معلومة

9.10A: فيروسات الحمض النووي الريبي المزدوجة - الفيروسات القهقرية - علم الأحياء

9.10A: فيروسات الحمض النووي الريبي المزدوجة - الفيروسات القهقرية - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الفيروسات القهقرية هي فيروسات قادرة على عكس نسخ جينوم الحمض النووي الريبي الخاص بها إلى الحمض النووي ، والذي يتم دمجه بعد ذلك في جينوم المضيف.

أهداف التعلم

  • التعرف على السمات الفريدة للفيروسات القهقرية

النقاط الرئيسية

  • في شكل RNA مزدوج تقطعت به السبل ، تصيب الفيروسات القهقرية خلية مضيفة بجينومها ، ثم يتم نسخها عكسيًا إلى DNA مزدوج تقطعت به السبل ، مع دمج الحمض النووي في جينوم الخلية المنزلية.
  • عندما يتم دمج الفيروس الارتجاعي في جينوم مضيف ، يصعب اكتشافه ويمكن أن يظل كامنًا لفترات طويلة ، دون أن يكون له تأثير ملحوظ على المضيف.
  • يمكن أن تكون الفيروسات القهقرية من مسببات الأمراض البشرية ، وتسبب العديد من الأمراض ، ولكنها أثبتت أيضًا أنها أدوات لا تقدر بثمن عند استخدامها من قبل علماء الأحياء الجزيئية.

الشروط الاساسية

  • النسخ العكسي: إنزيم يحفز تكوين الحمض النووي من الحمض النووي الريبي ؛ وجدت في الفيروسات القهقرية.
  • ناقل صغير جدا: جزء من الحمض النووي يمكن أن ينتقل إلى موضع مختلف داخل الجينوم.
  • تكامل: أي إنزيم يدمج الحمض النووي الفيروسي في الخلية المصابة.

الفيروس القهقري هو فيروس RNA يتكرر في خلية مضيفة باستخدام إنزيم النسخ العكسي لإنتاج الحمض النووي من جينوم الحمض النووي الريبي الخاص به. ثم يتم دمج الحمض النووي في جينوم المضيف عن طريق إنزيم متكامل. يتكاثر الفيروس بعد ذلك كجزء من الحمض النووي للخلية المضيفة. الفيروسات القهقرية هي فيروسات مغلفة تنتمي إلى العائلة الفيروسية Retroviridae. نوع خاص من الفيروسات القهقرية هو الفيروسات القهقرية الذاتية ، والتي يتم دمجها في جينوم المضيف وتورث عبر الأجيال. الفيروسات القهقرية الذاتية هي نوع من الينقولات.

يخزن الفيروس نفسه حمضه النووي في شكل جينوم الرنا المرسال ويعمل كوسيلة لإيصال هذا الجينوم إلى الخلايا التي يستهدفها كطفيلي ملزم (طفيلي لا يمكنه العيش بدون مضيفه). تشكل عملية توصيل الجينوم إلى الخلايا العدوى. بمجرد دخولها إلى خلية المضيف ، تخضع خيوط الحمض النووي الريبي لنسخ عكسي في السيتوبلازم ويتم دمجها في جينوم المضيف ، وعند هذه النقطة يُشار إلى الحمض النووي الفيروسي على أنه فيروس طليعي. يصعب اكتشاف الفيروس حتى يصيب المضيف ، حيث يمكن للفيروس أن يبقى لأشهر أو حتى سنوات قبل أن يصبح نشطًا ويصنع جزيئات فيروسية معدية جديدة.

في معظم الفيروسات ، يتم نسخ الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي ، ثم يتم تحويل الحمض النووي الريبي إلى بروتين. ومع ذلك ، تعمل الفيروسات القهقرية بشكل مختلف. يتم نسخ الحمض النووي الريبي الخاص بهم بشكل عكسي إلى الحمض النووي ، والذي يتم دمجه في جينوم الخلية المضيفة (عندما يصبح طاهر الفيروس) ، ثم يخضع لعمليات النسخ والترجمة المعتادة للتعبير عن الجينات التي يحملها الفيروس. لذلك ، يتم استخدام المعلومات الواردة في الجين الفيروسي لتوليد البروتين المقابل عبر التسلسل: RNA → DNA → RNA → protein. يمكن أن تكون الفيروسات القهقرية من مسببات الأمراض للعديد من المضيفين المختلفين ، بما في ذلك البشر. من الفيروسات القهقرية البارزة فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) ، وهو الفيروس المسؤول عن متلازمة نقص المناعة المكتسب (الإيدز). بالإضافة إلى إصابة المضيف ، يمكن لبعض الفيروسات القهقرية أن تسبب السرطان.

أخيرًا ، أثبتت الفيروسات القهقرية أنها أدوات بحث قيمة في البيولوجيا الجزيئية وقد تم استخدامها بنجاح في أنظمة توصيل الجينات.


فيروس RNA

ان فيروس RNA هو فيروس يحتوي على الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) كمادة وراثية. [1] عادة ما يكون الحمض النووي عبارة عن رنا أحادي الشريطة (ssRNA) ولكنه قد يكون عبارة عن رنا مزدوج الشريطة (dsRNA). [2] تشمل الأمراض البشرية الملحوظة التي تسببها فيروسات الحمض النووي الريبي نزلات البرد والإنفلونزا والسارس وفيروس كورونا وفيروس كورونا COVID-19 وفيروس حمى الضنك والتهاب الكبد C والتهاب الكبد E وحمى غرب النيل ومرض فيروس الإيبولا وداء الكلب وشلل الأطفال والنكاف والحصبة. .

تصنف اللجنة الدولية لتصنيف الفيروسات (ICTV) فيروسات الحمض النووي الريبي على أنها تنتمي إلى المجموعة الثالثة, المجموعة الرابعة أو المجموعة الخامسة من نظام تصنيف بالتيمور لتصنيف الفيروسات ولا يعتبر الفيروسات ذات الوسيط DNA في دورة حياتها كفيروسات RNA. [3] تسمى الفيروسات التي تحتوي على الحمض النووي الريبي كمادة وراثية ، والتي تشمل أيضًا وسيطة الحمض النووي في دورة تكرارها ، الفيروسات القهقرية ، وتشمل المجموعة السادسة من تصنيف بالتيمور. تشمل الفيروسات القهقرية البشرية الملحوظة HIV-1 و HIV-2 ، سبب مرض الإيدز.

تشكل جميع فيروسات الحمض النووي الريبي (RNA) التي تشفر بوليميراز RNA الموجه من RNA ، والمعروفة اعتبارًا من مايو 2020 ، مجموعة monophyletic تُعرف الآن باسم المجال ريبوفيريا. [4] تقع غالبية فيروسات الرنا في المملكة Orthornavirae والبقية لها موقع لم يتم تحديده بعد. [5] لا يحتوي العالم على جميع فيروسات RNA: دلتافيروس, أسونفيرويداي، و Pospiviroidae هي أصناف من فيروسات الحمض النووي الريبي التي تم تضمينها عن طريق الخطأ في عام 2019 ، [أ] ولكن تم تصحيحها في عام 2020. [6]


بدء العدوى

لإصابة خلية ما ، يجب أن يلتصق الفيروس بسطح الخلية ، ويخترق الخلية ، ويصبح غير مغطى بما يكفي لجعل جينومه متاحًا للآلات الفيروسية أو المضيفة للنسخ أو الترجمة.

مرفق

يشكل الارتباط ارتباطًا محددًا لبروتين فيريون (مضاد مستقبلات) بمكون من سطح الخلية (المستقبل). المثال الكلاسيكي لمضاد المستقبل هو هيماجلوتينين لفيروس الأنفلونزا (فيروس أورثومي إكس). يتم توزيع مضادات المستقبلات في جميع أنحاء أسطح الفيروسات التي تصيب الخلايا البشرية والحيوانية. قد تحتوي الفيروسات المعقدة مثل فيروس الهربس البسيط (فيروس الهربس) على أكثر من نوع واحد من الجزيء المضاد للمستقبلات. قد تؤدي الطفرات في الجينات التي تحدد المستقبلات المضادة إلى فقدان القدرة على التفاعل مع مستقبلات معينة. المستقبلات الخلوية التي تم تحديدها حتى الآن هي بروتينات سكرية إلى حد كبير ، ولكنها تشمل حمض السياليك وكبريتات الهيباران.

يتطلب التعلق أيونات بتركيزات كافية لتقليل التنافر الكهروستاتيكي ، ولكنه يعتمد إلى حد كبير على درجة الحرارة والطاقة. إن قابلية الخلية للتأثر محدودة بتوافر المستقبلات المناسبة وليس كل الخلايا في المستقبلات المعبر عنها للكائن الحساس. تفتقر خلايا الكلى البشرية إلى مستقبلات فيروس شلل الأطفال عندما تكون موجودة في العضو ، ولكن تظهر المستقبلات عندما تنتشر الخلايا الكلوية في مزرعة الخلايا. لا ينبغي الخلط بين القابلية للتساهل. في حين أن خلايا الصيصان لا تتأثر بشلل الأطفال لأنها تفتقر إلى مستقبلات الارتباط بالفيروس ، إلا أنها متساهلة تمامًا لأنها تنتج فيروسات معدية بعد انتقال العدوى باستخدام الحمض النووي الريبي الفيروسي السليم المستخرج من جزيئات فيروس شلل الأطفال. ارتباط الفيروسات بالخلايا في بعض الحالات (على سبيل المثال ، فيروسات بيكورنا تؤدي إلى تغييرات لا رجعة فيها في بنية الفيروس. وفي حالات أخرى ، إذا لم يحدث الاختراق ، يمكن للفيروس أن ينفصل عن نفسه ويمتص لخلية مختلفة. orthomyxoviruses وبعض الفيروسات المخاطانية التي تحمل النورامينيداز على سطحها ، ويمكن لهذه الفيروسات أن تتخلص من مستقبلاتها عن طريق شق حمض النورامينيك من سلاسل عديد السكاريد في المستقبلات.

