rezumat
Coxsackievirus B3 (CVB3), un enterovirus din familiepicornaviridae, induce modificări citopatice în sistemele de cultură celulară și organe și țesuturi sensibile in vivo, inclusiv miocardul, la începutul infecției. Analiza biochimică a căii de deces celular în celulele hela infectate cu CVB3 a demonstrat că proforma 32-kDa a caspazei 3 este scindată ulterior modificărilor morfologice degenerative observate la celulele hela infectate. Testele de activare a caspazei confirmă faptul că caspaza 3 scindată este activă proteolitic. Substraturile caspazei 3 poli (ADP-riboză) polimerază, o enzimă de reparare a ADN-ului și factorul de fragmentare a ADN-ului, un inhibitor citoplasmatic al unei endonucleaze responsabile de fragmentarea ADN-ului, au fost degradate la 9 ore după infecție, producând fragmentele lor caracteristice de clivaj. Inhibarea activării caspazei de către benziloxicarbonil-Val-Ala-Asp-fluorometilcetonă (ZVAD.fmk) nu a inhibat efectul citopatic indus de virus, în timp ce inhibarea activării caspazei de către ZVAD.fmk în celulele apoptotice de control induse prin tratamentul cu inelul monoacid derivat de benzoporfirină fotosensibilizator a și lumina vizibilă au inhibat fenotipul apoptotic. Activarea caspazei și scindarea substraturilor pot să nu fie responsabile pentru efectul citopatic caracteristic produs de infecția cu picornavirus, dar pot fi legate de modificări în stadiu tardiv ale proceselor homeostatice celulare și ale integrității structurale.
Coxsackievirus B3 (CVB3) este un enterovirus din familia Picornaviridae. După legarea la receptorul coxsackievirus și adenovirus (6, 64), ARN-ul viral intră în citoplasmă, unde este tradus într-o singură poliproteină de către mașina de translație gazdă. Poliproteina este apoi prelucrată proteolitic de proteaze virale pentru a produce toate proteinele structurale și nestructurale virale. ARN polimeraza ARN dependentă de ARN codificată de virus transcrie ARN – uri virale cu catenă negativă, care servesc drept șabloane pentru sinteza genomilor descendenți multipli. În urma ambalării virale, virusul este eliberat, potențial sub influența proteinei 2B codificate de virus (67). În timpul procesului replicativ și al eliberării descendenților virali, apare efectul citopatic (CPE) și celula gazdă este rănită, cu eventuala pierdere a viabilității.
procesele celulare gazdă Multiple sunt modificate în timpul parazitizării picornavirusului. Proteina virală 2apro scindează direct factorul de inițiere eucariotă 4 gamma (eIF4G). Scindarea acestui factor de inițiere a traducerii nu numai că elimină traducerea ARNm dependentă de cap (19); se crede că produsele de scindare stimulează traducerea ARNm necapat, cum ar fi genomul picornavirus necelular (43), care folosește un nou mecanism intern de intrare a ribozomilor pentru a începe traducerea proteinelor (31, 76). S-a demonstrat că proteinele poliovirale 2Apro și 3cproh scindează proteina care leagă TATA, 3Cpro oprind, de asemenea, transcrierea ARN polimerazelor I, II și III (11, 72, 74). Factorii de transcripție TFIIIC (10), CREB (73) și Oct-1 (75) sunt, de asemenea, scindați de 3Cpro în timpul infecției cu picornavirus. S-a demonstrat că proteina CVB3 2B modifică permeabilitatea reticulului endoplasmatic și a membranei plasmatice (14), determinând o creștere a concentrației de calciu liber citosolic (28, 67) și a leziunilor membranare care pot facilita eliberarea descendenților virali. Gradienții ionici se prăbușesc (40, 52), iar activitatea fosfolipazei este modificată (24, 29). Infecția cu CVB3 a celulelor HeLa are ca rezultat fosforilarea tirozinei a două proteine celulare la 4 ore postinfecție, iar inhibarea acestor fosforilări reduce semnificativ producția de descendenți virali (27). Este clar că infecția este un proces celular dinamic în care interacțiunile în timp util între proteinele virale și gazdă determină rezultatul atât pentru virus, cât și pentru celulele gazdă.
