Открытие интерферона и механизм его продукции клетками

В 1957 г. вирусологи - сотрудники Лондонского национального института англичанин Айзекс и швейцарец Линдеман случайно во время опытов открыли интерферон. Исследователи столкнулись с непонятным явлением: мыши, которых заражали определенными вирусами, не заболевали. Поиски причин этого явления показали, что мыши, не поддавшиеся заражению вирусами, в момент заражения уже болели другой вирусной инфекцией. Оказалось, что в организме мышей один из вирусов препятствует размножению другого. Это явление антагонизма вирусов назвали английским словом "интерференция", что означает "помеха", "препятствие". Оно отмечается при введении в организм двух вирусов одновременно или с интервалом не более 24 часов. Исследователи предположили, что в этой борьбе вирусов участвует белок. Соответствующий низкомолекулярный белок был обнаружен и назван интерфероном.

Интерферон найден у всех позвоночных животных, причем у различных видов животных интерферон различен; он максимально активен лишь в клетках того вида животных, от которых получен.

При заражении вирус начинает размножаться, и одновременно клетка-хозяин начинает продуцировать интерферон. Интерферон выходит из клетки, вступает в контакт с соседними клетками и делает их невосприимчивыми к вирусу. Он действует, запуская цепь событий, приводящих к подавлению синтеза вирусных белков и (в некоторых случаях) сборки и выхода вирусных частиц. Таким образом, интерферон не обладает прямым противовирусным действием, но вызывает такие изменения в клетке, которые препятствуют размножению вируса. Интерферон вырабатывается также в ответ на внедрение в клетку любых генетически чуждых агентов (антигенов), чужеродных белков и нуклеиновых кислот.

Интерферон неспецифичен, он универсален, действует не избирательно против какого-то вируса, а защищает организм от любых вирусов. Как известно, организм для защиты от антигенов вырабатывает высокоэффективные антитела. Антитела вырабатываются только определенными клетками иммунной системы и действуют против вирусов строго избирательно и "начинают поступать в кровь лишь через несколько дней после заражения. Интерферон же защищает организм уже в первые часы после заражения, "пока не подтянутся основные защитные силы - антитела, направленные уже непосредственно против вторгшихся вирусов".

Клетка, пораженная вирусом, выделяет интерферон в качестве противовирусного вещества к соседним клеткам, мобилизуя их на борьбу с размножающимся вирусом. Установлено, что интерферон не проникает в клетку, а связывается с особыми рецепторами на мембране. Интерферон воздействует на мембраны выделившей его клетки и соседних клеток. Соединяясь с рецепторами мембраны, интерферон вызывает внутриклеточную продукцию веществ, подавляющих размножение вирусов, воздействует на аппарат клетки так, что она становится непригодной для размножения вирусов.

Пораженная вирусом клетка погибает из-за проникновения в нее вируса, но при этом усиливает защиту соседних клеток от вирусов. Выделяемый погибающей клеткой интерферон преследует вирусы, защищая соседние клетки. После контакта с интерфероном каждая клетка погибает вместе с проникшим в нее вирусом, но вирус при этом не оставляет потомства. Как выяснилось, интерферон представляет из себя гликопротеин, 1) не очень высокого молекулярного веса, 2) устойчив к низким значениям pH от ряда других белков. Это облегчает выделение его из различных других материалов.

Как было показано, при изучении его действии на вирусы, он не обладает никаким противовирусным эффектом. В плане: он не влияет на биологическую активность вирусов при обработке интерфероном, он не вызывает никаких воздействий на процесс адсорбции вирусов на клетки, не влияет на отдельные стадии внутриклеточной репродукции, выход вируса. Возникает интерферон в клетках при различных вирусных инфекциях. И первое представление сводилось к тому, что вирусная инфекция индуцирует в клетках интерферон. Это предполагает, что раз это белок, то в клетках должен быть ген, соответствующий, детерминирующий структуру этого белка. Но в отсутствии вирусной инфекции интерферона нет, надо полагать, что данный ген зарепресирован и вирусная инфекция каким-то образом снимает репрессию. Но как было показано в последующем, индукцию синтеза интерферона можно вызвать не только вирусной инфекцией, но и действуя на клетку двухнитиевых РНК, некоторых бактериальных веществ – так что ряд факторов способны индуцировать синтез интерферона.