اختراق

الاختراق هو خطوة تعتمد على الطاقة. يحدث على الفور تقريبًا بعد التعلق ويتضمن إحدى الآليات الثلاث ، أي (أ) انتقال الفيروس عبر غشاء البلازما ، (ب) الالتقام الخلوي لجزيء الفيروس مما يؤدي إلى تراكم الفيروسات داخل الفجوات السيتوبلازمية و (ج) اندماج الفيروس. الغشاء الخلوي مع غلاف virion. تخترق الفيروسات غير المغلفة بواسطة الآليتين الأوليين. على سبيل المثال ، في سياق امتصاص فيروس شلل الأطفال للخلية ، يتم تعديل القفيصة وتفقد سلامتها حيث يتم نقلها إلى السيتوبلازم. في حالة الفيروسات التي تخترق نتيجة اندماج مظاريفها مع غشاء البلازما (على سبيل المثال ، فيروسات الهربس) ، يبقى الغلاف في غشاء البلازما ، بينما تتسرب المكونات الداخلية إلى السيتوبلازم. يتطلب اندماج المغلفات الفيروسية مع غشاء البلازما تفاعل بروتينات فيروسية معينة في الغلاف الفيروسي مع البروتينات في الغشاء الخلوي.

طلاء

Uncoating هو مصطلح عام ينطبق على الأحداث التي تحدث بعد الاختراق والتي مهدت الطريق للجينوم الفيروسي للتعبير عن وظائفه. في حالة معظم الفيروسات ، تتفكك الفيريون ، بمفردها أو بمساعدة المكونات الخلوية (الإنزيمات) وفقط الحمض النووي أو مركب البروتين الحمضي النووي هو كل ما تبقى من جسيم الفيروس قبل التعبير عن الوظائف الفيروسية. يتم نقل الفيروس الغدي ، وفيروس الهربس ، والقفيصات النووية لفيروس الورم الحليمي البشري إلى المسام النووية حيث يتم إطلاق الحمض النووي الفيروسي مباشرة في النواة. في الخلايا المصابة بالفيروسات المخاطانية ، يتم امتصاص الجسيم في الحويصلة الداخلية. تعمل القناة الأيونية المضمنة في الغلاف الفيروسي على تحمض جسيم الفيروس ، وتغير بنية الهيماجلوتينين وتمكن من اندماج الغلاف الفيروسي مع غشاء الحويصلة وإطلاق البروتين النووي الفيروسي (RNP) في السيتوبلازم. في حالة إعادة الفيروسات الاستثنائية ، تتم إزالة أجزاء فقط من القفيصة ، ويعبر الجينوم الفيروسي عن جميع وظائفه على الرغم من أنه لم يتم تحريره بالكامل من القفيصة. جينوم فيروس الجدري غير مطلي على مرحلتين: بينما في المرحلة الأولى يتم إزالة الغطاء الخارجي بواسطة إنزيمات المضيف ، يبدو أن إطلاق الحمض النووي الفيروسي من اللب يتطلب مشاركة منتجات الجينات الفيروسية المصنوعة بعد الإصابة.


محتويات

أنواع تحرير فيروس الروتا

هناك تسعة أنواع من الفيروسات العجلية ، يشار إليها باسم A و B و C و D و F و G و H و I و J. فيروس الروتا أ. تسبب الأنواع A – I المرض في الحيوانات الأخرى ، [19] الأنواع H في الخنازير ، و D و F و G في الطيور ، و I في القطط و J في الخفافيش. [20] [21] [22] [23] داخل فيروس الروتا أ هناك سلالات مختلفة تسمى الأنماط المصلية. [24] كما هو الحال مع فيروس الأنفلونزا ، يتم استخدام نظام تصنيف مزدوج يعتمد على نوعين من البروتينات على سطح الفيروس. يحدد البروتين السكري VP7 الأنماط المصلية G والبروتين الحساس للبروتياز VP4 يحدد الأنماط المصلية P. [25] نظرًا لأن الجينين اللذين يحددان أنواع G وأنواع P يمكن نقلهما بشكل منفصل إلى فيروسات النسل ، فقد تم العثور على مجموعات مختلفة. [25] تم إنشاء نظام كامل للتنميط الجيني للجينوم فيروس الروتا أ، والتي تم استخدامها لتحديد أصل السلالات غير النمطية. [26] يختلف انتشار الأنواع الفردية من النوع G وأنواع P بين البلدان والسنوات وداخلها. [27] هناك ما لا يقل عن 32 نوعًا من النوع G و 47 نوعًا P ولكن في حالات العدوى التي تصيب البشر ، لا تسود سوى مجموعات قليلة من النوعين G و P. وهي G1P [8] و G2P [4] و G3P [8] و G4P [8] و G9P [8] و G12P [8]. [18]

تحرير الهيكل

يتكون جينوم الفيروسات العجلية من 11 جزيء حلزون مزدوج فريد من الحمض النووي الريبي (دسرنا) والتي يبلغ مجموعها 18555 نيوكليوتيد. كل حلزون ، أو جزء ، هو جين ، مرقّم من 1 إلى 11 بتقليل الحجم. يرمز كل جين لبروتين واحد ، باستثناء الجينات 9 ، التي ترمز لبروتينين. [28] إن الحمض النووي الريبي محاط بقفيصة بروتينية عشرونية الوجوه ثلاثية الطبقات. يصل قطر الجسيمات الفيروسية إلى 76.5 نانومتر [29] [30] وليست مغلفة.

تحرير البروتينات

هناك ستة بروتينات فيروسية (VPs) تشكل جسيم الفيروس (virion). هؤلاء الهيكلي تسمى البروتينات VP1 و VP2 و VP3 و VP4 و VP6 و VP7. بالإضافة إلى نواب الرئيس ، هناك ستة ليس تركيبي البروتينات (NSPs) ، التي يتم إنتاجها فقط في الخلايا المصابة بفيروس الروتا. تسمى هذه NSP1 و NSP2 و NSP3 و NSP4 و NSP5 و NSP6. [19]

ستة على الأقل من البروتينات الاثني عشر المشفرة بواسطة جينوم الفيروسة العجلية تربط الحمض النووي الريبي. [31] إن دور هذه البروتينات في تكاثر الفيروسة العجلية غير مفهومة تمامًا ويعتقد أن وظائفها مرتبطة بتخليق الحمض النووي الريبي وتعبئته في الفيريون ، ونقل الرنا المرسال إلى موقع تكاثر الجينوم ، وترجمة الرنا المرسال وتنظيم التعبير الجيني. [32]

تحرير البروتينات الهيكلية

يقع VP1 في قلب جسيم الفيروس وهو إنزيم بوليميريز RNA المعتمد على RNA. [33] ينتج هذا الإنزيم في الخلية المصابة نسخًا من الرنا المرسال لتخليق البروتينات الفيروسية وينتج نسخًا من شرائح الحمض النووي الريبي لجينوم الفيروسة العجلية لجزيئات الفيروس المنتجة حديثًا. [34]

يشكل VP2 الطبقة الأساسية للفيريون ويربط جينوم الحمض النووي الريبي. [35]

VP3 هو جزء من النواة الداخلية للفيريون وهو إنزيم يسمى guanylyl transferase. هذا هو إنزيم السد الذي يحفز تكوين غطاء 5 'في تعديل ما بعد النسخ من mRNA. [36] يعمل الغطاء على استقرار الرنا المرسال الفيروسي عن طريق حمايته من الإنزيمات المهينة للحمض النووي المسماة نوكلياز nucleases. [37]

يوجد VP4 على سطح virion الذي يبرز على شكل مسمار. [38] إنه يرتبط بجزيئات على سطح الخلايا تسمى المستقبلات وتدفع دخول الفيروس إلى الخلية. [39] يجب تعديل VP4 بواسطة إنزيم البروتياز التربسين ، الموجود في الأمعاء ، إلى VP5 * و VP8 * قبل أن يصبح الفيروس معديًا. [40] يحدد VP4 مدى ضراوة الفيروس ويحدد نوع الفيروس P. [41] في البشر ، هناك ارتباط بين حالة إفراز فصيلة الدم وقابلية الإصابة بالعدوى. يبدو أن غير المفرزات مقاومة للعدوى بالنوعين P [4] و P [8] ، مما يشير إلى أن مستضدات فصيلة الدم هي المستقبلات لهذه الأنماط الجينية. [42]

يشكل VP6 الجزء الأكبر من الكابسيد. إنه مستضد للغاية ويمكن استخدامه لتحديد أنواع الفيروسات العجلية. [43] يستخدم هذا البروتين في الاختبارات المعملية لعدوى فيروس الروتا أ. [44]

VP7 هو بروتين سكري يشكل السطح الخارجي للفيريون. بصرف النظر عن وظائفه الهيكلية ، فإنه يحدد النوع G للسلالة ويشارك ، إلى جانب VP4 ، في المناعة ضد العدوى. [29]

تحرير البروتينات الفيروسية غير البنيوية

NSP1 ، منتج الجين 5 ، هو بروتين غير هيكلي مرتبط بـ RNA. [45] يحجب NSP1 أيضًا استجابة الإنترفيرون ، وهو جزء من الجهاز المناعي الفطري الذي يحمي الخلايا من العدوى الفيروسية. يتسبب NSP1 في تحلل البروتينات لمكونات الإشارة الأساسية اللازمة لتحفيز إنتاج الإنترفيرون في الخلية المصابة والاستجابة للإنترفيرون الذي تفرزه الخلايا المجاورة. تشمل أهداف التحلل العديد من عوامل النسخ IRF المطلوبة لنسخ جينات الإنترفيرون. [46]

NSP2 هو بروتين مرتبط بالـ RNA يتراكم في شوائب السيتوبلازم (viroplasms) وهو ضروري لتكرار الجينوم. [47] [35]

