birçok ikincil yapı ve 3 veya 4 alandan oluşur. Alan 3, iki dört yönlü bağlantı ile birbirine bağlanan çeşitli sabit kök döngülerinde korunmuş yapısal motifler içeren, kendi kendine katlanan bir RNA elementidir. IRES birçok alandan oluştuğu için, bu alanların kendileri de ribozomları kaçırarak 5' uç kapağı olmadan değiştirilmiş çeviriye katkıda bulunan birçok döngüden oluşur. Alan 3'ün etkileşim döngüsü GNRA tetraloop olarak bilinir. GUAA tetraloopundaki A180 ve A181 adenozin kalıntıları, sırasıyla C230/G242 ve G231/C241 reseptörlerinin baz çiftleriyle kanonik olmayan baz eşleştirme etkileşimleri yoluyla hidrojen bağları oluşturur.[20] Bu bölgedeki genetik mutasyonlar viral protein üretimini engeller.[21][22][23] Keşfedilen ilk IRES poliovirüs RNA'sında bulunmuştur.[24]
Poliovirüs mRNA'sı uzun birpolipeptit olarak çevrilir. Bu polipeptit daha sonra dahiliproteazlar tarafından yaklaşık 10 ayrı viral proteine otomatik olarak ayrılır. Tüm bölünmeler aynı verimlilikte gerçekleşmez. Bu nedenle, polipeptit bölünmesi ile üretilen protein miktarları değişiklik gösterir: örneğin, kapsit proteinleri VP1-4'ten daha az miktarda 3Dpol üretilir.[25][26] Bu bireysel viral proteinler şunlardır:[3][27]
Tek bir süreci içeren translasyon, transkripsiyon ve genom replikasyonundan sonra (+) RNA sentezi gerçekleşir. Enfekte eden (+) RNA'nın kopyalanabilmesi için (-) RNA'nın birden fazla kopyasının kopyalanması ve ardından (+) RNA sentezi için şablon olarak kullanılması gerekir.
Bir şablon RNA ve değişen uzunlukta birkaç büyüyen RNA'dan oluşan RNA moleküllerinin bir birliği olan replikatif ara ürünler (RI'ler), hem (-) RNA'lar hem de (+) RNA'lar için replikasyon komplekslerinde görülür. Her bir negatif iplikçikli ve pozitif iplikçikli RNA'ların sentezi için poliovirüsteki VPg proteini bir primer olarak çalışır.
Poliovirüsün RNA'ya bağımlı RNA polimerazı, negatif iplikçikli antijenomik RNA'nın sentezi için bir model olarak +ssRNA genomunun 3′-ucundaki poli(A) kuyruğunu kullanarak VPg proteinine iki urasil nükleotidi (UU) ekler. Bu -ssRNA sentezini başlatmak için VPg'nin tirozin hidroksiline ihtiyaç vardır. Ancak pozitif iplikçikli RNA sentezinin başlatılması için CRE'ye bağlı VPg uridilasyonuna ihtiyaç vardır. Bu da VPg'nin bir kez daha primer olarak kullanıldığı anlamına gelir, ancak bu sefer şablon olarak bir cis-etkili replikasyon elementi (CRE) kullanarak iki üridin trifosfat ekler.[28][29]
Poliovirüsün CRE'si, ulaşılmamış baz eşli bir kök ve 61 nt'den oluşan bir son döngü olarak tanımlanır. CRE enterovirüslerde bulunur. Yüksek oranda korunmuş bir ikincil RNA yapısal elemanıdır ve genomun poliprotein kodlama bölgesinde yer alır.
Kompleks, genomun kodlama aktivitesi olmayan 5' bölgesine, başlangıç konumundan en az 3,7 kb uzakta yer değiştirebilir. Bu süreç, aktiviteyi olumsuz etkilemeden gerçekleşebilir. CRE kopyaları replikasyonu olumsuz etkilemez.
