Interferonit ja antivirusgeenien käynnistyminen

Tämä ei sinänsä ole uutta vaan on hyvä kerrata kuitenkin.

• INTERFERONIT

Lähinnä interferoneista ja jatkossa siitä, miten A-influenssa vikuuttaa luonnollista immuunipuolustusta ja hävittää interferonivasteen.

Lähde: Adolfo Carcia-Sastre. Pathogenesis Antiviral Response in Pandemic Influenza Viruses Mount Sinai School of Medicine, New York, US

I. SOLUN INTERFERONIT ANTIVIRUSVASTEENA JA VIRUSTEN ANTI-INTERFERONIVASTE

Tämä newyorkilainen teksti pureutuu isäntäsolun antivirusvasteen selvittelyyn. Ihmisen solussa on paljon , yli 100 antivirusgeeniä. Mutta on kyse vain siitä, ehtiikö solu aktivoida ne antivirusgeeninsä vai ei ja saako solu kehkeytetty järjestelmän propagoitumisen interferoneilla vai ei.

II. Kirjoituksen lopussa kirjoittaja käsittelee influenssavirusten suhtautumista tähän IFN-järjestelmään. ”Influenssaviruksen aiheuttamat antivirusvasteet kehossa ja asian patogeneesi”(jatkoa...)

Myös tulevaisuuden näkymiä antivirusstrategiasta.

• TAUSTAA interferonien järjestelmästä
  

Virusten ja ihmiskehon välisistä monimutkaisista vuorovaikutuksista riippuu virusinfektion lopullinen tulos. Virusinfektiot varsinkin ovat aivan erityisen päteviä kehon signaaliohjelmien esiinliipaisijoita infektoituneessa solussa. Interferoni (IFN) on infektoituneen solun hätähuuto ympäröiville terveille soluille . Virusvaikutuksesta aiheutuu isäntäsolun (tässä: ihmissolun) geenien asennoituminen asiaan, moduloituminen, virittyminen ja sitten geenituotteitten määrissä tapahtuu havaittavia muutoksia. Toiset näistä muutoksista suosivat viruksen omaa replikaatioprosessia (lisääntymistä) ja toiset muutokset heijastavat isäntäsolun vastetta virusta kohtaan. Tässä tulee esiin VIRUSTEN pitkän evoluution ja kokemuksen tuloksenaviruksen kyhäämä IHMISTUNTEMUSTA OSOITTAVA sopeutettu GEENIPÄTEVYYS. Ne ovat jo edeltä (evoluutionsa aikana) valmistautuneet kohtaamaan isäntäsolun luontaisen, normaalin, alkupuolustuksen. Tästä viruksen ja isäntäsolun keskinäisestä suhteesta, interaktiosta, syntyykin taudin asteittainen eteneminen - ”taudin tango” ja vaikutukset adaptatiiviseen immuunivasteeseen. Virus taistelee ikään kuin vertaisensa ”järkiapparaatin” kanssa mitä pätevimmin, mitä loogisimmin ja kauaskantoisin strategioin

VIRUSPROTEIINIEN säätelyfunktiot ovat hyvin merkitseviä influenssaviruksen patogeenisyydessä ja ne näyttävät osittain olevan syynä influenssaviruksen kykyyn infektoida useitakin eläinlajeja, mistä sitten seuraa ihmiskunnalle asteittain kehkeytyvä pandemisen influenssan vaara. Patogeenien kehittyminen rinta rinnan niiden isäntien kera on johtanut isäntäkehojen immuunijärjestelmien muovautumiseen, ehkä terveelliseen virittymiseenkin toisaalta.

ISÄNNÄN PUOLELLA pääkomponenttina tässä järjestelmässä on LUONNOLLINEN IMMUUNIVASTE, johon kuuluvat kaikki isäntäkehon eri estemuodostumat, barrierit, kuten iho, limakalvot, limakalvojen eri eritteet ja monet patogeenispesifiset vasteet. Tämä luonnollinen immuunivaste ei käsitä vain isännän ensimmäistä infektioitten estettä, vaan varustaa kehoa myös signaaleilla, joista seuraa SOLUVÄLITTEISTEN ja HUMORAALISTEN IMMUUNIVASTEIDEN kehittyminen.

• IFN, interferoni

Interferoni-molekyylien kehkeytyminen on merkkinä virusinfektiosta.

(1) Interferonit IFN alfa ja IFN beeta ovat kriittinen elementti tässä luonnollisessa immuunijärjestelmässä. Nämä ovat erittäin tärkeitä kehon puolustautuessa varsinkin viruksilta. Kun erittyy näitä interferoneja, ne vaikuttavat solujen antivirusvasteen esiin kehkeytymisen säätämällä antivirusvasteen geenijärjestelmän käyntiin.