يرتبط NSP3 بـ mRNAs الفيروسية في الخلايا المصابة وهو مسؤول عن إيقاف تخليق البروتين الخلوي. [48] ​​يعمل NSP3 على تعطيل عاملين لبدء الترجمة ضروريين لتخليق البروتينات من الحمض النووي الريبي المضيف. أولاً ، يقوم NSP3 بإخراج بروتين ربط بولي (A) (PABP) من عامل بدء الترجمة eIF4F. مطلوب PABP للترجمة الفعالة للنصوص ذات ذيل 3 'بولي (A) ، والذي يوجد في معظم نسخ الخلايا المضيفة. ثانيًا ، يعمل NSP3 على تعطيل eIF2 عن طريق تحفيز الفسفرة. [49] لا تتطلب الترجمة الفعالة لفيروس الروتا mRNA ، الذي يفتقر إلى ذيل 3 'poly (A) ، أيًا من هذه العوامل. [50]

NSP4 هو سم معوي فيروسي يسبب الإسهال وكان أول سم معوي فيروسي تم اكتشافه. [51]

يتم ترميز NSP5 بواسطة شريحة الجينوم 11 لفيروس الروتا A. في الخلايا المصابة بالفيروس يتراكم NSP5 في الفيروسة الفيروسية. [52]

NSP6 هو بروتين مرتبط بالحمض النووي [53] ويتم ترميزه بواسطة الجين 11 من إطار قراءة مفتوح خارج الطور. [54]

جينات وبروتينات فيروس الروتا
قطعة RNA (جين) الحجم (أزواج القاعدة) بروتين UniProt الوزن الجزيئي kDa موقع نسخ لكل جسيم وظيفة
1 3302 VP1 P22678 125 في قمم النواة 12 بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي
2 2690 VP2 A2T3R5 102 يشكل الغلاف الداخلي للنواة 120 ربط الحمض النووي الريبي
3 2591 VP3 A2T3S5 88 في قمم النواة 12 إنزيم ميثيل ترانسفيراز مرنا
4 2362 VP4 A2T3T2 87 ارتفاع السطح 180 التعلق بالخلية ، الضراوة
5 1611 NSP1 Q99FX5 59 ليس تركيبي 0 5'RNA ملزم ، مضاد مضاد للفيروسات
6 1356 VP6 Q6LE89 45 الكابسيد الداخلي 780 مستضد هيكلي ونوع محدد
7 1104 NSP3 P03536 37 ليس تركيبي 0 يعزز نشاط mRNA الفيروسي ويوقف تخليق البروتين الخلوي
8 1059 NSP2 A2T3P0 35 ليس تركيبي 0 تشارك NTPase في تغليف RNA
9 1062 VP7 1 VP7 2 P03533 38 و 34 سطح 780 مستضد هيكلي ومعادل
10 751 NSP4 P04512 20 ليس تركيبي 0 السم المعوي
11 667 NSP5 NSP6 A2T3Q9 P11203 22 ليس تركيبي 0 مغير ربط ssRNA و dsRNA لـ NSP2 ، بروتين الفوسفور

يعتمد هذا الجدول على سلالة الفيروسة العجلية القردية SA11. تختلف مهام ترميز بروتين الحمض النووي الريبي في بعض السلالات.

تحرير النسخ المتماثل

يبدأ ارتباط الفيروس بالخلية المضيفة بواسطة VP4 ، والذي يرتبط بجزيئات تسمى الجليكانات الموجودة على سطح الخلية. [55] يدخل الفيروس الخلايا عن طريق الالتقام الخلوي بوساطة مستقبلات ويشكل حويصلة تعرف باسم الجسيم الداخلي. تؤدي البروتينات في الطبقة الثالثة (VP7 و VP4 spike) إلى تعطيل غشاء الجسيم الداخلي ، مما يؤدي إلى اختلاف في تركيز الكالسيوم. يؤدي هذا إلى انهيار أدوات تقليم VP7 إلى وحدات فرعية بروتينية واحدة ، تاركًا معاطف البروتين VP2 و VP6 حول الرنا المزدوج الجديلة الفيروسي ، مكونًا جسيمًا مزدوج الطبقات (DLP). [56]

تظل خيوط الرنا المزدوج الجديلة الإحدى عشرة ضمن حماية غلافي البروتين ، كما أن بوليميراز الحمض النووي الريبي المعتمد على الحمض النووي الريبي الفيروسي يخلق نسخًا من الرنا المرسال للجينوم الفيروسي مزدوج الشريطة. من خلال البقاء في القلب ، يتفادى الحمض النووي الريبي الفيروسي الاستجابات المناعية الفطرية للمضيف بما في ذلك تداخل الحمض النووي الريبي الذي ينجم عن وجود الحمض النووي الريبي مزدوج الشريطة. [57]

أثناء العدوى ، تنتج الفيروسات العجلية mRNA لكل من التخليق الحيوي للبروتين وتضاعف الجينات. تتراكم معظم بروتينات الفيروسة العجلية في الفيروسة الفيروسية ، حيث يتم تكرار الحمض النووي الريبي (RNA) ويتم تجميع DLPs. في viroplasm ، يتم حماية الحمض النووي الريبي الفيروسي ذي المعنى الإيجابي الذي يتم استخدامه كقوالب لتركيب الحمض النووي الريبي الجيني الفيروسي من تدهور الحمض النووي الريبي الناجم عن سيرنا. [58] يتكون الفيروس الفيروسي حول نواة الخلية في وقت مبكر بعد ساعتين من الإصابة بالفيروس ، ويتكون من مصانع فيروسية يُعتقد أنها مصنوعة بواسطة بروتينين فيروسيين غير بنيويين: NSP5 و NSP2. تثبيط NSP5 بواسطة تدخل RNA في المختبر يؤدي إلى انخفاض حاد في تكاثر الفيروسة العجلية. تهاجر DLPs إلى الشبكة الإندوبلازمية حيث تحصل على الطبقة الخارجية الثالثة (التي شكلتها VP7 و VP4). يتم إطلاق فيروسات النسل من الخلية عن طريق التحلل. [40] [59] [60]

تنتقل فيروسات الروتا عن طريق الفم الفموي ، عن طريق ملامسة الأيدي والأسطح والأشياء الملوثة ، [61] وربما عن طريق الطريق التنفسي. [62] الإسهال الفيروسي شديد العدوى. يمكن أن يحتوي براز الشخص المصاب على أكثر من 10 تريليونات من الجسيمات المعدية لكل جرام [43] أقل من 100 منها مطلوبة لنقل العدوى إلى شخص آخر. [3]

فيروسات الروتا مستقرة في البيئة وتم العثور عليها في عينات المصب عند مستويات تصل إلى 1-5 جسيمات معدية لكل جالون أمريكي. تعيش الفيروسات ما بين 9 و 19 يومًا. [63] يبدو أن الإجراءات الصحية الملائمة للقضاء على البكتيريا والطفيليات غير فعالة في السيطرة على فيروس الروتا ، حيث أن الإصابة بفيروس الروتا متشابهة في البلدان ذات المعايير الصحية المرتفعة والمنخفضة. [62]

التهاب الأمعاء الفيروسي هو مرض خفيف إلى شديد يتميز بالغثيان والقيء والإسهال المائي وحمى منخفضة الدرجة. بمجرد إصابة الطفل بالفيروس ، هناك فترة حضانة لمدة يومين تقريبًا قبل ظهور الأعراض. [64] فترة المرض حادة. غالبًا ما تبدأ الأعراض بالقيء يليه أربعة إلى ثمانية أيام من الإسهال الغزير. يعتبر الجفاف أكثر شيوعًا في عدوى الفيروسة العجلية منه في معظم تلك التي تسببها مسببات الأمراض البكتيرية ، وهو السبب الأكثر شيوعًا للوفاة المرتبط بعدوى الفيروس العجلي. [65]

فيروس الروتا أ يمكن أن تحدث العدوى طوال الحياة: عادةً ما ينتج عن العدوى الأولى أعراض ، ولكن العدوى اللاحقة عادةً ما تكون خفيفة أو بدون أعراض ، [66] [43] حيث يوفر الجهاز المناعي بعض الحماية. [67] وبالتالي ، فإن معدلات الإصابة المصحوبة بأعراض تكون أعلى في الأطفال دون سن الثانية وتنخفض تدريجياً حتى سن 45 عامًا. [68] تميل الأعراض الأكثر حدة إلى الحدوث عند الأطفال الذين تتراوح أعمارهم بين ستة أشهر وسنتين ، وكبار السن ، وأولئك الذين يعانون من نقص المناعة. بسبب المناعة المكتسبة في الطفولة ، فإن معظم البالغين ليسوا عرضة للإصابة بالتهاب المعدة والأمعاء بالفيروسة العجلية عند البالغين عادة ما يكون له سبب آخر غير فيروس الروتا ، لكن العدوى عديمة الأعراض لدى البالغين قد تحافظ على انتقال العدوى في المجتمع. [69] هناك بعض الأدلة التي تشير إلى أن فصيلة الدم يمكن أن تؤثر على القابلية للإصابة بالفيروسات العجلية. [70]

تتكاثر فيروسات الروتا بشكل رئيسي في القناة الهضمية ، [71] وتصيب الخلايا المعوية في الزغابات في الأمعاء الدقيقة ، مما يؤدي إلى تغيرات هيكلية ووظيفية في الظهارة. [72] هناك دليل في البشر ، وخاصة في النماذج الحيوانية على الانتشار خارج الأمعاء للفيروس المعدي إلى الأعضاء والضامة الأخرى. [73]