CRE'de gerçekleşen VPg'nin üridilasyon süreci, bir RNA bağlayıcı protein olan 3CDpro'nun varlığına ihtiyaç duyar. CRE'ye doğrudan ve spesifik olarak bağlanır. Varlığı sayesinde VPg CRE'ye düzgün bir şekilde bağlanabilir ve primer üretim sorunsuz bir şekilde ilerler.[30]
(+) RNA moleküllerinin bazıları daha ileri (-) RNA sentezi için şablon olarak kullanılır, bazıları mRNA olarak işlev görür ve bazıları da yavru virionların genomları olmaya adaydır.[25]
Yeni virüs partiküllerinin birleştirilmesinde (yani, progen genomunun konak hücre dışında hayatta kalabilen bir prokapsit içine paketlenmesi), sırasıyla:[31]
Tamamen bir araya gelmiş poliovirüs, kültürlenmiş memeli hücrelerinde enfeksiyonun başlamasından 4 ila 6 saat sonralizis yoluyla konakçı hücresinin sınırlarını terk eder.[32][33] Hücreden viral salınım mekanizması belirsizdir,[2] ancak ölen her hücre 10.000 kadar polio virionu salabilir.[33]
Poliovirüsün çoklu reaktivasyona uğrayabildiğini gösterilmiştir.[34] Yani, poliovirüslerUV ışığınamaruz kaldığında ve konak hücrelerin birden fazla enfeksiyon geçirmesine izin verildiğinde, tek enfeksiyonlarda virüsü inaktive eden UV dozlarında bile canlı döller oluşabilir. Poliovirüs, aynı konak hücrede en az iki viral genom bulunduğundagenetik rekombinasyona uğrayabilir. Kirkegaard ve Baltimore,[34]RNA'ya bağımlı RNA polimerazın (RdRP) rekombinasyonu, RdRP'nin negatif iplik sentezi sırasında(+) ssRNA şablonları arasında geçiş yaptığı bir kopya seçim mekanizması ile katalize ettiğine dair kanıt sunmuştur. RNA virüslerinde rekombinasyon, genom hasarını onarmak için uyarlanabilir bir mekanizma gibi görünmektedir.[35][36]
Poliovirüs yapısal olarak diğer insan enterovirüslerine (koksakivirüsler,ekovirüsler verinovirüsler) benzemektedir ve bunlar da konakçı hücreleri tanımak ve onlara girmek için immünoglobulin benzeri moleküller kullanmaktadır.[13] Poliovirüsün RNA ve protein dizilerininfilogenetik analizi, kapsit içindeki bir mutasyonla ortaya çıkan bir C kümesiKoksaki A virüs atasından evrimleşmiş olabileceğini düşündürmektedir.[37] Poliovirüsün farklıtürleşmesi muhtemelen C-kümesi Coxsackie A virüsleri tarafından kullanılanhücreler arası adezyon molekülü-1'den (ICAM-1) CD155'e hücresel reseptör özgüllüğündeki bir değişikliğin sonucu olarak meydana gelmiştir; bu da patojenitede bir değişikliğe yol açmış ve virüsün sinir dokusunu enfekte etmesine izin vermiştir.
Virüstekimutasyon oranı, 1,0 x 10-2 sübstitüsyon/site/yıl eşanlamlı sübstitüsyon oranı ve 3,0 x 10-4 sübstitüsyon/site/yıl eşanlamlı olmayan sübstitüsyon oranı ile bir RNA virüsü için bile nispeten yüksektir.[38] Genom içindeki baz dağılımı rastgele değildir;adenozin 5' ucunda beklenenden daha az yaygındır ve 3' ucunda daha yüksektir.[39]Kodon kullanımı rastgele değildir, adenozin ile biten kodonlar tercih edilirkensitozin veyaguanin ile bitenlerden kaçınılır. Kodon kullanımı üçgenotip arasında farklılık gösterir ve seçilimden ziyade mutasyon tarafından yönlendiriliyor gibi görünmektedir.[40]
Poliovirüsün üç serotipi olan PV-1, PV-2 ve PV-3'ün her biri biraz farklı bir kapsit proteinine sahiptir. Kapsit proteinleri hücresel reseptör özgüllüğünü ve virüs antijenitesini tanımlar. PV-1 doğada en sık rastlanan formdur, ancak her üç form da son derece bulaşıcıdır.[4] Mart 2020 itibarıyla, vahşi PV-1 Pakistan ve Afganistan'daki bölgelerde oldukça lokalize olmuştur. En son 1999'da tespit edilen yabani PV-2 için Eylül 2015'te[41] ve en son 2012'de tespit edilen yabani PV-3 için Ekim 2019'da yerel bulaşmanın ortadan kaldırıldığının belgelendirilmesi gerçekleşmiştir.[42]