acum este clar că proteazele cisteinei din familia enzimelor caspazei sunt molecule efectoare cheie în moartea celulelor apoptotice. Odată activate, caspazele scindează substraturi specifice, inclusiv poli (ADP-riboză) polimerază (PARP) (35), factorul de fragmentare a ADN-ului (DFF) (37), gelsolin (34), lamin A (58), proteine de legare a elementului de reglementare a sterolului (68), fodrin-ul (12, 66), kinaza de adeziune focală (71) și mdm2 (18), printre multe altele. Astfel de evenimente de clivaj au ca rezultat modificări importante ale proceselor celulare homeostatice normale și modificări morfologic-structurale celulare corespunzătoare.
mulți viruși posedă mecanisme biochimice pentru a se sustrage și / sau a induce apoptoza în celulele în care locuiesc (pentru recenzii, a se vedea referințele49 și 60). Diferiți viruși interacționează în diferite etape ale căii morții apoptotice. Virușii au dezvoltat strategii care vizează complexul de semnalizare a receptorului receptor FAS ligand-Fas sau factorul de necroză tumorală alfa (TNF-XV)–TNF, familia de regulatori Bcl-2 sau familia caspase de călăi (49, 60). Mecanismele de deces ale celulelor infectate cu CVB3 rămân să fie determinate; cu toate acestea, există dovezi morfologice limitate privind inducerea apoptozei în celulele infectate cu picornavirus. Dovezile obținute cu virusul encefalitei murine (32, 65) și poliovirusul (63) au indicat faptul că celulele infectate cu picornavirus suferă apoptoză, pe baza unor criterii morfologice, inclusiv condensarea nucleară și fragmentarea ADN-ului.
pentru a determina dacă caspazele sunt activate și responsabile pentru CPE observate în urma infecției CVB3, celulele HeLa (American type Culture Collection, Rockville, Md.) au fost fie infectate, la o multitudine de infecții (MOI) de 5, cu CVB3 (furnizat cu generozitate de Charles Gauntt, Universitatea din Texas Health Sciences Center, San Antonio) sau sham tratat cu mediu esențial minim (MEM) lipsit de ser fetal bovin (FBS) timp de 45 de minute. Celulele au fost spălate cu soluție salină tamponată cu fosfat (PBS), iar MEM complet conținând 10% FBS a fost apoi înlocuit. Un control pozitiv al apoptozei a constat în celule HeLa tratate cu inelul monoacid derivat de benzoporfirină fotosensibilizant a (BPD-MA) timp de 1 oră și apoi expuse la lumina vizibilă așa cum s-a descris anterior (22, 23). Culturile au fost examinate și recoltate la 0, 1, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, și 12 h postinfecție. Celulele au fost spălate de două ori în PBS rece și lizate în 1 ml tampon de liză (20 mm Tris , 137 mM NaCl, 10% glicerol, 1% Nonidet P-40, 1 mm fluorură de fenilmetilsulfonil, 0,15 u aprotinină pe ml) pe suprafața de cultură de 75 cm2. După o incubare de 20 de minute pe gheață, supernatanții au fost colectați în urma centrifugării la 10.000 de centi g și depozitați la -20 centi C pentru analize biochimice suplimentare.
modelul temporal de producție a proteinelor virale CVB3, a virusului descendent și evoluția modificărilor morfologice degenerative ale celulelor HeLa au fost luate în considerare împreună cu o examinare a proteinelor de moarte ale celulelor gazdă. Probele de lizat celular au fost separate prin electroforeză în gel dodecil sulfat de sodiu-poliacrilamidă. Proteinele au fost transferate în nitroceluloză (membrane de nitroceluloză HYBOND ECL; Amersham). Membranele au fost incubate timp de 1 oră la temperatura camerei în tampon de blocare (PBS cu 0,1% între 20 și 5% lapte praf degresat). După două spălări în tampon de spălare (PBS cu 0.1% între 20), membranele au fost incubate cu anticorpi împotriva CVB3 (anti-CVB3 policlonal de iepure, 1:1.000; substanțe chimice exacte). Membranele au fost spălate de trei ori în tampon de spălare și incubate cu un anticorp secundar imunoglobulină anti-iepure măgar (Amersham). Membranele au fost spălate de trei ori, iar imunoglobulinele secundare conjugate cu peroxidază de hrean au fost detectate prin metoda chemiluminescenței îmbunătățite (ECL, Amersham) și expuse filmului autoradiografic Hiperfilm (Amersham). Creșteri semnificative ale sintezei proteinelor virale au putut fi detectate între 3 și 5 ore postinfecție (Fig.1B). Proteazele virale scindează proteinele virale și gazdă la începutul infecției. Prin analiza imunoblotului cu anti – eif4g monoclonal de șoarece (1: 1.000; laboratoare de transducție), s-a