الإسهال ناتج عن أنشطة متعددة للفيروس. [74] يحدث سوء الامتصاص بسبب تدمير خلايا الأمعاء المسماة الخلايا المعوية. يحث بروتين فيروس الروتا السام NSP4 على إفراز الكلوريد المعتمد على أيونات الكالسيوم ، ويعطل SGLT1 (ناقل الصوديوم / الجلوكوز 2) ، ويعيد امتصاص الماء بوساطة الناقل ، ويقلل على ما يبدو من نشاط disaccharidases غشاء حدود الفرشاة ، وينشط الإفراز المعتمد على أيون الكالسيوم ردود فعل الجهاز العصبي المعوي. [51] يتم تحقيق التركيزات المرتفعة من أيونات الكالسيوم في العصارة الخلوية (اللازمة لتجميع فيروسات النسل) عن طريق NSP4 باعتباره فيروبورين. تؤدي هذه الزيادة في أيونات الكالسيوم إلى الالتهام الذاتي (التدمير الذاتي) للخلايا المعوية المصابة. [75]

يتم إفراز NSP4 أيضًا. هذا الشكل خارج الخلية ، الذي يتم تعديله بواسطة إنزيمات البروتياز في الأمعاء ، هو سم معوي يعمل على الخلايا غير المصابة عبر مستقبلات الإنتغرين ، والتي بدورها تسبب وتزيد في تركيزات أيونات الكالسيوم داخل الخلايا ، والإسهال الإفرازي والالتهام الذاتي. [76]

يحدث القيء ، وهو سمة من سمات التهاب الأمعاء الفيروسي ، بسبب إصابة الفيروس بخلايا الأمعاء الدقيقة الموجودة في بطانة الجهاز الهضمي. تحفز العدوى إنتاج 5 هيدروكسيتريبتامين (السيروتونين). هذا ينشط الأعصاب الواردة المبهمة ، والتي بدورها تنشط خلايا جذع الدماغ التي تتحكم في منعكس القيء. [77]

تفرز الخلايا المعوية السليمة اللاكتاز في الأمعاء الدقيقة ، ويعتبر عدم تحمل الحليب بسبب نقص اللاكتيز أحد أعراض الإصابة بفيروس الروتا ، [78] والذي يمكن أن يستمر لأسابيع. [79] غالبًا ما يتبع تكرار حدوث الإسهال الخفيف إعادة إدخال الحليب إلى نظام الطفل الغذائي ، وذلك بسبب التخمر البكتيري لاكتوز ثنائي السكاريد في القناة الهضمية. [80]

استجابات محددة تحرير

تثير الفيروسات العجلية استجابات مناعية للخلايا B و T. تعمل الأجسام المضادة لبروتينات فيروس الروتا VP4 و VP7 على تحييد العدوى الفيروسية في المختبر و في الجسم الحي. [81] يتم إنتاج أجسام مضادة محددة من فئات IgM و IgA و IgG ، والتي ثبت أنها تحمي من عدوى الفيروسة العجلية عن طريق النقل السلبي للأجسام المضادة في الحيوانات الأخرى. [82] قد يلعب IgG عبر المشيمة للأم دورًا في حماية الأطفال حديثي الولادة من عدوى فيروس الروتا ، ولكن من ناحية أخرى قد يقلل من فعالية اللقاح. [83]

الاستجابات الفطرية تحرير

بعد الإصابة بالفيروسات العجلية ، هناك استجابة مناعية فطرية سريعة تشمل النوعين الأول والثالث من الإنترفيرون والسيتوكينات الأخرى (خاصة Th1 و Th2 [84]) والتي تمنع تكاثر الفيروس وتجنيد الخلايا الضامة والخلايا القاتلة الطبيعية للخلايا المصابة بالفيروس العجلي. [85] ينشط الحمض النووي الريبي لفيروس الروتا مستقبلات التعرف على الأنماط مثل المستقبلات الشبيهة بالحصيلة التي تحفز إنتاج الإنترفيرون. [86] يتصدى بروتين الفيروسة العجلية NSP1 لتأثيرات الإنترفيرون من النوع الأول عن طريق قمع نشاط البروتينات المنظمة للإنترفيرون IRF3 و IRF5 و IRF7. [86]

علامات الحماية تحرير

ترتبط مستويات IgG و IgA في الدم و IgA في الأمعاء بالحماية من العدوى. [87] تم الادعاء بأن مصل IgG و IgA في مصل فيروس الروتا بمعايرات عالية (على سبيل المثال & gt1: 200) وقائي وهناك علاقة كبيرة بين عيار IgA وفعالية لقاح الفيروسة العجلية. [88]

عادةً ما يتبع تشخيص الإصابة بفيروس الروتا تشخيص التهاب المعدة والأمعاء كسبب للإسهال الشديد. يتم فحص معظم الأطفال الذين يدخلون المستشفى مصابين بالتهاب المعدة والأمعاء فيروس الروتا أ . [89] [90] تشخيص محدد للعدوى فيروس الروتا أ يتم تصنيعه عن طريق العثور على الفيروس في براز الطفل عن طريق المقايسة المناعية الإنزيمية. هناك العديد من مجموعات الاختبار المرخصة في السوق والتي تعتبر حساسة ومحددة وتكشف عن جميع الأنماط المصلية فيروس الروتا أ . [91] طرق أخرى ، مثل المجهر الإلكتروني و PCR (تفاعل البلمرة المتسلسل) ، تستخدم في مختبرات البحث. [92] النسخ العكسي - تفاعل البوليميراز المتسلسل (RT-PCR) يمكنه اكتشاف وتحديد جميع الأنواع والأنماط المصلية لفيروسات الروتا البشرية. [93]

علاج عدوى الفيروسة العجلية الحادة غير محدد وينطوي على إدارة الأعراض ، والأهم من ذلك ، إدارة الجفاف. [١٣] إذا لم يتم العلاج ، يمكن أن يموت الأطفال بسبب الجفاف الشديد الناتج. [94] اعتمادًا على شدة الإسهال ، يتكون العلاج من علاج الجفاف عن طريق الفم ، حيث يتم إعطاء الطفل مياهًا إضافية للشرب تحتوي على كميات محددة من الملح والسكر. [95] في عام 2004 ، أوصت منظمة الصحة العالمية واليونيسيف باستخدام محلول معالجة الجفاف عن طريق الفم منخفض الأسمولية ومكملات الزنك كعلاج ذي شقين للإسهال الحاد. [96] بعض الإصابات خطيرة بما يكفي لتبرير دخول المستشفى حيث يتم إعطاء السوائل عن طريق العلاج الوريدي أو التنبيب الأنفي المعدي ، ومراقبة شوارد الطفل وسكر الدم. [89] نادرًا ما تسبب عدوى الفيروسة العجلية مضاعفات أخرى ، ويكون التشخيص ممتازًا بالنسبة للطفل الذي يتم إدارته جيدًا. [97] ثبت أن البروبيوتيك تقلل من مدة الإسهال الناتج عن فيروس الروتا ، [98] ووفقًا للجمعية الأوروبية لأمراض الجهاز الهضمي لدى الأطفال ، فإن التدخلات الفعالة تشمل إعطاء بروبيوتيك محدد مثل رامنوسوس اكتوباكيللوس أو السكريات بولارديأو ديوسميكتايت أو راسيكادوتريل. "[99]

تعد فيروسات الروتا شديدة العدوى ولا يمكن علاجها بالمضادات الحيوية أو الأدوية الأخرى. نظرًا لأن الصرف الصحي المحسن لا يقلل من انتشار مرض الفيروسة العجلية ، ولا يزال معدل الاستشفاء مرتفعًا على الرغم من استخدام أدوية معالجة السوائل عن طريق الفم ، فإن التدخل الصحي العام الأولي هو التطعيم. [2] في عام 1998 ، تم ترخيص لقاح الفيروسة العجلية للاستخدام في الولايات المتحدة. وجدت التجارب السريرية في الولايات المتحدة وفنلندا وفنزويلا أنها فعالة بنسبة 80 إلى 100٪ في الوقاية من الإسهال الحاد الناجم عن فيروس الروتا أ، ولم يكتشف الباحثون أي آثار ضائرة خطيرة ذات دلالة إحصائية. [100] [101] ومع ذلك ، سحبت الشركة المصنعة المنتج من السوق في عام 1999 ، بعد أن تم اكتشاف أن اللقاح ربما يكون قد ساهم في زيادة خطر الإصابة بالانغلاف ، وهو نوع من انسداد الأمعاء ، في واحد من كل 12000 طفل تم تطعيمهم. [102] أثارت التجربة نقاشًا حادًا حول المخاطر والفوائد النسبية للقاح الفيروسة العجلية. [103] في عام 2006 ، تم استخدام لقاحين جديدين ضد فيروس الروتا أ ثبت أن العدوى آمنة وفعالة عند الأطفال ، [104] وفي عام 2009 ، أوصت منظمة الصحة العالمية بإدراج لقاح الفيروسة العجلية في جميع برامج التمنيع الوطنية. [105]

