Alfaviirus

Genoom

Alfaviiruste genoomiks on üksikahelaline positiivse polaarsusega RNA molekul. Üldine genoomi pikkus on umbes 11 000 – 12 000 nukleotiidi ja selle otstes on 5’-cap ja 3’-polü(A) struktuurid. Alfaviiruste genoomis on kaks regiooni: struktuurne ja mittestruktuurne. Esimene asub 5'–otsas, on umbes 7000 nukleotiidi pikk, seega võrdne genoomi kahe kolmandikuga. Temast transleeritakse mittestruktuursete valkude prekursor (eelvalk) P1234, millest proteolüütilise protsessingu teel moodustuvad mittestruktuursed valgud nsP1, nsP2, nsP3 ja nsP4. Need proteiinid on alfaviiruste transkriptsioonikompleksi põhilised komponendid, lisaks vastutavad nad rakulise sünteesi mahasurumise eest. Teine regioon on umbes 4000 nukleotiidi pikk ning asub genoomi 3'–otsa kolmandikus. Ta on kollineaarne alfaviiruste subgenoomse RNA-ga, millest transleeritakse struktuursed proteiinid: nukleokapsiidne valk C, ümbrise valk E1 ja prekursoorne P62.

Struktuursed valgud

P62 eelvalgu proteolüütilise protsessingu käigus moodustuvad E2 ja E3 valgud. Koos E1 proteiiniga osalevad nad virioni pinna formeerumises. E1 ja E2 (mõnikord ka E3) glükoproteiinid on assotsieerunud ogasarnasteks E1-E2 heterodimeerideks või E1-E2-E3 heterotrimeerideks, kus E2 on ogade keskosades, E1 asub tippude vahel ja E3 (kui esineb) asub ogade distaalsetes osades. Need struktuurid on paigutatud membraani lipiidsesse kaksikkihti. E2 glükoproteiin läbib membraankesta ning tema nukleokapsiidipoolne domeen interakteerub nukleokapsiidvalguga vahekorras üks ühele. E2 välisdomeeni ülesandeks on sidumine retseptoritega rakupinnal. Rakku tungimisel stimuleerib alfaviirus endosoomi formeerumist, selle happelises keskkonnas E1 dissotseerub E2 valgust ja moodustab E1 homotrimeeri. Selline struktuur mängib põhilist rolli rakumembraani ja viiruse membraani ühinemises. Alfaviiruste glükoproteiin E1 on II klassi viiruslik fusioonvalk ning ta erineb struktuurselt I klassi fusiooni valkudest, mis leiduvad gripiviirustes ja HIV-is. Perifeerne E3 glükoproteiin kaob enamikul alfaviirustest viiruslike partiklite moodustumise käigus. Erandiks on Semliki metsa viirus, kus E3 jääb membraani koostisse. Nukleokapsiid sisaldab 240 kapsiidvalgu koopiaid.

Mittestruktuursed valgud

P1234 proteolüütilise protsessingu käigus moodustuvad nsP1, nsP2, nsP3 ja nsP4 valgud. Igal proteiinil on tsütoplasmas toimuvas viirusliku RNA transkriptsioonis ja rakulise sünteesi rikkumises oma spetsiifiline ülesanne. nsP1 mängib rolli miinus-ahelalise RNA sünteesi algatamises, on metüültransferaasse ja guanülüültransferaasse aktiivsustega. Tavaliselt on ta seotud membraanidega raku sees. nsP2 valgul on RNA-helikaasne ja proteaasne aktiivsus. Põhiliselt lokaliseerub see proteiin rakutuumas–umbes 50% kogu nsP2 hulgast. nsP3 valgu ülesandeid on veel vähe uuritud. Oletatakse, et tema C-domeen vastutab levimisvektori ja peremeesraku tüüpi äratundmise eest. nsP4 valgul on RNA-polümeraasne aktiivsus.