(2) Interferoni beeta-geeni säätyy päälle. Lopulta voi transkription kautta yli 100 antiviraalia geeniä käynnistyä ja propagoida tehokkaan vasteen ja johtaa kehon tervehtymiseen ja viruksen voittamiseen.

• Mitä virus vastavuoroisesti tekee ? VIRUS HANKKII UUSIA GEENEJÄ.

On ymmärrettävää, että jos virus haluaa elää, sen on päinvastoin sammutettava tämä antivirusjärjestelmä kokonaan tai osittain. Huolimatta kehon ja solujen mitä hienosääteisimmästä immuunijärjestelmästä onnistuu virusten kuitenkin infektoida soluja ja aiheuttaa kehon sairauksia, joskus jopa kuolemaa. Tämä virusten saama menestys selittyy ainakin osittain niitten tehokkaasta evoluution aikana tapahtuneesta omien geenien hankkimisesta, joilla ne ovat oppineet VASTUSTAMAAN - tai VÄLTTÄMÄÄN, KIERTÄMÄÄN ja PETTÄMÄÄN - ihmisen IMMUUNIPUOLUSTUSTA.

• VIRUS SÄÄTÄÄ PÄÄLLE VASTA-VAIKUTTAJIA. Virus säätää vauhtiin IFN-antagonisteja:

Erityisen kiinnostavia ovat viruksen koodaamat interferonien (IFN) vastavaikuttajat, IFNalfa/beeta-antagonistit, koska niitä näyttää sijaitsevan useimmissa animaalisissa viruksissa.

(Artikkelin kirjoittaja selittää lopussa yksityiskohtaisesti, miten influenssavirus pystyy välttämään eräällä ihmisen virusvastetta vastustavalla geenillään(NS1) ihmisen luontaisen immuunipuolustuksen ja hän kohdistaa tutkimuksensa erityisesti interferonivasteeseen soveltaen tätä tietoa mahdolliseen pandemiaan).

• Interferonien normaalitoiminta virusinfektiossa
  

IFNα/β (interferonien alfa ja beeta) (1) vaikuttama antivirusvaste.

Kun eläinkehon tai ihmiskehon solu havaitsee virusinfektion, se alkaa aika välittömästi syntetisoida ja erittää interferoneja IFN alfa / beeta. IFNα/β-geeneihin kuuluu IFNβ-geeni ja monta sen lähisukuista IFNα-geeniä. Interferoni itse on rakenteeltaan glykoproteiini (gp). Säätely ei ole aivan suoraviivaista.

Yleensä tähän interferonien herättämistoimintaan osallistuu monta proteiinia (kaskadi). Sellainen virusmuoto, jossa on kaksoisrihma (dsRNA) on se mikä antaa hälytyksen tämän kaskadin kehkeytymiseeen.

Hälytyksen aihe: VIERAS ”dsRNA” TULLUT SOLUUN!!!

Seuraavia tekijöitä alkaa yleensä normaalisti mistä tahansa virushälytyksestä herätä

(3,4) SENSORIT: RIG-1 ja (4) MDA-5 sensoriproteiinit, helikaasit, tunnistavat yleensä virus dsRNA:ta sytoplasmasta.

(3) Helikaasi RIG-1 = DExD/H (Asp-Glu-Ala-Asp/His) box polypeptide RIG-I.

(4) Helikaasi MDA-5 = ”An interferon-inducible putative RNA helicase”. ”MDA-5 is a double-stranded RNA-dependent ATPase that contains both a caspase recruitment domain and RNA helicase motifs”

(5,6 ) ADAPTORIT: IPS-1 ja MAVS, eräitä solutekijöitä, jotka alkavat aktivoitua edellisten jälkeen.

(5) IPS-1 = adaptori (an adaptor involved in RIG-I- and Mda5-mediated antiviral immune responses). (IPS-1= ”interferon inducers, a molecule interferon-beta promoter stimulator 1) (IPS-1). (IPS-1 = ”Putative NF-kappa-B activating protein”)

Nat Immunol. 2005 Oct;6(10):981-8.

(6) Adaptori MAVS = antivirus-signaali-valkuaisaine (”a mitochondrial antiviral signaling protein that activates NF-kappaB and IRF3.

Cell. 2005;122:669–82. ” MAVs proteins may play major new role in the human immune system. Health news (Waltham, Mass.) 28-10-2005”)

(7) AKTIVOIVAT FOSFORYLOIJAT: IRF-kinaasit tulevat kuvaan. Nämä kinaasit fosforyloivat.