انخفض معدل حدوث عدوى الفيروسة العجلية وشدتها بشكل ملحوظ في البلدان التي عملت على هذه التوصية. [14] [15] [16] وجدت مراجعة عام 2014 لبيانات التجارب السريرية المتاحة من البلدان التي تستخدم لقاحات الفيروسة العجلية بشكل روتيني في برامج التمنيع الوطنية الخاصة بها أن لقاحات الفيروسة العجلية قد قللت من حالات الاستشفاء من الفيروسة العجلية بنسبة 49-92 في المائة وتسبب جميعها في حالات الإسهال في المستشفيات بنسبة 17-55 نسبه مئويه. [١٠٦] في المكسيك ، التي كانت في عام 2006 من بين أولى الدول في العالم التي قدمت لقاح الفيروسة العجلية ، انخفضت معدلات الوفيات الناجمة عن أمراض الإسهال خلال موسم فيروس الروتا لعام 2009 بأكثر من 65 في المائة بين الأطفال في سن الثانية وما دون. [107] في نيكاراغوا ، التي أصبحت في عام 2006 أول دولة نامية تقدم لقاح فيروس الروتا ، تم تقليل الإصابات الشديدة بالفيروس العجلي بنسبة 40 في المائة وزيارات غرفة الطوارئ بمقدار النصف. [108] في الولايات المتحدة ، أدى التطعيم ضد فيروس الروتا منذ عام 2006 إلى انخفاض حالات الاستشفاء المتعلقة بفيروس الروتا بنسبة تصل إلى 86 بالمائة. قد تكون اللقاحات قد حالت أيضًا دون إصابة الأطفال غير الملقحين بالمرض عن طريق الحد من عدد الإصابات المنتشرة. [109] في البلدان النامية في أفريقيا وآسيا ، حيث تحدث غالبية وفيات الفيروسة العجلية ، وجد عدد كبير من تجارب السلامة والفعالية بالإضافة إلى دراسات تأثير وفعالية ما بعد التقديم الخاصة بـ Rotarix و RotaTeq أن اللقاحات تقلل بشكل كبير من الأمراض الشديدة بين الرضع. [16] [110] [111] [112] في سبتمبر 2013 ، تم تقديم اللقاح لجميع الأطفال في المملكة المتحدة ، الذين تتراوح أعمارهم بين شهرين وثلاثة أشهر ، ومن المتوقع أن يخفض عدد حالات العدوى الشديدة إلى النصف ويقلل من عدد تم إدخال الأطفال إلى المستشفى بسبب الإصابة بنسبة 70 بالمائة. [113] في أوروبا ، انخفضت معدلات الاستشفاء بعد الإصابة بالفيروسات العجلية بنسبة 65٪ إلى 84٪ بعد إدخال اللقاح. [114] على الصعيد العالمي ، قلل التطعيم دخول المستشفيات وزيارات قسم الطوارئ بمتوسط ​​67٪. [115]

لقاحات الفيروسة العجلية مرخصة في أكثر من 100 دولة ، وقد أدخلت أكثر من 80 دولة التطعيم الروتيني ضد الفيروس العجلي ، نصفه تقريبًا بدعم من Gavi ، تحالف اللقاحات. [١١٦] لإتاحة لقاحات الفيروسة العجلية ، وإمكانية الوصول إليها ، وبأسعار معقولة في جميع البلدان - لا سيما البلدان منخفضة ومتوسطة الدخل في إفريقيا وآسيا حيث تحدث غالبية وفيات الفيروسة العجلية ، PATH (برنامج التكنولوجيا الملائمة في الصحة سابقًا) ، منظمة الصحة العالمية وقد اشتركت المراكز الأمريكية لمكافحة الأمراض والوقاية منها و Gavi مع مؤسسات بحثية وحكومات لتوليد ونشر الأدلة ، وخفض الأسعار ، وتسريع الإدخال. [117]

فيروس الروتا أ، الذي يمثل أكثر من 90٪ من التهاب المعدة والأمعاء الناتج عن فيروس الروتا في البشر ، [120] مستوطن في جميع أنحاء العالم. تتسبب الفيروسات العجلية كل عام في حدوث ملايين حالات الإسهال في البلدان النامية ، وينتج حوالي 2 مليون منها عن العلاج في المستشفيات. [6] في عام 2013 ، توفي ما يقدر بنحو 215000 طفل تقل أعمارهم عن خمس سنوات بسبب عدوى فيروس الروتا ، 90٪ منهم في البلدان النامية. [6] يُصاب كل طفل تقريبًا بالفيروسات العجلية في سن الخامسة. [121] تعد فيروسات الروتا السبب الوحيد الرئيسي للإسهال الشديد بين الرضع والأطفال ، وهي مسؤولة عن حوالي ثلث الحالات التي تتطلب العلاج في المستشفى ، [11] وتسبب 37٪ من الوفيات التي تُعزى إلى الإسهال و 5٪ من جميع وفيات الأطفال الأصغر سنًا. من خمسة. [122] من المرجح أن يدخل الأولاد المستشفى بمقدار الضعف عن الفتيات بسبب عدوى فيروس الروتا. [123] [124] في عصر ما قبل التطعيم ، حدثت عدوى الفيروسة العجلية بشكل أساسي خلال المواسم الباردة والجافة. [125] [126] الرقم المنسوب إلى تلوث الطعام غير معروف. [127]

تفشي فيروس الروتا أ الإسهال شائع بين الرضع في المستشفيات والأطفال الصغار الذين يذهبون إلى مراكز الرعاية النهارية وكبار السن في دور رعاية المسنين. [69] [128] حدث تفشي بسبب تلوث المياه البلدية في كولورادو في عام 1981. [129] خلال عام 2005 ، حدث أكبر وباء إسهال مسجل في نيكاراغوا. ارتبط هذا الفاشية الكبيرة والشديدة بشكل غير عادي بطفرات في فيروس الروتا أ الجينوم ، ربما يساعد الفيروس على الهروب من المناعة السائدة في السكان. [130] حدثت فاشية كبيرة مماثلة في البرازيل عام 1977. [131]

فيروس الروتا ب، المعروف أيضًا باسم الفيروس العجلي للإسهال عند البالغين أو ADRV ، قد تسبب في أوبئة كبيرة من الإسهال الحاد الذي يصيب الآلاف من الأشخاص من جميع الأعمار في الصين. حدثت هذه الأوبئة نتيجة تلوث مياه الصرف الصحي بمياه الشرب. [132] [133] فيروس الروتا ب infections also occurred in India in 1998 the causative strain was named CAL. Unlike ADRV, the CAL strain is endemic. [134] [135] To date, epidemics caused by rotavirus B have been confined to mainland China, and surveys indicate a lack of immunity to this species in the United States. [136] Rotavirus C has been associated with rare and sporadic cases of diarrhoea in children, and small outbreaks have occurred in families. [137]

The seasonal variation of rotavirus A infections in England: rates of infection peak during the winter months. [138]

Preventable child deaths from rotavirus vaccination, 2016. Annual number of preventable deaths in children under five years old from rotavirus if full coverage of the rotavirus vaccine was achieved. [139]

Rotaviruses infect the young of many species of animals and they are a major cause of diarrhoea in wild and reared animals worldwide. [7] As a pathogen of livestock, notably in young calves and piglets, rotaviruses cause economic loss to farmers because of costs of treatment associated with high morbidity and mortality rates. [140] These rotaviruses are a potential reservoir for genetic exchange with human rotaviruses. [140] There is evidence that animal rotaviruses can infect humans, either by direct transmission of the virus or by contributing one or several RNA segments to reassortants with human strains. [141] [142] [143]

In 1943, Jacob Light and Horace Hodes proved that a filterable agent in the faeces of children with infectious diarrhoea also caused scours (livestock diarrhoea) in cattle. [144] Three decades later, preserved samples of the agent were shown to be rotavirus. [145] In the intervening years, a virus in mice [146] was shown to be related to the virus causing scours. [147] In 1973, Ruth Bishop and colleagues described related viruses found in children with gastroenteritis. [4]

In 1974, Thomas Henry Flewett suggested the name rotavirus after observing that, when viewed through an electron microscope, a rotavirus particle looks like a wheel (rota in Latin) [148] [149] the name was officially recognised by the International Committee on Taxonomy of Viruses four years later. [150] In 1976, related viruses were described in several other species of animals. [147] These viruses, all causing acute gastroenteritis, were recognised as a collective pathogen affecting humans and other animals worldwide. [148] Rotavirus serotypes were first described in 1980, [151] and in the following year, rotaviruses from humans were first grown in cell cultures derived from monkey kidneys, by adding trypsin (an enzyme found in the duodenum of mammals and now known to be essential for rotavirus to replicate) to the culture medium. [152] The ability to grow rotaviruses in culture accelerated the pace of research, and by the mid-1980s the first candidate vaccines were being evaluated. [153]


TRNAs PRIME REVERSE TRANSCRIPTION AND MAY HAVE OTHER ROLES

The primer tRNA is currently the only example of a host ncRNA that is known to be required for retrovirus replication. Each retrovirus packages a specific tRNA that serves to prime reverse transcription of its gRNA (28). The 3′ end of this tRNA anneals to two complementary sites near the 5′ end of gRNA, a process that requires the chaperone activity of the nucleocapsid (NC) domain of the Gag polyprotein (29, 30). The primer tRNAs for HIV (tRNA-Lys3/UUU), MLV (tRNA-Pro), and Rous sarcoma virus (RSV) (tRNA-Trp-CCA) are all packaged in excess of gRNA, at approximately 4 to 10 molecules per virion (31,�). Despite the sequence complementarity, packaging of these tRNAs does not require gRNA (35, 36). Specificities in tRNA packaging appear to be multifaceted and may differ among retroviruses. A requirement for interactions with the reverse transcriptase domain of the GagPol polyprotein has been reported (33, 37). Also, some primer tRNAs, such as HIV-1 tRNA-Lys3/UUU, are packaged in complex with their respective tRNA synthetases (28, 38). This has been best studied in HIV-1, where packaging of this tRNA includes specific interactions between the capsid (CA) domain of Gag and the lysyl tRNA synthetase (39).

Cellular tRNAs may also contribute to retrovirus replication in other ways. For example, tRNAs may shield the membrane-binding surface of the matrix (MA) domain from inappropriate interactions with intracellular membranes prior to arrival of the HIV-1 Gag polyprotein at the plasma membrane (19). في الجسم الحي cross-linking revealed that MA binds specific tRNAs in cytosol, an association that is reduced in membrane fractions and largely absent in virions (19). Using mutagenesis, tRNA binding was found to involve a basic region in MA that contributes to association of Gag with the plasma membrane by binding acidic phospholipids unique to this membrane (40, 41). Experiments performed in extracts had shown previously that RNA binding to this region prevents MA from interacting with phospholipids present in other membranes, such as those of the endoplasmic reticulum (42, 43). The cross-linking data indicate that host tRNAs may be the RNAs that bind MA في الجسم الحي to increase the specificity with which Gag is targeted to the plasma membrane (19).