Но то, что вирусы индуцируют интерферон, связано с тем, что репродукции вируса практически у всех вирусов имеется стадия появления двухнитевых РНК, даже у ДНК-содержащих вирусов. Ну видимо, при синтезе тех же самых иРНК, тРНК, в клетке образуются какие-то двунитиевые молекулы при вирусной инфекции и эти двунитевые РНК являются хорошим индуктором интерферона.

Постольку поскольку, сам интерферон непосредственно на вирус не действует, то было высказано предположение, что в процессе воздействия интерферона в клетке возникают, так сказать, антивирусные состояния. Когда окружающая ситуация, внешняя среда, не способствует процессам репродукции вируса.

Было показано, что если воздействовать на клетку интерфероном и блокировать синтез белка в клетке, в частности, обработкой хлормицином, то интерферон не образуется. Это позволило сделать вывод, что в процессе индукции интерферона в клетке синтезируется нейкий белок, получивший название ITP (ingibithion translation protein – белок, ингибирующий трансляцию), и в результате активности данного белка блокируется, главным образом, процесс трансляции. Т.е. образование белков, в частности, вирусно-ДНКовых. Поэтому вирус не может синтезировать и репродуцироваться в таких условиях.

Изучение природы этих белков, которые возникают при синтезе интерферона, или при воздействии интерферона на клетку, показало, что основными белками, которые образуются в процессе возникновения антивирусного состояния в клетке являются: протеинкиназа, фосфорилирующая фактор инициации трансляции, IF2, и эта протеинкиназа, инактивирует фактор инициации трансляции. Но эта протеинкиназа активна только в присутствии двунитевой РНК. Значит каким-то образом двунитевая РНК активирует данный фермент.

Вторым ферментом является особый фермент олигоаденилатсинтетаза. Олигоаденилатсинтетаза вызывает образование олигонуклеотидов (адениловых), которые соединяются в короткую цепочку, порятка там 12-15ти нуклеотидов. И связь между этими нуклеотидами осуществляется не в как нормальных н.к. 3/ одного сахара с 5/ другого сахара, а связь возникает между 2/ углеродом и 5/ углеродом. И вот такого рода олигонуклеотиды, опять же в присутствии двунитиевой РНК, активируют специфическую рибонуклеазу (РНК-азу L) (L – от слова latent – скрытый), которая в нормальных условиях неактивна, и эта активированная L – РНК-аза режет однонитевую РНК в том числе, значит, и иРНК.

Вот эти два важных фермента и обеспечивают возникновение в клетке антивирусного состояния – блокируются и в первом и во втором случае блокируются этапы трансляции, когда отсутствует иРНК и когда блокируется начальная стадия инициации процесса трансляции.

Кроме этого, было показано, что в процессе действия интерферона формируются неактивные вирусные частицы. Таким образом, был сделан вывод, на основании этого фактора, что каким-то путём интерферон влияет на процессы сборки вирусных частиц, т.е на завершении конечной стадии формировании вирионов, а может быть влияет ещё на процесс выхода вирионов из клетки.

В природе существует несколько интерферонов α- интерферон, β- интерферон и γ- интерферон. Ну об этих интерферонах и их специфике что и как они продуцируют вы познакомитесь уже в курсе иммунологии.

Следует отметить такой фактор, что вирусная инфекция индуцирующая синтез интерферона в клетке, не приводит к защите клетки, инфицированной, от вируса. В этой клетке, не смотря на синтез интерферона, вирус продолжает репродуцироваться. Но в силу своего низкого молекулярного веса, интерферон способен высвобождаться из клетки и взаимодействовать с соседними, не заражёнными вирусами, клетками, индуцируя в них уже синтез интерферона. И уже эти клетки, в которых индуцируются возникновения антивирусного состояния оказываются устойчивыми к заражению высвобождающимся вирусными частицами из первично инфицированных клеток. Иными словами, заражённая клетка погибает, но, так образно выражаясь, приносит себя в жертву остальным клеткам, спасая организм от вирусной инфекции.