Märkused

Alfaviiruste perekond tekkis Uues Maailmas ja selle eelkäijateks olid taimsed viirused, mille ülekandmine toimus lülijälgsete vahendusel. Alfaviiruste hargnemine Uue ja Vana Maailma viirusteks toimus umbes 2000–3000 aastat tagasi. Barmah Foresti viirus on Semliki metsa viiruse sugulasliik. Middelburgi viirus, mis on klassifitseeritud iseseisvaks kompleksiks, kuulub oletatavasti Semliki metsa viiruse rühma. Venezuela hobuste entsefaliidi ja Ida hobuste entsefaliidi viiruste omavaheline lahknemine toimus umbes 1400 aastat tagasi. Sindbis viirus, mis on pärit Lõuna-Ameerikast, on hobuste entsefaliidi viiruste sugulasliik. Lõuna mereelevantide viirus kuulub Sindbis viiruse klaadi. Kalu nakatavad viirused moodustavad basaalse klaadi teistele alfaviiruste liikidele. Lääne hobuste entsefaliidi viirus on rekombinantne viirus, mis tekkis Ida hobuste entsefaliidi ja Sindbis'e viiruste rekombinatsiooni tulemusena. Sellel viirusel on Sindbis viirusest pärit E1 ja E2 valgud ja geneetilised regioonid, mis vastavad Ida hobuste entsefaliidi viirusele.

Diagnoosimine, epidemioloogia, tõrjumine ja kontroll

Diagnoosimine põhineb kliinilistel proovidel, kust on võimalik huvipakkuvat viirust isoleerida ja identifitseerida. Ohvride suremus on märkimisväärne: 30–70% Chikungunya viiruse puhul ja umbes 70% Ida hobuste entsefaliidi puhul. Infektsioon levib eelkõige laste ja vanade inimeste hulgas, selle põhjuseks on nõrgenenud immuunsüsteem (eriti lastel). Alfaviirused põhjustavad pikaajaliste antikehade tootmist, mis kaitsevad organismi kogu elu. Praegu puuduvad vaktsiinid selliste patogeenide vastu, seetõttu on lahenduseks putukate peletamine repellentide abil, kaitserõivaste kandmine ning viirusekandjate (näiteks moskiitode) elukohtade hävitamine.

Teadusuurimused

Alfaviirusi kasutatakse biomeditsiinilistes uuringutes. Näiteks Ross Riveri viirust, Sindbis viirust, Semliki metsa viirust ja Venezuela hobuste entsefaliidi viirust kasutatakse viirusvektorite arendamises, mida on võimalik rakendada geeniteraapias, onkoteraapias ja huvipakkuvate valkude sünteesis. Samuti pakkuvad huvi kimäärsed viirused, mille struktuurides on alfaviiruste ümbrised ja retroviiruste nukleokapsiidid – niinimetatud pseudotüüpi viirused. Sellised retroviiruste ja ka lentiviiruste pseudotüübid on võimelised sisestama oma geene peremeesrakku, mis on identifitseeritud alfaviiruste valkude E1 ja E2 poolt. Genoomi stabiilset integreerumist määrab ka retroviiruste nukleokapsiid. Tegelikult on alfaviiruste teraapias kasutamine piiratud nende märklaudrakkude äratundmise spetsiifilisusega. Antud asjaolu selgitamiseks sisestati E2 valgu struktuuri antikehade muutuvaid domeene ning määrati eripäraseid rakkude populatsioone. Teiseks takistuseks alfaviiruste kasutamisele on see, et mõned viiruslikud valgud põhjustavad apoptoosi. Need piirangud ei puuduta retroviiruste ja lentiviiruste pseudotüüpe, millel on alfaviirustest pärit ümbrised. Aga tuleb arvestada, et kui Sindbis viiruse membraanvalkude ekspressioon põhjustab apoptoosi, siis selliste valkude sisenemine peremeesrakku põhjustab ka pseudotüübiga nakatumisel raku surma. Sindbis viiruse membraani toksilisus ongi viirustiitrite madala produtseerimistaseme põhjuseks. Need tiitrid saadakse tavaliselt spetsiaalselt Sindbis pseudotüübi sünteesiks konstrueeritud rakkude liinis. 
Alfaviirustel on suur potentsiaal ka vaktsiinide arendamises. Sellised viirused on sobivad agendid replikonvektorite moodustamiseks, mille ülesanneteks on humoraalse ja T-rakkulise immuunvastuse indutseerimine. Neid on võimalik kasutada viiruslike, bakteriaalsete, algloomsete ja vähi antigeenide vastu vaktsineerimises.