Cellular tRNAs have also been proposed to assist HIV-1 nuclear import. Since HIV infects nondividing cells, the reverse-transcribed DNA, expressed in the form of a nucleoprotein called the preintegration complex, must enter the nucleus, most likely via the nuclear pores. Although the mechanism(s) by which HIV-1 accesses nuclei is not well understood (see reference 44), tRNAs lacking the 3′ terminal CCA were found to promote nuclear import of HIV preintegration complexes in permeabilized cells (13). In yeast, aberrant cytoplasmic tRNAs, such as those with unprocessed ends or lacking certain nucleotide modifications, undergo nuclear reimport as part of a quality control pathway (45). A similar “retrograde transport” pathway occurs in mammalian cells (46), raising the possibility that HIV piggybacks onto this pathway to enter nuclei.

Although the proposed role for tRNAs in shielding HIV-1 MA during virus assembly and in assisting HIV-1 nuclear import may not require encapsidation, some nonprimer tRNAs are selectively packaged into virions. Because HIV-1 recruits primer tRNA-Lys3 in the form of a tRNA-synthetase complex, with interactions between Gag and synthetase contributing to recruitment, other lysine tRNA isoacceptors are also packaged (reviewed in reference 39). Additionally, tRNA-Asn-GUU and tRNA-Ile-UAU are enriched in HIV-1 virions produced in human HEK293T cells relative to their concentrations in cells (15). Remarkably, tRNA-Asn-GUU is nearly as abundant in virions as the tRNA-Lys isoacceptors (15). Although tRNA-Ile-UAU is rare in cells, it is enriched more than 7-fold in virions relative to its cellular concentration (15). While the role(s) of these tRNAs in HIV-1 replication is unknown, the A-rich HIV genome is characterized by many suboptimal codons, resulting in inefficient translation of most viral proteins. In this regard, it is intriguing that the AUA codon decoded by tRNA-Ile-UAU, while rare in cellular mRNA, is the most common isoleucine codon in the HIV-1 genome (15).

Notably, HIV infection alters the composition of cellular tRNA pools to enhance translation of its own mRNAs, a replication strategy counteracted by the interferon-induced protein schlafen 11 (47). Specifically, in cells depleted for schlafen 11, the levels of many tRNAs, including rare tRNAs such as tRNA-Ile-UAU, increase during HIV infection. In these cells, both translation of the Gag polyprotein and virus production are strongly enhanced (47). Since tRNA-Asn-GUU and tRNA-Ile-UAU are among the most upregulated tRNAs in the absence of schlafen 11 and since both are present in virions as mature, CCA-containing tRNAs (15), it is possible that their presence is related, in an as-yet-unknown way, to the manipulation of host tRNA pools by HIV-1.


New research reveals why some patients may test positive for COVID-19 long after recovery

In the early months of the COVID-19 pandemic, healthcare workers analyzing test results began noticing something strange: patients who had already recovered from COVID-19 would sometimes inexplicably test positive on a PCR test weeks or even months later.

Although people can catch COVID-19 for a second time, this did not appear to be the case for these patients no live viruses were isolated from their samples, and some studies found these false positive results even while holding participants in quarantine. Also, RNAs generally have a short life — most only stick around for a few minutes — so it was unlikely for positive tests to be the result of residual RNAs.

Now, a new paper from the lab of Whitehead Institute Member and MIT professor of biology Rudolf Jaenisch may offer an answer to why some patients continue to test positive after recovery from COVID-19. In the paper, published online May 6 in the Proceedings of the National Academy of Sciences, Jaenisch and collaborators show that genetic sequences from the RNA virus SARS-CoV-2 can integrate into the genome of the host cell through a process called reverse transcription. These sections of the genome can then be “read” into RNAs, which could potentially be picked up by a PCR test.

SARS-CoV-2 is not the only virus that integrates into the human genome. Around eight percent of our DNA consists of the remnants of ancient viruses. Some viruses, called retroviruses, rely on integration into human DNA in order to replicate themselves. “SARS-CoV-2 is not a retrovirus, which means it doesn't need reverse transcription for its replication,” says Whitehead Institute postdoc and first author Liguo Zhang. “However, non-retroviral RNA virus sequences have been detected in the genomes of many vertebrate species, including humans.”

With this in mind, Zhang and Jaenisch began to design experiments to test whether this viral integration could be happening with the novel coronavirus. With the help of Jaenisch lab postdoc Alexsia Richards, the researchers infected human cells with coronavirus in the lab and then sequenced the DNA from infected cells two days later to see whether it contained traces of the virus’ genetic material.

To ensure that their results could be confirmed with different methodology, they used three different DNA sequencing techniques. In all samples, they found fragments of viral genetic material (though the researchers emphasize that none of the inserted fragments was enough to recreate a live virus).

Zhang, Jaenisch and colleagues then examined the DNA flanking the small viral sequences for clues to the mechanism by which they got there. In these surrounding sequences, the researchers found the hallmark of a genetic feature called a retrotransposon.

Sometimes called “jumping genes,” transposons are sections of DNA that can move from one region of the genome to another. They are often activated to “jump” in conditions of high stress or during cancer or aging, and are powerful agents of genetic change.

One common transposon in the human genome is called the LINE1 retrotransposon, which is made up of a powerhouse combination of DNA-cutting machinery and reverse transcriptase, an enzyme that creates DNA molecules from an RNA template (like the RNA of SARS-CoV-2).

“There’s a very clear footprint for LINE1 integration,” Jaenisch says. “At the junction of the viral sequence to the cellular DNA, it makes a 20 base pair duplication.”

Besides the duplication, another feature as evidence for LINE1-mediated integration is a LINE1 endonuclease recognition sequence. The researchers identified these features in nearly 70 percent of the DNAs that contained viral sequences, but not all, suggesting that the viral RNA may be integrating into cellular DNA via multiple mechanisms.

To screen for viral integration outside of the lab, the researchers analyzed published datasets of RNA transcripts from different types of samples, including COVID-19 patient samples. With these datasets, Zhang and Jaenisch were able to calculate the fraction of genes that were transcribed in these patients’ cells which contained viral sequences that could be derived from integrated viral copies. The percentage varied from sample to sample, but for some, a relatively large fraction of viral transcripts seem to have been transcribed from viral genetic material integrated into the genome.

A previous draft of the paper with this finding was published online on the preprint server bioRxiv. However, recent research revealed that at least some of the viral-cellular reads could be the product of misleading artefacts of the RNA sequencing method. In the present paper, the researchers were able to eliminate these artefacts that could have been obscuring the results.

Instead of simply tallying transcripts that contained viral material, the researchers looked at which direction the transcripts had been read. If the viral reads were the result of live viruses or existing viral RNAs in the cell, the researchers would expect that most of the viral transcripts would have been read in the correct orientation for the sequences in question in acutely infected cells in culture, more than 99 percent are in the correct orientation. If the transcripts were the product of random viral integration into the genome, however, there would be a near 50-50 split — half the transcripts would have been read forwards, the other half backwards, relative to the host genes. “This is what we saw in some patient samples,” says Zhang. “It suggests that much of the viral RNA in some samples could be transcribed from integrated sequences.”

Because the dataset they used was quite small, Jaenisch emphasizes that more information is needed to establish exactly how common this phenomenon is in real life and what it might mean for human health.

It is possible that only a very few human cells experience any kind of viral integration at all. In the case of another RNA virus that integrates into the host cell genome, only a fraction of a percent of infected cells (between .001 and .01) contained integrated viral DNA. For SARS-CoV-2, the frequency of integration in humans is still unknown. “The fraction of cells which have the integrating with could be very small,” says Jaenisch. “But even if it's rare, there are more than 140 million people who have been infected already, right?”

In the future, Jaenisch and Zhang plan to investigate whether the fragments of SARS-CoV-2 genetic material could be made into proteins by the cell. “If they do, and trigger immune responses, it may provide continuous protection against the virus,” Zhang says.

They also hope to investigate whether these integrated sections of DNA could be partly to blame for some of the long-term autoimmune consequences that some COVID-19 patients experience. “At this point, we can only speculate,” says Jaenisch. “But one thing we do think we can explain is why some patients are long-term PCR positive.”

Liguo Zhang, Alexsia Richards, M. Inmaculada Barrasa, Stephen H. Hughes, Richard A. Young, and Rudolf Jaenisch. "Reverse-transcribed SARS-CoV-2 RNA can integrate into the genome of cultured human cells and can be expressed in patient-derived tissues." PNAS, May 6, 2020.


Unexpected Links Found Between Many RNA Viruses

Three classes of RNA virus show surprising similarities.

Howard Hughes Medical Institute researchers have discovered surprising parallels in the way that three different classes of RNA viruses replicate. The discovery suggests that there might one day be a common strategy to kill many different RNA viruses, a group that includes HIV, rotavirus, hepatitis C and polio viruses.

In an article published in the March 2002, issue of the journal الخلية الجزيئية, HHMI investigator Paul Ahlquist and colleagues at the University of Wisconsin at Madison described the parallels among “positive-strand” RNA viruses ([+]RNA), retroviruses and double-stranded RNA viruses. Since these viruses cause a broad range of diseases, the scientists believe that identifying a common link between the viruses may be the first step to devising more general virus control or treatment strategies.

Over the long term, understanding that these viruses share common properties should enable new antiviral strategies, and allow strategies developed for one type of virus to be generalized to the others.

Positive-strand RNA viruses first copy their RNA genome into a negative-strand intermediate RNA before replicating their RNA. These viruses cause hepatitis C, encephalitis, hemorrhagic fevers, polio, foot and mouth disease, the common cold, and many other illnesses.

Retroviruses and other reverse-transcribing viruses, which include HIV and hepatitis B, copy their RNA into DNA before replicating their genome back into RNA. Double-stranded RNA viruses—which include the rotavirus that kills about one million children a year in developing countries—separate their strands and copy one strand to replicate.