constatat că eIF4G este scindat de proteaza virală 2A începând cu 1 h postinfecție, cu pierderea ulterioară a detectării proteinei 220-kDa prin 5 h postinfecție (Fig. 1C). Cantitatea de CVB3 din supernatantul celular (virusul eliberat) a fost determinată pe monostraturile celulelor HeLa prin metoda testului plăcii suprapuse cu agar, așa cum s-a descris anterior (3). Pe scurt, supernatantul eșantionului a fost diluat în serie de 10 ori, diluțiile au fost suprapuse pe 90 până la 95% monostraturi confluente de celule HeLa în plăci cu șase godeuri (Costar), iar celulele suprapuse au fost incubate timp de 1 oră (5% CO2, 37 C). Mediul care conține virusul nonbound a fost eliminat, iar MEM complet cald care conține 0,75% agar a fost suprapus în fiecare godeu. Plăcile au fost incubate 36 până la 48 h (5% CO2, 37 C), fixate cu fixativul lui Carnoy (95% etanol–acid acetic) și colorate cu 1% violet cristal. Virusul descendent a fost prezent în supernatant la niveluri bazale între 1 și 5 ore. până la 6 ore postinfecție a existat o creștere detectabilă a nivelurilor de virus supernatant, iar producția de virus exponențial a început la 9 ore postinfecție, determinată prin teste de placă (Fig. 1A). Celulele HeLa au prezentat modificări semnificative ale morfologiei, inclusiv condensarea celulară, rotunjirea și eliberarea din monostratul de cultură, între 6 și 7 ore după infecție, după cum se observă prin microscopia de contrast (Fig. 1D).
eliberarea virusului CVB3 descendent, producția de celule gazdă a proteinei virale CVB3, scindarea proteazei virale a eif4g gazdă și modificările morfologiei celulare după infecția cu CVB3. (A) mediul de Cultură a fost colectat și testat pentru virusul infecțios prin metoda testului plăcii suprapuse cu agar. A existat o creștere a cantității de virus infecțios (în PFU pe mililitru) eliberat pe parcursul experimentului 12-h (B). Lizatul celular a fost colectat din celulele hela infectate cu CVB3 și s-a efectuat analiza imunoblotului cu un anticorp policlonal CVB3 care recunoaște proteinele virale majore. (C) extractul citosolic a fost apoi analizat pentru prezența componentei 220-kDa eIF4G a complexului de inițiere a traducerii. (D) s-a efectuat microscopia de Contrast a celulelor HeLa la 1, 6, 7 și 12 ore postinfecție. Rețineți modificările citopatice extinse care au avut loc între 6 și 7 ore postinfecție.
pentru a determina dacă mecanismul de deces al celulelor gazdă este activat în urma infecției cu CVB3, s-a efectuat analiza imunoblot a lizatului colectat la anumite momente de timp. Caspaza 3, care este prezentă în celule ca proteină precursoare cu o masă moleculară de 32 kDa, este o moleculă primară implicată în executarea morții celulare. Folosind anti-caspaza monoclonală de șoarece 3 (1: 1.000; laboratoare de transducție), s-a stabilit că celulele neinfectate conțin proteina precursoare de 32 kDa. După infecția cu CVB3, nivelul proteinei precursoare de 32 kDa a început să scadă între 7 și 8 ore postinfecție și a fost aproape complet nedetectabil prin 12 ore postinfecție (Fig.2). Pentru a determina dacă Pro-caspaza 3 epuizată a fost procesată proteolitic de la un zimogen cu un singur lanț la enzima sa activă cu două catene, lizatele de celule HeLa au fost incubate cu substraturi fluorescente de caspază 3 așa cum s-a descris anterior (23). Pe scurt, lizații celulari au fost incubați cu tampon de reacție (20 mM Tris , 137 mM NaCl, 1% Nonidet P-40, 10% glicerol) conținând 100 mm caspază 3 substrat acetil-Asp-Glu-Val-Asp–7-amino-4-metilcumarină (Ac-DEVD-AMC) (Calbiochem, Cambridge, Mass.) sau Z-ASP-Glu-Val-Asp-7-amino-4-trifluormetilcumarină (Z-DEVD-AFC) (produse de sisteme enzimatice, Livermore, California.). Amestecul de reacție a fost incubat la 37 C pentru 2 ore, iar excitația fluorescentă a AMC sau AFC la 380 sau, respectiv, 400 nm, a fost măsurată la 460 sau, respectiv, 505 nm, cu un citofluorometru 2350 (Perseptive Biosystems, Burlington, Ontario, Canada). Folosind această abordare, activitatea caspazei 3 a fost evidentă la 5 ore postinfecție. Creșterea activității caspazei 3 de la 7 la 10 ore postinfecție, când s-a atins nivelul maxim de activare, s-a menținut până la 12 ore postinfecție (Fig. 2). Acest test de protează a demonstrat că caspaza 3 se afla într-o formă activă în celulele infectate și că era capabilă să proceseze proteolitic alte caspaze și substraturi.