Çocuk felcine karşı aşı hazırlamak için her serotipin spesifik suşları kullanılmaktadır. İnaktif çocuk felci aşısı, Mahoney veya Brunenders (PV-1), MEF-1/Lansing (PV-2) ve Saukett/Leon (PV-3) olmak üzere üç vahşi, virülan referans suşunformalin ile inaktive edilmesiyle hazırlanır. Oral polio aşısı, üç poliovirüs serotipinin canlızayıflatılmış suşlarını içerir. Virüs suşlarının maymun böbrek epitel hücrelerinde pasajlanması, viral IRES'te mutasyonlar meydana getirir ve virüsün sinir dokusunu enfekte etme yeteneğini engeller (veya zayıflatır).[33]
Poliovirüsler eskidenPicornaviridae familyasındakiEnterovirüs cinsine ait ayrı bir tür olarak sınıflandırılmaktaydı. 2008 yılındaPoliovirüs türü ortadan kaldırılmış ve üç serotip,Picornaviridae familyasındakiEnterovirüs cinsinde yer alanİnsan enterovirüs C (daha sonraEnterovirüs C olarak yeniden adlandırılmıştır) türüne atanmıştır.Enterovirüs cinsinin tip türüPoliovirüs'ten (İnsan)Enterovirüs C olarak değiştirilmiştir.[43]
Herhangi bir virüs için enfeksiyonun birincil belirleyicisi, bir hücreye girme ve ek bulaşıcı partiküller üretme yeteneğidir. CD155'in varlığının poliovirüs tarafından enfekte edilebilecek hayvan ve dokuları tanımladığı düşünülmektedir. CD155 (laboratuvarlar dışında) sadece insanların, yüksekprimatların veEski Dünya maymunlarının hücrelerinde bulunur. Bununla birlikte, poliovirüs kesinlikle bir insan patojenidir ve doğal olarak başka hiçbir türü enfekte etmez (şempanzeler ve Eski Dünya maymunları deneysel olarak enfekte edilebilmesine rağmen).[44]
CD155 genipozitif seçilime maruz kalmış gibi görünmektedir.[45] Protein, D1 alanının polio virüsü bağlanma bölgesini içerdiği birkaç alana sahiptir. Bu alan içerisinde 37amino asit virüsün bağlanmasından sorumludur.
Poliovirüs birenterovirüstür. Enfeksiyonfekal-oral yolla gerçekleşir, yani kişi virüsü yutar ve viral replikasyongastrointestinal sistemde gerçekleşir.[46] Virüs, enfekte bireylerindışkısıyla atılır. Vakaların %95'inde sadece birincil, geçici birviremi (kan dolaşımında virüs) varlığı meydana gelir ve poliovirüs enfeksiyonuasemptomatiktir. Vakaların yaklaşık %5'inde virüskahverengi yağ,retiküloendotelyal doku vekas gibi diğer bölgelere yayılır ve çoğalır. Devam eden viral replikasyon sekonder viremiye neden olur ve ateş, baş ağrısı ve boğaz ağrısı gibi minör semptomların gelişmesine yol açar.[47]
Paralitik poliomyelit, poliovirüs enfeksiyonlarının %1'inden daha azında görülür. Paralitik hastalık, virüsmerkezi sinir sistemine (MSS) girdiğinde veomurilik,beyinsapı veyamotor korteks içindekimotor nöronlarda çoğaldığında ortaya çıkar ve motor nöronların seçici olarak tahrip olmasına neden olarak geçici veya kalıcıfelce yol açar. Bu, annelerinden edindikleri anti-poliovirüs antikorlarına hala sahip olan bebeklerde çok nadir görülen bir olaydır.[48]
Nadir durumlarda, paralitik poliomyelit solunum durmasına ve ölüme yol açar. Paralitik hastalık vakalarında, güçsüzlük ve felç başlamadan önce sıklıkla kas ağrısı ve spazmlar görülür. Felç tipik olarak iyileşmeden önce günlerden haftalara kadar devam eder.[49]
Birçok açıdan, enfeksiyonunnörolojik fazının normal gastrointestinal enfeksiyonun tesadüfi bir sapması olduğu düşünülmektedir.[17] Poliovirüsün MSS'ye giriş mekanizmaları tam olarak anlaşılamamıştır. Girişi açıklamak için birbirini dışlamayan üç hipotez öne sürülmüştür. Tüm teoriler primer viremi gerektirmektedir.