Ahlquist and his colleagues discovered that, although the viruses seem to take distinct routes to replication, all three types use related pathways and structures to replicate their genes. By linking three of the six major classes of viruses, the results offer a significant unification within the field of virology.

“The multiple functional parallels we have found in replication mechanisms reveal unexpected links among these viruses,” said Ahlquist. “Recognition of these links means that principles learned from a variety of virus systems can be used to illuminate many others, allowing integration and generalization of knowledge across a wide range of important viruses. Among other benefits, this should facilitate improved strategies for virus control.”

Ahlquist and his colleagues based their insights on studies of a model [+]RNA virus called brome mosaic virus (BMV), which they induced to infect yeast. In studying BMV replication in yeast, Ahlquist and his colleagues examined the function of two proteins—called 1a and 2a polymerase—which are important in viral replication. Their electron microscopy of labeled viral components, and additional genetic and biochemical studies, revealed that large numbers of 1a proteins form partially budded spherules containing the viral RNA and 2a polymerase, which is responsible for replicating the viral RNA. These spherules are formed in the membranes of an internal cell structure called the endoplasmic reticulum, which is the site of BMV viral replication.

Their studies also showed that this [+]RNA replication machinery strongly paralleled that of retroviruses. In retroviruses, a protein called Gag forms a similar budding structure called a capsid that envelops the viral RNA and the Pol enzyme—a reverse transcriptase that copies RNA to DNA.

These capsids are formed in a structure called the plasma membrane, where retroviral replication takes place. This replication machinery is triggered by an RNA packaging signal that parallels the action of the signal in BMV. These same principles of sequestering a viral RNA intermediate and its polymerase, plus other features of [+]RNA viruses, are shared with double-stranded RNA viruses, Ahlquist said.

According to Ahlquist, their findings and complementary findings of other scientists suggest that all three classes of viruses evolved from a common ancestor. For example, he said, besides the parallels he and his colleagues have just discovered, RNA replication in both retroviruses and BMV is “primed” by a specialized RNA called tRNA.

“We do not want to suggest that these discoveries will yield new treatments for viruses tomorrow,” he said. “However, over the long term, understanding that these viruses share common properties should enable new antiviral strategies, and allow strategies developed for one type of virus to be generalized to the others.


Viruses differ with respect to their assembly, maturation and egress from infected cells

Viruses have evolved two fundamental strategies for their assembly, maturation and egress from the infected cell. The first, exemplified by the non-enveloped viruses, such as picornaviruses, reoviruses, papovaviruses, parvoviruses, and adenoviruses, involves intracellular assembly and maturation. In the case of picornaviruses, 60 copies each of virion proteins designated as VP0, VP1 and VP3 assemble in the cytoplasm into a procapsid. Viral RNA is then packaged into the procapsid, and in the process VP0 is cleaved to yield two polypeptides, VP2 and VP4. The cleavage causes a rearrangement of the capsid into a thermodynamically stable structure in which the RNA is shielded from access by nucleases. Reoviruses also assemble in the cytoplasm. In contrast, adenoviruses, papovaviruses and parvoviruses assemble in the nucleus. As a rule, all viruses which assemble and acquire infectivity inside depend largely, but not entirely, on the disintegration of the infected cell for their egress. The disintegration of the infected cell and the shut off of host macromolecular metabolism, however, are frequently the functions of viral structural proteins.

The second strategy is employed by enveloped viruses exemplified by all (-) strand RNA viruses, togaviruses and retroviruses and combines the last step of virion assembly with its egress from the infected cell. In the case of these enveloped viruses, the viral proteins carrying appropriate signal sequences or other recognition markers become inserted into both the inner and outer surface of the plasma membrane or of other cytoplasmic membranes. The proteins projecting from the outer surface usually become glycosylated by host enzymes and aggregate into patches displacing host membrane proteins. Viral nucleocapsids bind to special virus- specified proteins lining the cytoplasmic side of these patches or to cytoplasmic domains of viral glycoproteins (e.g., togaviruses) and become wrapped up by the patch. In the process, the nascent virion is 𠇎xtruded” or 𠇋uds” into the extracellular environment. In some instances (e.g., orthomyxoviruses and paramyxoviruses), cleavage and rearrangement of one species of surface protein occurs during or after extrusion and imparts to the newly formed virion the capability of infecting cells. Virus assembly and maturation by extrusion from the cell surface provides a more efficient mechanism of egress inasmuch as it does not depend on the disintegration of the infected cell. Indeed, viruses that mature and egress in this fashion vary considerably in their effects on host cell metabolism and integrity. They range from highly cytolytic (e.g., togaviruses, paramyxoviruses, rhabdoviruses) to viruses which are frequently non-cytolytic (e.g., retroviruses). By virtue of the insertion of the viral glycoproteins into the cell surface, however, these viruses impart upon the cell a new antigenic specificity and the infected cell can and does become a target for the immune mechanisms of the host.

The herpesvirus nucleocapsid is assembled in the nucleus. Unlike other enveloped viruses, the envelopment and maturation occur at the inner lamella of the nuclear membrane. The enveloped virus accumulates in the space between the inner and outer lamellae of the nuclear membrane, in the cisternae of the cytoplasmic reticulum, and in vesicles carrying the virus to the cell surface. The enveloped virus is uniquely shielded from contact with the cytoplasm. Herpesviruses are cytolytic and invariably destroy the cells in which they multiply. Like other enveloped viruses, herpesviruses impart to the infected cell new antigenic specificities.


شكوى DMCA

إذا كنت تعتقد أن المحتوى المتاح عن طريق موقع الويب (كما هو محدد في شروط الخدمة الخاصة بنا) ينتهك واحدًا أو أكثر من حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيرجى إخطارنا من خلال تقديم إشعار كتابي ("إشعار الانتهاك") يحتوي على المعلومات الموضحة أدناه إلى الوكيل المذكور أدناه. إذا اتخذ Varsity Tutors إجراءً ردًا على إشعار الانتهاك ، فسيحاول بحسن نية الاتصال بالطرف الذي جعل هذا المحتوى متاحًا عن طريق عنوان البريد الإلكتروني الأحدث ، إن وجد ، الذي قدمه هذا الطرف إلى Varsity Tutor.

قد تتم إعادة توجيه إشعار الانتهاك الخاص بك إلى الطرف الذي جعل المحتوى متاحًا أو إلى جهات خارجية مثل ChillingEffects.org.

يُرجى العلم أنك ستكون مسؤولاً عن التعويضات (بما في ذلك التكاليف وأتعاب المحاماة) إذا لم تُثبت بالدليل المادي أن منتجًا أو نشاطًا ما ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك. وبالتالي ، إذا لم تكن متأكدًا من أن المحتوى الموجود على الموقع الإلكتروني أو المرتبط به ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك ، فيجب أن تفكر أولاً في الاتصال بمحامٍ.

الرجاء اتباع هذه الخطوات لتقديم إشعار:

يجب عليك تضمين ما يلي:

توقيع مادي أو إلكتروني لمالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه تعريف بحقوق النشر المزعوم انتهاكها وصفًا لطبيعة المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك وموقعه الدقيق ، بما يكفي التفاصيل للسماح للمدرسين المختلفين بالعثور على هذا المحتوى وتحديده بشكل إيجابي ، على سبيل المثال ، نطلب رابطًا إلى السؤال المحدد (وليس فقط اسم السؤال) الذي يحتوي على المحتوى ووصف أي جزء معين من السؤال - صورة ، أو الرابط والنص وما إلى ذلك - تشير شكواك إلى اسمك وعنوانك ورقم هاتفك وعنوان بريدك الإلكتروني وبيان من جانبك: (أ) تعتقد بحسن نية أن استخدام المحتوى الذي تدعي أنه ينتهك حقوق الطبع والنشر الخاصة بك هو غير مصرح به بموجب القانون ، أو من قبل مالك حقوق الطبع والنشر أو وكيل المالك (ب) أن جميع المعلومات الواردة في إشعار الانتهاك الخاص بك دقيقة ، و (ج) تحت طائلة عقوبة الحنث باليمين ، أنك إما مالك حقوق الطبع والنشر أو شخص مخول بالتصرف نيابة عنه.

أرسل شكواك إلى وكيلنا المعين على:

تشارلز كوهن فارسيتي توتورز ذ م م
101 طريق هانلي ، جناح 300
سانت لويس ، مو 63105


Retroviruses and the Genetic Origins of Cancer, 1970-1993

In an unusually close collaboration with his colleague J. Michael Bishop between 1970 and 1984, Harold Varmus discovered that the many different forms of cancer all arise from a common genetic mechanism involving specific genes present in the normal cells of many different species. The intractable secrets of cancer lie hidden in the chromosomes of normal cells. When these normal cellular genes undergo mutations or inaccurate expression (the reading out of the genetic code by a cell's molecular machinery), the result can be cancer, the progressive multiplication of cells under conditions that impose constraints on the growth of normal cells. Varmus and Bishop's genetic theory of cancer explained several facts that had long puzzled cancer researchers: that the disease befalls some while it spares others even under similar environmental conditions, that it can be inherited but most often is triggered by environmental factors, that its risk increases with age (because an accumulation of gene mutations is required).

Their discovery deepened our understanding of the genetic basis of cancer, of cell growth and differentiation, of the control of gene expression in higher organisms, and of the molecular processes of evolution. "More than any other single experiment," the prominent cancer virologist Robert Weinberg has written, "[Varmus and Bishop's] work defined a milestone in twentieth-century cancer research, because it refocused thinking on the ultimate origins of cancer, directing attention to a site deep inside the cell." Until Varmus and Bishop's pathbreaking research, scientists had focused on cancer-causing viruses and the multitude of environmental carcinogens. Since then, genomes of different species have been the center of cancer research.