activarea caspazei 3 și scindarea proformei 32-kDa după infecția CVB3 a celulelor HeLa. (A) zece micrograme de lizat celular au fost incubate în 150 unqql de tampon de reacție conținând substratul specific caspazei 3 Ac-DEVD-AMC. După incubare la 37 C pentru 1 h, nivelurile de fluorescență au fost determinate cu o lungime de undă de excitație de 380 nm și o lungime de undă de emisie de 460 nm. Rețineți creșterea fluorescenței, reprezentând activitatea caspazei, începând după 7 ore postinfecție și crescând până la niveluri maxime cu 10 ore postinfecție. (B) lizatele de celule HeLa au fost separate prin electroforeză în gel dodecil sulfat de sodiu-poliacrilamidă și transferate în nitroceluloză. Imunoblottingul pentru prezența proformei 32-kDa a caspazei 3 demonstrează că această proteină este procesată între 7 și 12 ore postinfecție.
caspaza 3 scindează substraturi specifice la reziduurile de acid aspartic (42). PARP, o proteină nucleară implicată în repararea ADN-ului (13, 69), s-a dovedit a fi un substrat pentru caspaza 3 activată, precum și pentru alte caspaze (35). În celulele apoptotice, PARP este scindat dintr-o proteină 116-kDa, producând fragmente de 85 și 25 kDa, determinate cu anticorpi pentru terminalele amino și carboxil ale proteinei, respectiv. În celulele hela infectate cu CVB3, degradarea PARP, cu apariția unui fragment de 85 kDa, a fost detectabilă prin 9 h postinfecție, cu reducerea suplimentară a nivelurilor peptidei 116-kDa cu 10 și 12 h postinfecție, determinată prin analiza imunoblotului cu anti-PARP monoclonal de șoarece (1:2.000; Biomol) (Fig. 3).
scindarea specifică a substraturilor PARP și DFF de către caspaza 3 după infecția cu CVB3. (A) lizatul celular a fost colectat din celulele hela infectate cu CVB3, iar analiza imunoblotului a fost efectuată cu un anticorp anti-PARP care recunoaște un fragment de clivaj de 85 kDa. Rețineți că scindarea PARP a început la 9 ore după infecție, cu o pierdere marcată a proteinei native 116-kDa care apare la 10 ore postinfecție. (B) lizatul celular a fost analizat în mod similar pentru scindarea DFF prin imunoblotting după infecția cu CVB3. Rețineți modificarea stării DFF începând cu 9 h postinfecție, cu apariția unui fragment de 30 kDa.
DFF este o proteină citosolică care poate fi scindată de caspaza 3 (37). Odată scindată, această proteină eliberează o endonuclează care migrează către nucleu, unde poate scinda ADN-ul la siturile internucleozomale, rezultând fragmentarea ADN-ului (16). S-a demonstrat anterior că degradarea ADN-ului internucleozomal este o caracteristică celulară a infecției cu picornavirus (32). Așa cum s-a determinat prin utilizarea anti-DFF policlonal de iepure (furnizat cu generozitate de Xiaodong Wang, Universitatea din Texas Southwestern Medical School, Dallas), DFF este scindat dintr-o proteină de 45 kDa, producând un fragment de 30 kDa începând cu 9 h după infecție, cu procesare continuă și pierderea proteinei de 45 kDa între 10 și 12 h postinfecție (Fig. 3).