(7.1.) TBK1 = TANK-binding kinase 1

(7.2.) IKKε tarvitaan NF-κB aktivaatioon T-solu reseptoreilla (TKR)

TUMATEKIJÄT:

(8) NF-κB =Nuclear Factor kB, tumatekijä kB.

(Phosphorylation of serine residues on the IKB proteins by IKB kinases marks them for destruction via the ubiquitination pathway, thereby allowing activation and nuclear translocation of the NFKB complex).

TRANSKRIPTIOTEKIJÖITÄ

(9) AP-1. Tumaan siirtyy sytoplasmasta DNA:lle AP-1 = transkriptiotekijä, ja tekee c-jun/c-fos dimeeri kompleksin DNA:n kanssa

KOHDEGEENI

(2) IFN-beta-geeni indusoituu ja sen transkriptio alkaa.

MUODOSTUU TÄRKEÄ mRNA, JOKA VOI ANTAA OHJELMAN INTERFERONIEN TUOTOSTA

(10) Pre-mRNA isäntäsolun omasta DNA:sta sairastuneen isäntäsolun tumassa.

(11) Pre-mRNA modifioidaan (Asetetaan suuntajana CAP ja polyadenyloidaan-AAAAA-) ja lähetetään sytoplasmaan, jossa syntyy IFN-beeta.

Siis----

KUN JOTAIN VIERASTA VIRAALIA AINESTA HAVAITAAN ( dsRNA muoto on varoitusmerkki). on monella solulla solunsisäisiä virustuotteitten havaintolaitteita, ”sensoreita” ja kun sellainen aktivoituu, se aloittaa signalointisarjan, kaskadin, joka johtaa solun omassa tumassa sijaitsevan transkription kautta tapahtuvaan IFNβ-geenin aktivoitumiseen (2) ja interferonin tuottoon.

HELIKAASIT ovat aika vastikään löytyneitä molekyylejä. Ne ovat niitä sensoreita. Näitten sensorien laatua ei aiemmin tunnettu, mutta nyt tiedetään, että on kyse kahdesta RNA-helikaasista, RIG-1 ja MDA-5, jotka tuntevat viruksen dsRNA- muodon ja ne helikaasit syntyvät sytoplasmassa virusinfektion aikana. Kun nämä helikaasit RIG-1 (3) ja MDA-5 (4) sitoutuvat vieraisiin dsRNA-rihmoihin, alkaa niitten helikaasiaktiviteetti toimia ja seuraa struktuurin muutos, joka rekrytoi paikalle muita solutekijöitä kuten (vastikään keksityt) IPS-1/ MAVS-proteiinit (5 ja 6). Sitten aktivoituvat solun erilaiset kinaasit (7) (Kinaasien tehtävä on fosforyloida proteiineja). Näitten kinaasien joukossa on IRF3-kinaasit TBK1 ja IKKε, jotka aktivoituvat (7.1. ja 7.2.) . Aktivoituneet IRF3-kinaasit yhdessä tumatekijän NF-κB (8) and (9) transkriptiotekijän AP-1- kanssa kertyvät tumaan. Ne sitoutuvat ihmisen tai eläimen DNA:ssa sijaitsevaan (2) interferonigeeniin IFNβ, sen promoottoriin ja stimuloivat siitä isäntäsolun alustavan mRNA:n esiintuloa (transkriptiolla interferonigeenistä). Näin saadaan lopulta kypsää mRNA:ta.

Minkä tahansa ihmisolun sytoplasmaan tullut viraali dsRNA-muoto on sellainen virusmolekyyli, joka liipaisee tämän ylläkuvatun kaskadin esiin. Lienee myös muita virustuotteita ja muita solusensoreita, jotka yhtä hyvin kykenevät osallistumaan IFNβ-geenin induktioon.

• On toinenkin tapa käynnistää interferonien muodostus
  

Jos virusperäistä RNA- tai DNA-materiaalia on endosomissa, voi IFNα/β-induktio myös stimuloitua käyntiin seuraavaa tietä:

TL- Reseptorit TLR3, TLR7, TLR8 tai TLR9 osallistuvat signalointiin. Eri solulajit näyttävät käyttävän erilaisia mekanismeja virusten tuotteitten tunnistamisessa.

(12) TLR3, TLR7, TLR8 tai TLR9 (Toll-like receptor)

• Mitä syntyneet interferonit (IFN) tekevät?

Kun interferoneja (IFNα/β) on sitten syntetisoitunut sairaassa solussa, niitä eritetään infektoituneesta solusta ja ne kertovat ympäristöön, että solulla on hätätilanne. Niitä asettuu niille spesifisiin reseptoreihin, (13) vastaanottajiin (IFNα/β receptori)

Kaikki alfa- ja beeta-interferonit kiinnittyvät samanlaiseen reseptoriin.