İlk hipotez, virionların CD155'ten bağımsız olarakkan-beyin bariyerini geçerek doğrudan kandan merkezi sinir sistemine geçtiğini öngörmektedir.[50] İkinci bir hipotez, virionların viremik kanla yıkanan periferik dokulardan, örneğin kas dokusundan,retrograd aksonal taşıma yoluyla sinir yolları üzerinden omuriliğe taşındığını öne sürer.[51][52][53] Üçüncü bir hipotez ise virüsün enfektemonositler ya damakrofajlar aracılığıyla MSS'ye ithal edildiği yönündedir.[11]
Poliomyelit, merkezi sinir sisteminin bir hastalığıdır. Bununla birlikte, CD155'in çoğu veya tüm insan hücrelerinin yüzeyinde mevcut olduğuna inanılmaktadır. Bu nedenle, reseptör ekspresyonu poliovirüsün neden tercihen belirli dokuları enfekte ettiğini açıklamaz. Bu da dokutropizminin hücresel enfeksiyondan sonra belirlendiğini düşündürmektedir. Son çalışmalar,tip I interferon yanıtının (özellikle interferon alfa ve beta) hangi hücre tiplerinin poliovirüs replikasyonunu desteklediğini tanımlayan önemli bir faktör olduğunu öne sürmüştür.[54] CD155 eksprese eden (genetik mühendisliği yoluyla) ancak tip I interferon reseptörü bulunmayan farelerde, poliovirüs sadece genişletilmiş bir doku tipi repertuarında çoğalmakla kalmaz, aynı zamanda bu fareler virüs ile oral yoldan enfekte olabilir.[55]
Poliovirüsbağışıklık sisteminden kaçmak için iki temel mekanizma kullanır. İlk olarak, midenin yüksekasidik koşullarında hayatta kalabilir ve virüsün konakçıya bulaşmasına velenfatik sistem yoluyla vücuda yayılmasına izin verir.[3] İkincisi, çok hızlı bir şekilde çoğalabildiği için virüs, bir bağışıklık yanıtı oluşturulamadan konak organları alt eder.[56] Bağlanma aşamasında ayrıntı verilirse virion yüzeyinde kanyonlar bulunan poliovirüs, kanyon tabanlarındaki ceplerde bulunan virüs bağlanma bölgelerine sahiptir. Kanyonlar antikorlar tarafından erişilemeyecek kadar dardır, bu nedenle virüs bağlanma bölgeleri konağın bağışıklık gözetiminden korunurken, viryon yüzeyinin geri kalanı konağın bağışıklık yanıtından kaçınmak için mutasyona uğrayabilir.[57]
Poliovirüse enfeksiyon yoluyla ya daçocuk felci aşısı ilebağışıklık kazanarak maruz kalan bireylerbağışıklık geliştirir. Bağışık bireylerde, poliovirüse karşıantikorlarbademciklerde vegastrointestinal sistemde bulunur (özellikleIgA antikorları) ve poliovirüs replikasyonunu engelleyebilir; poliovirüse karşıIgG veIgM antikorları virüsün merkezi sinir sisteminin motor nöronlarına yayılmasını önleyebilir.[33] Bir poliovirüs serotipi ile enfeksiyon diğer serotiplere karşı bağışıklık sağlamaz; ancak aynı bireyde ikinci ataklar son derece nadirdir.[58]
İnsanlar poliovirüsün bilinen tek doğal konakçıları olmasına rağmen, maymunlar deneysel olarak enfekte edilebilir ve poliovirüsü incelemek için uzun süredir kullanılmaktadırlar. 1990-91 yıllarında iki laboratuvar tarafından küçük bir hayvan poliomyelit modeli geliştirilmiştir. Fareler, poliovirüse karşı bir insan reseptörü (hPVR) ifade edecek şekildetasarlandı.[59][60]