По-началу предполагалось, что интерферон проникает в клетку и там уже каким-то образом, индуцирует антивирусное состояние. Но при более подробном изучении механизма взаимодействии интерферона было выяснено, что клетки имеют поверхностные рецепторы, специфически связывающиеся с интерфероном, с молекулами интерферона. И это связывание, как обычное взаимодействие лиганда с рецептором, приводит к возникновению поверхностной структуры сигнала, передающегося в ядро, и снимающего репрессию с соответствующих генов. Генов, которые детерминируют структуру протеинкиназы (разрушает фактор инициации синтеза белка с матричной РНК, что подавляет белковый синтез) и аденилатсинтетазы (вызывает синтез веществ разрушающих вирусную РНК). Довольно интересный факт был выявлен так же при изучении индукции интерферона различными вирусами. Оказывается индуцированные в антивирусных состояниях в клетке, индуцированные обмен вирусов защищает её от заражения других вирусов. Т.е действие антивирусные действия интерферона не вирусоспецифичны. Однако, интерфероны характеризуются ярко выраженной видоспецифичностью. Потому что специфичность действия интерферона определяетс наличием специфических рецепторов. (лекция 13 ил 3)

Две стадии можно выделить действия интерферона на вирусы. Первая стадия: продукция интерферона, вторая стадия: действии интерферона. Продуцируется интерферон в одной клетке, которая инфицируется вирусом или каким-то индуктором синтеза интерферона, т.е. РНК-содержащие вирусы естественно в процессе эволюции у них образуются двунитиевые РНК и она является множественным индуктором в синтезе интерферона.

Но при продукции ДНК-содержащих вирусов тоже возникает некоторое количество двунитевых РНК и из-за них тоже индуцируется синтез интерферона. Значит двунитиевая РНК снимает репрессию с гена детерминирующего структуру интерферона, синтезируется иРНК, которая транслируется и образуется интерферон. И этот интерферон не может влиять на завершение вирусной инфекции. Синтезируются полноценные вирусы, которые заражают близлежащие клетки. Но интерферон диффундируя с первой клетки, где осуществлялся его синтез, взаимодействует с рецепторами интерферона и ведущие сигналы запускают экспрессию как минимум двух генов. 2/5/олигоаденилат-синтетаза, которая в присутствии двунитиевой РНК активирует ДНКазу L. И ДНКаза L режет однонитиевую ДНК вируса, либо его информационную РНК. Вирус естественно не репродуцируется.

Протеинкиназа фосфорилируя α и IF2 факторы инициации тоже блокирует трансляцию иРНК вируса. И, наконец, под вопросом, каким-то образом интерферон может влиять на выход вируса, частиц влияемых действия. Естественно полагать, что однонитиевая РНК вируса, иРНК вируса или иРНК клетки – мало чем отличаются в своей пространственной организации и такая РНК-аза будет резать и вирусные н.к. и клеточные. И клета эта может всё-таки погибнуть. Но дальше уже вирус распространятся не может.

(лекция 13 ил 4) Это РНК-содержащие ретровирусы, можно влиять… чем-то на процесс абсорбции вируса на чувствительных к нему клетках иммунной системы. Таким образом, предохраняет развитие заболевания.

Влияние на обратную транскриптазу, обеспечивающая формирование ДНК-интермедиата. Затем процесс интеграции ДНК копии в хромосому клетки, которую, собственно, тоже можно каким-то путём избирательным ингибировать. Значит там интегразы работают специфические. Можно воздействовать, опять же, определённым образом на регуляторный ген, Tab ген, который был открыт сравнительно недавно, обнаружен в геноме ретровирусов, в частности в геноме вируса иммунодефицита. И, таким образом, блокирует экспрессию вирусных и других генов.

Дальше на процесс транскрипции могут влиять лив(б)оверин, интерфероны, Интерферон влияет на процесс трансляции так же под вопросом на сборку вирусных частиц.

Ну, это так наиболее вероятные пути предотвращения развития вируса в инфицированных клетках.

Дата добавления: 2014-12-24