NE HERÄTTÄVÄT TERVEISSÄ SOLUISSA ANTIVIRUSVASTEEN.

Eritetyt interferonit sitoutuvat reseptoreihin lähisolujen pinnalla ja aiheuttavat niistä antiviraalisten proteiinien tuottoa, jolloin kohdesolut tulevat resistentimmiksi virusta vastaan.

Kun IFN on sitoutunut solupintareseptoriin, terveen solun reseptorin solunliman puolella oleva osa aktivoituu ja aktivoi solun sisällä JAK-kinaasin (14), erään tryosiinikinaasin.

(14) Janus activated kinase, tyrosiinikinaasien ryhmää).

Tämä taas katalysoi STAT-fosforylaation.(15)

(15) STAT on yleensä inaktiivina sytoplasmassa sijaitseva transkriptiotekijä.

STAT1 ja STAT2 tarkoittavat ”Signal Transducers and Activators of Transcription”.

STAT dimerisoituu, siirtyy solulimasta tumaan, sitoutuu tuman asiaankuuluvaan DNA-response elementtiin ja aktivoi asiaankuuluvan transkription ja silloin alkaa tapahtua.

JAK-STAT-aktivaatio on spesifinen.

Eri tyypin IFN aktivoi eri tyypin STAT-molekyylin ja täten eri kohtia DNA:sta tulee aktivoitua.

Muutkin signaalimolekyylit kuin IFN voivat saada STAT- fosforylaation aikaan.

Vain STAT ja CREB tunnetuista transkriptiotekijöistä ovat sellaisia, jotka aktivoituvat fosforylaatiosta.

(16) Ennenkuin STAT menee tuman puolelle, se on muodostanut molekyylikompleksin, jonka nimenä on ISGF3.

(16)ISGF3 ( complex of STAT1, STAT2 and IRF9) (Interferon-stimulated gene factor 3 (ISGF3) is the ligand-dependent transcriptional activator that, in response to interferon treatment, is assembled in the cell cytoplasm, is translocated to the nucleus, and binds the consensus DNA site, the interferon-stimulated response element, IRSE)

(17) IRSE

Tumassa aktivoitunut transkriptiotekijä, kompleksi ISGF3, sitoutuu solun oman DNA:n promoottoriin, jossa on interferonilla stimuloituvia vaste –elementtejä (IRSE response element REs) ja näin alkaa mennä päälle, käynnistyä, monenlaisia antivirusgeenejä transkriptioteitse- normaalisti. Niitähän on yli 100 geeniä. (18) ANTIVIRUSGEENEJÄ

• Esimerkkejä antivirusgeneistä
  

Näihin antivirusgeeneihin kuuluu MxA, PKR, OAS, ADAR, PML, p56 ja monta muuta, yli 100 geeniä. Nämä interferoni (IFN)-teitse käynnistetyt geenit estävät viruksen replikaatiota monella eri mekanismilla,

esim. sitoutumalla viruksen nukleokapsidiin (NC),

estämällä virus mRNA:n kautta tapahtuvaa translaatiotoimintaam ( viruksen omien proteiinien tuottoa),

hajoittamalla RNA:ta,

muuntamalla RNA:ta

tai indusoimalla apoptoosia.

(MxA, MX1 geeni joka koodaa IFN-indusoimaa p78 proteiinia (MxA).

PKR= RNA-dependent Protein Kinase, RNA:sta riippuva proteiinikinaasi

ADAR= adenosine deaminase 1 (ADAR 1), adenosiinideaminaasi1

PML = promyelocytic leukemia protein (PML)

OAS = oligoadenylate synthetase, oligoadenylaattisyntetaasi

p56 = Interferon-inducible protein p56, interferonilla indusoituva proteiini p56, translaation inhibiittori. ”P56 binds to the translation initiation factor eIF3 through the subunit p48/Int-6. Together with the protein kinase PKR and the 2-5(A) synthetase, p56 downregulates translation in response to double-stranded RNA, e.g. in virus-infected cells. The 2-5(A) oligonucleotides activate RNase L. Unlike PKR and 2-5(A) synthetase, p56 does not require double-stranded RNA for activity and is therefore already active before cells are infected”) .

• Intereronien (IFN) muita tehtäviä
  

Lisäksi erittyneet interferonit (IFNα/β) edistävät vahvan SOLUVÄLITTEISEN ja HUMORAALISEN IMMUNITEETIN kehkeytymistä. Yleisesti ottaen interferonivasteella on monimutkainen säätyminen, mihin kuuluu positiivisia ja negatiivisia feed back -(takaisinsyöttö) ilmiöitä, joista osa on vielä tuntemattomiakin.