pentru a determina dacă caspazele produc direct CPE caracteristic care apare în urma infecției cu picornavirus sau sunt activate în urma modificărilor morfologice, celulele au fost tratate cu inhibitorul general al caspazei benziloxicarbonil-Val-Ala-Asp-fluorometilcetonă (ZVAD.fmk). O soluție stoc (100 mM în dimetil sulfoxid) de ZVAD.FMK (Bachem) a fost diluat în MEM complet până la concentrații cuprinse între 0 și 200 MMC, iar diluțiile au fost incubate cu celule timp de 30 de minute înainte de infecție sau tratament ușor. După infecția cu CVB3, celulele au fost spălate cu PBS și mem complet conținând 10% FBS și ZVAD proaspăt.fmk (de la 0 la 200 de metri cubi) a fost apoi înlocuit. S-a demonstrat că această peptidă inhibă inducerea modificărilor morfologice prin stimuli apoptotici multipli (46, 54). ZVAD.fmk la concentrații de 50, 100 și 200 centimm a blocat atât activitatea caspazei, cât și scindarea PARP și DFF în celulele HeLa tratate cu BPD-MA și cu lumină (control pozitiv pentru apoptoză) (Fig. 4). În celulele hela infectate cu CVB3, scindarea PARP și DFF a fost parțial împiedicată de inhibitor la concentrații de 50 și 100 de milimetri (Fig. 4). La cea mai mare concentrație de inhibitor (200 MMC), nu au existat dovezi de fragmente de clivaj PARP sau DFF în celulele tratate cu CVB3 la 10 ore după infecție. Scindarea caspazei proteinelor structurale precum actina, gelsolina, lamina B și kinaza de adeziune focală este responsabilă pentru modificările morfologice observate în urma inducerii apoptozei (42, 45). La 2 ore după fotoactivarea BPD-MA, celulele HeLa au fost condensate, au avut blebbing cu membrană extinsă și s-au eliberat din monostrat (Fig.5). La concentrații crescânde de ZVAD.fmk, acest fenotip apoptotic nu a fost evident, celulele menținând o morfologie similară cu cea a celulelor martor (Fig. 5). Celulele hela infectate cu CVB3 au fost condensate și s-au eliberat din monostrat, dar nu au prezentat nicio sângerare a membranei la 10 ore după infecție (Fig. 5). Blocarea activității caspazei de către ZVAD.fmk la concentrații de până la 200 MMCT nu a modificat fenotipul citopatic, chiar dacă scindarea substraturilor (DFF și PARP) a fost inhibată.
ZVAD-FMK inhibă activarea caspazei, precum și scindarea PARP și DFF după infecția cu CVB3 sau inducerea apoptozei prin tratamentul celulelor HeLa cu BPD-MA și light. (A) lizatul celular a fost incubat în tampon de reacție conținând substratul specific caspazei 3 Ac-DEVD-AFC. După incubare la 37 C pentru 1 h, nivelurile de fluorescență au fost determinate cu o lungime de undă de excitație de 400 nm și o lungime de undă de emisie de 505 nm. Rețineți lipsa activării caspazei în celulele HeLa tratate cu ZVAD-FMK (50 până la 200 de Centimetre) la 10 ore după infecția cu CVB3 și la 2 ore după tratamentul cu BPD-MA și light. (B) lizatul celular a fost colectat din celulele hela tratate, iar analiza imunoblotului a fost efectuată cu un anticorp anti-PARP. Rețineți scindarea echivalentă a PARP în celulele hela infectate cu CVB3 fără ZVAD.fmk și celulele HeLa tratate cu lumină BPD – MA și fără ZVAD.fmk. ZVAD.tratamentul fmk (50 până la 200 unqqm) al celulelor HeLa a împiedicat procesarea PARP în celulele HeLa tratate cu BPD-MA și cu lumină, în timp ce în celulele HeLa tratate cu CVB3 procesarea PARP a fost limitată, dar nu complet inhibată, prin tratamentul cu ZVAD.fmk la 50 sau 100 de metri cubi. (C) analiza imunoblot a clivajului DFF la 10 ore după infecția cu CVB3 și la 2 ore după tratamentul cu BPD-MA și light a arătat că modelul de clivaj a fost similar cu cel al PARP. Culturile infectate cu fals au fost tratate la fel ca culturile infectate, fără virus.