Varmus and Bishop's discovery resulted from detailed studies of the biochemistry, genetics, and life cycle of retroviruses, viruses that can incorporate their genes into the chromosomes of infected cells, thereby reengineering the cell's chemical processes to produce new virus particles. One of the genetic changes induced by retroviruses is the insertion of oncogenes, genetic sequences that are capable of transforming normal cells into cancer cells. Since most viruses have fewer than a dozen genes, compared to ca. 30,000 in the DNA of human cells, studying viruses greatly simplified the search for cancer-causing genes.

Varmus and Bishop began their joint research in 1970 trying to uncover one of the great contemporary challenges in biomedical research: to understand how retroviruses reproduced and caused cancer. During the 1960s, Howard Temin had proposed that retroviruses, whose genetic material consists of double-stranded RNA (ribonucleic acid), made double-stranded DNA (deoxyribonucleic acid) copies of themselves, which Temin called a provirus. The provirus could then insert itself into the DNA of infected cells, from where it directed the synthesis of new RNA virus particles. Temin suggested that proviruses implanted oncogenes in the DNA of host cells, resulting in cancer.

Temin's provirus hypothesis was greeted with much skepticism during the 1960s because it implied that the direction of genetic information could be reversed, in violation of what Francis Crick had called the "central dogma" of biology: that genetic information always flowed forward in the cell through a unidirectional molecular circuitry made up of DNA, messenger RNA, and protein-producing structures called ribosomes. However, Temin was vindicated in 1970 when he and David Baltimore found, independently of each other, a novel enzyme, reverse transcriptase, which directed just such a synthesis of retroviral RNA into a DNA provirus.

The second conceptual framework that guided Varmus and other cancer virologists during the early 1970s was the "virogene-oncogene" hypothesis, put forth by Robert Huebner and George Todaro in 1969. They suggested that all forms of cancer arise from the activation of oncogenes that had been embedded in normal cells through infection of germ cells (cells that are part of the germline, and are involved in the reproduction of organisms) by RNA tumor viruses in an early stage of evolution. These endogenous viral oncogenes lie silent until activated by carcinogenic substances, upon which they triggered neoplastic growth.

Varmus and Bishop set out to test and add experimental detail to the provirus and oncogene-virogene hypotheses: to elucidate more fully the life cycle of retroviruses, to detect the provirus in infected cells (not just to prove its existence indirectly by following the action of reverse transcription), to track the provirus in time and في الجسم الحي (in living organisms), not just in a laboratory dish. To do so, they chose a well-established experimental organism, Rous sarcoma virus (RSV, isolated by Peyton Rous in 1909), a retrovirus that triggers cancer in chicken and the microorganism in which scientists first detected an oncogene. Yet, research which began as an outgrowth of recent advances in virology unexpectedly led them in a new direction, towards uncovering the genetic origin of cancer.

In 1970, the oncogene of Rous sarcoma virus, SRC (for sarcoma, and pronounced "sark," denoting the type of connective tissue cancer it causes), was identified and shown to be the first clear example of a gene that can transform a cell from normal to perpetual cancerous growth. To test the virogene-oncogene hypothesis and to prove the existence of proviruses directly in infected cells, Varmus and Bishop had to demonstrate the presence in animal cells of DNA sequences that derived from retroviral RNA, namely the SRC oncogene. In other words, they had to compare a single viral gene, SRC, with the DNA of an animal infected by the virus, a difficult experimental challenge before the advent of restriction mapping and gene cloning.

In 1971, Varmus devised a molecular probe using radioactive tagging that could identify SRC genes amidst the multitude of other genes in vertebrate cells. In 1976, Varmus, Bishop, and French postdoctoral researcher Dominique Stehelin reported in طبيعة سجية that they had made the surprising discovery that SRC was nearly identical to a sequence in the normal cellular DNA of several different species of birds. Subsequent research in the Varmus-Bishop lab by Deborah Spector found a SRC proto-oncogene in fish as well as in several mammals, including mice, cows, and humans, which made their research of immediate interest to a wide range of scientists. Moreover, Varmus and his collaborators were able to detect the provirus of RSV directly by means of molecular hybridization, to measure new copies of RSV DNA following infection and track DNA synthesis in time, to determine that reverse transcription occurred in the cytoplasm of the cell, and to distinguish between linear, circular, and integrated forms of the provirus.

The fact that a homologue, or corresponding genetic sequence, of SRC is found in a wide range of species and has been preserved for more than a billion years indicated to Varmus and Bishop that it originated in normal cells, not in the retrovirus that carries it. They concluded that the SRC proto-oncogene, as they called the cellular homologue of the SRC oncogene, was captured from the genome of a host cell by an invading retrovirus far in the evolutionary past in a chance event known as viral transduction. As retroviruses insert themselves into the DNA of host cells and from there direct the synthesis of new virus particles, they can on rare occasions make copies not just of their own viral genes, but capture adjacent cellular genes--including cellular proto-oncogenes--which they then carry, or transduct, into other organisms they subsequently infect. The process by which retroviruses capture proto-oncogenes damages these genes in ways that can turn them into full-fledged oncogenes, which induce malignant growth when the virus infects another cell.

Through an accident of nature, retroviruses had singled out proto-oncogenes, extracted them from cells, and brought them to the attention of scientists, well before scientists could have found these genes among the convolutions of the immensely long chain of human DNA. (This accident, which was of such benefit to science, brought no evolutionary benefit to the viruses themselves--they can reproduce and live even when they lose their oncogene through mutation.) Retroviruses remain vital tools for the isolation of oncogenes and for elucidating fundamental processes within human cells.

The fact that the cellular version of SRC and other proto-oncogenes survived through many stages of evolution also indicated that they must perform a vital function, most likely in directing the growth and development of cells, although their precise role has not been elucidated. However, while the SRC gene is expressed at a low rate in normal tissue cells, the version of the gene carried by RSV is expressed at a much higher rate. Cells infected by the virus are thus transformed into ever-growing and dividing cancer cells. Varmus and Bishop hypothesized that the cellular version of the gene may cause malignancy not just as a result of viral transduction (as a retroviral oncogene), but also if it undergoes mutation under the influence of environmental carcinogens like radiation, toxins, or tobacco smoke, or if the regulatory mechanism for its expression is damaged during cell division.

Varmus and Bishop showed the virogene-oncogene hypothesis to be faulty on two counts: first, proto-oncogenes were not noxious cancer genes lying in wait until stirred into action by a carcinogen, but were part of the genetic machinery of normal cells and carried out a function vital for the developing cell and secondly, they were found in cells that showed no sign of viral infection, meaning that they had not been deposited in the germ line by a virus at some distant point in the past, but rather originated in healthy cells and were later introduced in modified, oncogenic form into the genome of an evolving retrovirus.

From their discovery of proto-oncogenes in normal cells Varmus and Bishop made important inferences, the accuracy of which has been borne out by subsequent research. They reasoned that SRC was the archetype of an array of genes that give rise to cancer, and that the oncogenes of other retroviruses likely also stemmed from cellular proto-oncogenes. More than a hundred proto-oncogenes have since been found by looking for cellular homologues of retroviral oncogenes.

Varmus and Bishop further hypothesized that all cancers, including those not caused by oncogenic viruses, are the result of damage to cellular proto-oncogenes. Damage that turns proto-oncogenes into oncogenes can occur not just through transduction by retroviruses, but when genes move from one chromosome to another in a process called chromosomal translocation. More commonly damage stems from a wide range of mutagenic and carcinogenic agents, including chemicals and radiation, as well as from retroviruses that do not carry oncogenes, such as the mouse mammary tumor virus which Varmus began to use as a model for studies of carcinogenesis in the mid-1970s. Retroviruses without oncogenes can trigger cancer by causing so-called insertion mutations in proto-oncogenes adjacent to the insertion site. This discovery opened the way for the identification of many mutant proto-oncogenes in human tumors that have no viral homologue.

Finally, Varmus and Bishop proposed that cancer can ensue when so-called tumor suppressor genes, genes that control the expression of proto-oncogenes, themselves undergo mutation or are deleted, leaving the latter free to divide unhindered. It is thus the behavior of both proto-oncogenes and tumor suppressor genes that drives the malignant growth of cancer cells.

To the extent that his administrative duties since 1999 as President and Chief Executive Officer of Memorial Sloan-Kettering Cancer Center, and as Director of the National Cancer Institute have allowed, Varmus has directed a small laboratory that carries on his genetic studies of retroviral oncogenesis and replication. He and his coworkers devise mouse models of human cancer in order to untangle the relationship between normal patterns of cell growth and development, and oncogenic events that disturb these patterns. His research aims at uncovering the molecular mechanisms that enable cancer cells to maintain their ability to divide indefinitely, and that make it possible for certain cells, called cancer stem cells, to give rise to cancer repeatedly. Varmus's laboratory is focusing on mutations of the RAS proto-oncogene, which, like SRC, first came to the attention of molecular biologists as a retroviral oncogene. Many human tumors, in particular cancers of the lung, colon, and pancreas, involve mutations in the three closely related versions of RAS found in the human genome. The mutation involves the alteration of a single letter in the genetic code, yet the consequence is a highly potent cancer gene. Besides this, Varmus is continuing his investigation, begun in the early 1990s, of how a protein called Wnt establishes cell signaling pathways that are instrumental in normal cell development and gene expression, but also in neoplasia of the mouse mammary gland and several human tissues, including the colon and liver. Since about 2002, Varmus and his colleagues have also been studying mutations of the EGF (epidermal growth factor) receptor gene, mutations that make certain lung cancers susceptible to treatment with anti-cancer agents called tyrosine kinase inhibitors.



تعليقات:

  1. Tuppere

    لاحظ المؤلف كل شيء على نحو ملائم للغاية

  2. Yozshur

    من المفهوم ، شكرا جزيلا على المعلومات.



اكتب رسالة