微生物综述

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在慢病毒致病的分子机理方面,我们选取了我国独具特色的马传染性贫血病毒(Equine in生物学特性的比较研究。马传染性贫血病毒(Equine Infectious Anemia Virus,
(6)(Rev基因:
Rev基因由两个外显子组成,分别编码25个氨基酸和91个氨基酸的肽段,由完全拼接的mRNA进行表达,两个肽段结合形成19KD(P19)的病毒颗粒蛋白表达调节因子(regulator of expression of virion protein, Rev)在胞质内合成后由其上的核定位信号(nuclear localization signal, NLS)介导进入核内聚集于核仁。Rev蛋白是HIV复制非常重要的一个反式激活因子,能够促进HIV的基因转录由早期向晚期转变,即由调节蛋白基因的转录向结构蛋白基因的转录进行转变。因此,Rev蛋白对HIV的调节基因具有负调控作用,而对病毒结构基因和附加基因具正调控作用。另外,Rev与其应答元件(Rev responsive element, RRE)的结合还可促进未拼接或未完全拼接的病毒mRNA由胞核向胞浆运输。
微生物综述
HIV基因结构及其疫苗研究进展
生命科学学院 2010级
李红星 学号2010010886
前言
艾滋病危及全世界, 成为本世纪难以治疗的病毒病。病原体是反转录病毒科的人免疫缺陷病毒.AIDS又叫获得性免疫缺陷综合症, 是由于机体感染后造成细胞免疫缺陷, 抗感染能力下降, 以致伴有机会感染、恶性肿瘤及神经障碍等症候群的统称.
(8)(其他调节蛋白基因:
Vpr基因编码病毒蛋白r,高度保守。Vpr蛋白非HIV复制所必须,能反式激活病毒基因的表达,在HIV感染未分裂的细胞时使细胞停留在细胞周期的G2期。另外,Vpr基因的存在还可使HIV感染细胞时致细胞病变效应增加。 Vpu基因编码病毒蛋白u,为HIV-1所特有,Vpu蛋白为非HIV复制所必须的双亲性膜整合蛋白,能够增强病毒颗粒的组装和释放,介导内质网中CD4分子的快速降解。
Tat基因由两个外显子构成,编码HIV复制和基因表达所必须的反式激活蛋白(transactivator, Tat),又称反式激活因子(trans-activating factor),能够增强病毒复制的起始,促进mRNA的转录和翻译。Tat与HIV RNA 5’端LTR结合后能够极大地提高HIV基因的转录水平。另外,tat可能还具有转录延伸因子的作用,延长mRNA的转录。
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较其他逆转录病毒更多的调节基因(regulatory gene)和附加基因(accessory gene),其编码的的调节蛋白在病毒的整个感染及复制过程中具有非常重要的作用,目前已发现至少有7种:tat、rev、nef、vpr、vpu、vpx和vif。 (1)(长未端重复序列:
HIV基因组两端的长未端重复序列(long terminal repeat, LTR)不编码病毒产物,对于病毒基因表达的起始和调节至关重要,其上有许多细胞转录因子的结合位点,可分为调节单位、核心转录单位和反式激活效应元件单位(TAR)三个不同的调控功能区。
(4)( Env基因:
Env基因编码病毒的膜蛋白,由单一拼接的mRNA进行表达,首先在内质网内合成分子量为88KD的蛋白质,在向高尔基体的转运过程中被糖基化而成为分子量160KD(gp160)的包膜糖蛋白前体,糖基化为病毒的传染性所必须。gp160被蛋白酶切割为gp120和gp41两部分,gp120位于感染细胞和毒粒的表面,称外膜蛋白,其上有5个高变区(V1~V5)和6个保守区(C1~C6)。高变
核酸疫苗是近年来兴起的一类新型疫苗。它得益于成熟的基因工程技术以及多样的载体系统和转移技术, 发展十分迅速,已跻身于HIV疫苗领域。与传统疫苗相比, 核酸疫苗具有易于制备、可塑性大(含单一基因或多个基因成份)、生产工艺简单、成本低等优点。但其最大的优点在于疫苗抗原可能在靶细胞内以天然的方式合成、加工并呈递给免疫系统。在动物试验中,含HIV env及gag-pol基因的DNA疫苗可激发对相应HIV基因产物特异性的CTL及抗体反应,显示了DNA疫苗的巨大潜力。我们在与德国学者合作的基础上,将HIV结构基因进行改造,使其适应在哺乳动物细胞中表达,并进一步进行DNA疫苗的免疫学研究。此外,新的不携带抗生素标记的高效DNA疫苗载体也是研究的热点。