efectele ZVAD.tratamentul fmk asupra modificărilor morfologice celulare după infecția cu CVB3 sau BPD-MA și tratamentul ușor al celulelor HeLa. Celulele HeLa au fost tratate cu ZVAD.fmk la 0 până la 200 de metri cubi și apoi infectat cu CVB3 sau tratat cu BPD-MA și light. La 10 ore postinfecție, caspazele au fost procesate și substraturile au fost scindate în celulele infectate cu virus, iar la 2 ore după tratamentul cu lumină, caspazele au fost procesate și substraturile au fost scindate în celulele tratate cu BPD-MA. Rețineți diferența dintre aparițiile morfologice ale celulelor hela infectate cu CVB3 și tratate fotodinamic. Celulele hela infectate cu CVB3 au apărut rotunjite, cu suprafețe celulare netede, în timp ce celulele HeLa tratate cu BPD-MA și lumină au prezentat blebbing și contracție extinsă a membranei, cu eterogenitate celulară. La concentrații mai mari de ZVAD-fmk, modificările morfologice produse de BPD-MA și tratamentul cu lumină au fost inhibate, iar aspectul celular a fost similar cu cel al celulelor hela de control (tratate cu BPD-MA plus fără lumină). În celulele hela infectate cu CVB3, modificările morfologice nu au fost inhibate odată cu creșterea concentrațiilor de ZVAD.FMK, sugerând că modificările morfologice au fost independente de procesarea caspazei și scindarea substraturilor.
o caracteristică clasică a virusurilor din familia Picornaviridae este CPE celular după infecție. De la descoperirea unei tehnici de cultură celulară extraneurală pentru multiplicarea poliovirusului (17), s-au observat modificări degenerative ale morfologiei celulare. Descris pentru prima dată de Robbins și colab. (48) în 1950, aceste modificări citopatice includ contracția nucleară, condensarea cromatinei, rotunjirea celulelor și eliberarea din monostrat, cu eventuala progresie la citoplasma acidofilă, picnoza nucleară și fragmentarea cromatinei nucleare (karyorrhexis) (47).
înțelegerea recentă a mecanismelor de moarte celulară stabilește scena pentru examinarea proteinelor de moarte ale celulelor gazdă și rolul lor posibil în CPE a infecției CVB3. Mulți viruși inhibă sau activează moartea celulelor, strategii care transmit aspecte distinctive ale leziunilor celulare, răspunsuri inflamatorii sau persistență virală. După cum sa menționat mai sus, studiile anterioare picornavirus au relevat caracteristicile morfologice ale morții celulare apoptotice, inclusiv contracția celulară, fragmentarea ADN-ului și condensarea nucleară (21, 32, 47).
caspaza 3, o protează cisteină cu omologie la proteina CED-3 (77), este considerată una dintre proteinele cheie implicate în etapa de execuție a morții celulare. Apoptoza indusă de stimuli multipli, inclusiv Fas, TNF, etoposid, staurosporină, terapie fotodinamică, radiații ionizante și retragerea factorului de creștere, implică procesarea pro-caspazei 3 și activarea ulterioară(15, 23, 30, 33, 51). Începând de la 7 până la 8 ore postinfecție cu CVB3, pro-caspaza 3 este epuizată, iar testele de activare a caspazei au demonstrat că această proteină este scindată în forma sa activă. Mai multe proteine pot activa caspaza 3, inclusiv caspaza 8 (prin semnalizare prin receptorii TNF sau Fas) (55), granzyme B din limfocitele citotoxice (62) și caspaza 9 (prin eliberarea citocromului mitocondrial C și asamblarea factorilor de activare a proteazei apoptotice) (36). Odată activată, caspaza 3 poate degrada substraturi specifice, ceea ce la rândul său are ca rezultat modificări structurale și pierderea reglării homeostatice a proceselor celulare. Numeroase proteine s-au dovedit a fi scindate de caspazele activate. În concordanță cu activarea caspazei 3, atât PARP, cât și DFF sunt scindate după infecția cu CVB3. Activarea caspazei și fragmentarea ADN-ului sunt legate direct prin scindarea DFF (37). DFF este un factor citosolic uman format din două subunități de 45 și 40 kDa, dintre care cea mai mare este degradată în polipeptide mai mici de caspaza 3. În studii recente de Enari și colab. (16) folosind celule de limfom murin, a fost izolată o endonuclează, Dnază activată de caspază (cad). Echivalentul murin al proteinei DFF a fost izolat și denumit inhibitor al CAD (50). Scindarea caspazei 3 a inhibitorului CAD (DFF) permite translocarea nucleară CAD și degradarea ADN-ului. DFF este scindat începând cu 9 h postinfecție, rezultând un fragment de 30 kDa (Fig. 3) care pot fi prelucrate ulterior la un fragment de 11 kDa (37). PARP este localizat în nucleu și este implicat în repararea ADN-ului. Scindarea PARP începe la 9 ore după infecție, sugerând că odată ce caspazele sunt activate în citosol, acestea sunt capabile să acceseze substraturi localizate în nucleu.