Normal farelerin aksine,transgenik poliovirüs reseptörlü (TgPVR) farelerintravenöz veyaintramüsküler olarak enjekte edilen poliovirüse ve doğrudanomuriliğe veyabeyne enjekte edildiğinde duyarlıdır.[61] Enfeksiyon üzerine, TgPVR fareleri insanlarda ve maymunlarda görülen poliomyelit belirtilerine benzeyen felç belirtileri gösterir ve felçli farelerin merkezi sinir sistemlerihistositokimyasal olarak insanların ve maymunlarınkine benzer. İnsan poliovirüs enfeksiyonunun bu fare modelinin poliovirüs biyolojisi ve patojenitesinin anlaşılmasında çok değerli bir araç olduğu kanıtlanmıştır.[62]
Üç farklı TgPVR fare türü iyi çalışılmıştır:[63]
Yakın zamanda dördüncü bir TgPVR fare modeli geliştirilmiştir. Bu "cPVR" fareleri, bir β-aktinpromotörü tarafından yönlendirilen hPVRcDNA taşımaktadır ve intraserebral, intramüsküler ve intranazal yollarla poliovirüse duyarlı oldukları kanıtlanmıştır. Ayrıca, bu fareler intranazal aşılamadan sonraçocuk felcinin bulbar formunu geliştirebilmektedir.[64]
TgPVR faresinin geliştirilmesinin oral poliovirüs aşısı (OPV) üretimi üzerinde derin bir etkisi olmuştur. Daha önce OPV'nin güvenliğinin izlenmesi maymunlar kullanılarak yapılmak zorundaydı, çünkü sadece primatlar virüse karşı duyarlıydı. 1999 yılındaDünya Sağlık Örgütü, TgPVR faresinin poliovirüs tip-3'e karşı aşının etkinliğini değerlendirmek için alternatif bir yöntem olarak kullanılmasını onayladı. 2000 yılında fare modeli, tip-1 ve tip-2 poliovirüse karşı aşıların test edilmesi için onaylanmıştır.[65]
1981 yılında Racaniello ve Baltimorerekombinant DNA teknolojisini kullanarak bir hayvan RNA virüsü olan poliovirüsün ilk bulaşıcıklonunu üretmiştir. Poliovirüsün RNA genomunu kodlayan DNA, kültürlenmiş memeli hücrelerine eklenmiş ve bulaşıcı poliovirüs üretilmiştir.[66] Bulaşıcı klonun oluşturulması, poliovirüs biyolojisinin anlaşılmasını sağladı ve diğer birçok virüsün incelenmesinde kullanılan standart bir teknoloji haline geldi.
2002 yılındaStony Brook ÜniversitesindenEckard Wimmer'in grubu, poliovirüsü kimyasal kodundan sentezlemeyi başararak dünyanın ilk sentetik virüsünü üretti.[67] Bilim insanları ilk olarak poliovirüsün 7741 baz uzunluğundaki yayınlanmış RNA dizisini, DNA'nın sentezlenmesi daha kolay olduğu için bir DNA dizisine dönüştürdü. Bu DNA dizisinin kısa parçaları posta siparişiyle elde edildi ve birleştirildi. Viral genomun tamamı daha sonra birgen sentez şirketi tarafından bir araya getirildi.
Sentezlenen DNA'ya doğal poliovirüsten ayırt edilebilmesi için on dokuzbelirteç eklenmiştir. DNA'yı tekrar doğal hali olan RNA'ya dönüştürmek için enzimler kullanıldı. Daha sonra RNA'yı bir polipeptide çevirmek için başka enzimler kullanıldı ve işlevsel viral partikül üretildi. Tüm bu özenli süreç iki yıl sürdü.
Yeni basılan sentetik virüs, sentetik versiyonun hastalığa neden olup olamayacağını belirlemek için PVR transgenik farelere enjekte edildi. Sentetik virüs farelerde çoğalabildi, enfekte olabildi ve felce ya da ölüme neden olabildi. Bununla birlikte, sentetik versiyon, muhtemelen eklenen belirteçlerden biri nedeniyle orijinal virüsten 1000 ila 10.000 kat daha zayıftı.[68]
PoliovirüsünPVSRIPO adı verilen bir modifikasyonu, kanser için olası bir tedavi olarak erken klinik deneylerde test edilmiştir.[69][güncellenmeli]