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区中的V3环区是阻断HIV传播的中和抗体结合的主要靶位,gp41镶嵌于病毒的脂质双层中,称跨膜蛋白,在病毒感染过程中能够介导病毒脂膜与细胞膜的融合。gp120与 gp41的N端以非共价键结合,当HIV感染T淋巴细胞或巨噬细胞时,gp120首先与细胞表面的CD4分子结合,导致空间构象发生改变,使gp41与细胞膜充分接触而发生病毒与细胞膜的融合,病毒核心进行细胞。 (5)(Tat基因:
一HIV基因的结构
HIV属反转录病毒科慢病毒属灵长类慢病毒群,有外膜的单股、双基因组RNA。HIV粒子的形态,1型和2型完全相同。粒子是直径为110nm球型。HIV—1基因组的5‘端有帽结构,3’端有多聚腺苷酸poly(A)序列,如果去掉poly(A),基因组全长为9100碱基。基因组RNA附着于核蛋白,反转录酶和核衣壳蛋白形成圆锥型核心。核心的外侧为脂质双层组成的外膜,膜上有穿膜蛋白gp41和膜外蛋白gp120,外膜内测为基质蛋白等。
1.HIV的结构蛋白:?包膜蛋白:含外膜蛋白和跨膜蛋白,信号肽。?核心蛋白:在细胞内合成,包括p24、pl7和pl2三种结构蛋白、RNA逆转录酶、蛋白酶和整合酶。
2.HlV基因组:
HIV基因组为单股正链RNA二倍体,每条RNA链长约9.8kb,两条链的5’端借氢键形成二聚体。与其他逆转录病毒相同,HIV的基因结构从5’端到3’端依次为5’LTR-gag-pol-env-3’LTR。5’端有帽状结构m7G5ppp5GmpNp,3’端有polyA序列。除三个编码结构蛋白的基因gag、pol、env外,HIV还有
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Vif基因编码病毒颗粒感染性因子(virion infectivity factor, Vif)。Vif蛋白亦非HIV复制所必须,能够增加病毒颗粒的感染性。
HIV病毒感染和复制
HIV主要侵犯人体的CD4+ T淋巴细胞和巨噬细胞,其感染过程包括病毒的吸附、侵入、逆转录、基因组的整合、表达及释放等过程。当感染发生时,病毒的外膜糖蛋白gp120首先与细胞表面的CD4分子结合并与辅助受体CCR5或CXCR4等结合,gp120空间构象发生改变,暴露出跨膜蛋白gp41与细胞膜作用,导致病毒包膜与细胞膜融合,病毒核心进入细胞内,脱壳后病毒基因组在RT作用下以病毒RNA为模板合成cDNA,再以此cDNA为模板合成双链DNA,经环化后在病毒IN的作用下随机整合到细胞染色体上成为前病毒而长期存在并随细胞的分裂而传至子代细胞。此前病毒即为病毒复制时的转录模板,病毒进行复制时,早期转录的长链mRNA经拼接后表达病毒的调节蛋白,待调节蛋白的量到达一定阈值后,病毒进入晚期转录,产生的未拼接的mRNA部分用来指导合成病毒的结构蛋白,部分作为病毒的基因组,与结构蛋白进行装配成为病毒核心颗粒,由胞膜出芽时获得包膜及膜蛋白。
HIV感染到发病为止,大约需一年。这期间大致经过四个过程。无症状带毒者、持续性全身淋巴结肿、AIDS相关症候群最后发展成 AIDS。1983年5月法国巴氏德研究所Montagnier等从ARC患者多发性病变淋巴结分离出HIV-1,1986 年4 月Montagnier 等又分离出HIV-2 .目前, 在世界范围内流行的以HIV-1为主。由于分子生物学和生物技术的发展, 在短短的10 多年中, 已基本上搞清了HIV 结构 及其大致的功能。
(2)( Gag基因:
即组特异性抗原基因,编码分子量为55KD的前体蛋白(P55),由未拼接的病毒mRNA表达。P55经病毒蛋白酶切割,由N端至C端形成P17、P24、P15三种蛋白。P17称为基质蛋白(MA),附着于病毒脂质又层膜的内侧,形成毒粒的内膜,起稳定毒粒的作用。P24称及壳蛋白,形成病毒的锥形核。P15进一步被裂解为P9和P7两种核壳蛋白,与病毒的RNA结合。
近年来,活载体疫苗的研究受到了越来越多的重视。此类疫苗是将以往作为人类疫苗应用过多年的减毒病原体,如牛痘苗、卡介苗、脊髓灰质炎疫苗以及腺病毒、禽痘病毒等进行改造后作为载体,将HIV的重要抗原基因插入其内,导入人体进行表达。活载体疫苗由于可在体内复制而具有良好的免疫原性,活载体本身还可作为免疫佐剂,因而此类疫苗广受国内外研究者的重视。另外,越来越多的学者认识到多种不同疫苗混合应用有可能达到任何单一形式的疫苗难以达到的理想效果。这种联合免疫的形式一般含有DNA疫苗,尤其是可以进行部分复制的疫苗作为初始免疫,随后用不含DNA的蛋白疫苗,如VLPs或亚单位疫苗加强免疫。因此,研制出单一使用及能与VLPs疫苗或DNA疫苗联合使用的HIV活载体疫苗应是HIV疫苗研究的重要领域。目前正在与预科院病毒所合作,利用我国自己研制的非复制型天坛株痘苗病毒载体来研制HIV的活载体疫苗,并正在尝试利用腺病毒载体在此领域进行研究。
(7)(Nef 基因:
Nef 基因由单一外显子构成,编码27KD的甲基化蛋白。Nef 蛋白是HIV复制过程中的负调节因子(negative regulation factor),具多种功能,既可进行正调节,也可进行负调节。能够增强或减弱病毒的复制,既能激活T细胞,增加病毒感染,又能抑制病毒的超感染。
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作为HIV的侯选疫苗倍受学者们的重视。我们实验室在对中国HIV流行株进行了大规模的分子流行病学调查的基础上,选取我国HIV-1 B、C和E亚型代表株分别进行了基因克隆和表达,获得了基于GAG和GAG-V3基因的病毒样颗粒。电镜下可以观察到与天然HIV毒粒形态相似的颗粒样结构,还可以见到VLP从细胞中出芽的过程。在对VLP进行初步的提纯后,利用小鼠为模型进行了动物免疫实验,结果发现VLP可以诱导很强的体液免疫,而且通过细胞因子等指标的检测发现VLP可以诱导产生一定程度的细胞免疫。
二 国内HIV疫苗研究进展情况
中国疾病预防控制中心性病艾滋病预防控制中心病毒免疫室与HIV疫苗相关的研究主要包括四个方面:
1)HIV蛋白亚单位疫苗
2)HIV活载体疫苗
3)HIV DNA疫苗
4)以马传染性贫血病毒为代表的慢病毒疫苗机理研究及其在HIV疫苗研制中的应用
HIV亚单位疫苗是发展最早也是世界上唯一进入III期临床阶段的艾滋病疫苗,其主要原理是利用酵母、秆状病毒-昆虫细胞等表达系统高效表达并纯化HIV病毒抗原蛋白,免疫人体后产生针对HIV病毒的免疫反应。目前世界上在该领域的研究主要集中在病毒样颗粒(Virus like particle, VLP)疫苗方式。HIV病毒样颗粒是利用GAG基因自身可以组装成颗粒样结构的特性,在昆虫细胞-杆状病毒表达系统或酵母表达系统中表达GAG基因后分离纯化得到的一种不含病毒核酸的假病毒颗粒。由于它具有很强的免疫原性及很好的安全性,
(3)( Pol基因:
Pol基因编码病毒的逆转录酶(RT)P66和整合酶(IN)P32,由未拼接的病毒mRNA表达。RT由两个亚单位P66和P51构成,其N 端完全一致,具DNA聚合酶活性,而C端由于病毒蛋白酶的不对称切割,使一个亚单位C端的部分氨基酸被切除而失去RNA酶H的功能,另一亚单位C端的RNA酶H功能域则未被切除。HIV进行复制时,首先在RT的N端的DNA聚合酶功能区的作用下,以RNA为模板合成互补的DNA,表现出逆转录酶活性,然后在P51的协助下,P66 C端的RNA酶H功能区降解RNA/DNA 双链中的RNA链,表现为RNA酶H活性,最后以此单链DNA为模板,由P66亚单位合成互补DNA而成双链DNA,表现出DNA聚合酶功能。整合酶能够将逆转录成的双链DNA整合入宿主染色体DNA,整合过程可分三步:首先由IN在病毒线状平端DNA的3’端由3’?5’方向切下2个核苷酸,形成CA-OH-3’,同时在宿主DNA双链整合部位上各切开一5bp的切口,然后在IN的作用下,CA-OH-3’与宿主DNA切开部位的5’-P形成磷酸二酯键,最后整合部位被修补完整。
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