de notat, inhibarea caspazei cu inhibitorul general al caspazei ZVAD.fmk nu a împiedicat CPE indusă de CVB3 după infecție. La 6-7 ore postinfecție, CPE a devenit evident prin microscopie de contrast în modelul nostru de infecție CVB3. Timpul dintre infecție și apariția CPE, observat prin microscopie de contrast, a fost consecvent la ZVAD.concentrații de fmk de la 50 la 200 de metri cubi. Pe lângă faptul că nu afectează timpul până la CPE, ZVAD.tratamentul fmk a avut ca rezultat celule cu aspect morfologic similar cu cel al celulelor infectate netratate (Fig. 5). Am folosit tratamentul cu BPD-MA și light ca metodă alternativă de inducere a apoptozei în celulele HeLa (22, 23). Inhibarea activării caspazei cu inhibitorul ZVAD.fmk a împiedicat fenotipul apoptotic (Fig. 5). Din aceste rezultate, concluzionăm că activitatea caspazei și scindarea substraturilor nu reprezintă CPE caracteristic asociat cu infecția cu picornavirus, ci sunt activate în urma modificărilor morfologice.
rămâne de determinat punctul de intersecție al ciclului replicativ viral și activarea căii de moarte a celulei gazdă. Infecția cu Picornavirus duce în curând la inhibarea ARN-ului celular și a sintezei proteinelor (19, 74). Studiile timpurii ale relațiilor dintre modificările metabolice induse de picornavirus și CPE induse de virus au indicat că inhibarea sintezei proteinelor și ARN nu a fost direct legată de modificările morfologice celulare (4). Inhibitorii sintezei proteinelor și ARN au întârziat moartea celulelor, dar celulele au prezentat mai puține modificări morfologice decât celulele infectate cu picornavirus (5). Inhibarea sintezei proteinelor și ARN cu oricare dintre agenții multipli, cum ar fi actinomicina D, puromicina și toxina difterică, are ca rezultat apoptoza (39). Studiile timpurii efectuate în sistemele de infecție cu poliovirus au arătat că puromicina, un inhibitor al traducerii proteinelor virale și gazdă, întârzie debutul modificărilor citopatice, sugerând că anumite proteine virale pot fi direct citotoxice (4). Creșterea mi duce la un debut mai rapid al CPE (observații nepublicate), deși aproape toată traducerea proteinelor gazdă este oprită în decurs de 3 ore la un MOI relativ scăzut (25), cum ar fi cel utilizat în acest studiu (MOI = 5). Recent, sa demonstrat că proteina 2B codificată de coxsackievirus și poliovirus se asociază cu fracțiuni de membrană celulară, inclusiv plasmalema și reticulul endoplasmatic, și perturbă mișcarea ionilor, inclusiv mișcarea Ca2+ la citosol (1, 67). Influxul Ca2 + apare în apoptoză (7, 44), dar nu este clar dacă influxul apare înainte sau după activarea caspazei. Prin examinarea cerințelor ionice ale caspazelor, s-a stabilit că concentrația ionilor de calciu are un efect redus asupra activității caspazei (56). Un aflux timpuriu de calciu după infecția cu coxsackievirus ar putea rezulta din influența proteinei 2b asupra permeabilității membranei, iar afluxul mare de calciu târziu observat (>6 h postinfecție) (67) ar putea fi un efect în aval al activării caspazei.
în primele faze ale infecției, ar fi avantajos ca virusul să inhibe moartea celulelor gazdă, permițând astfel producția maximă de descendenți virali. În stadiile tardive ale ciclului de viață viral, ar fi, de asemenea, benefic pentru virus să inducă apoptoza, mai degrabă decât necroza. Un astfel de mecanism de deces este un mijloc potențial de evaziune a sistemului imunitar gazdă de către virus în timpul eliberării sale în țesutul înconjurător. Apoptoza se caracterizează prin fagocitoza rapidă a celulelor afectate fără eliberarea de citokine proinflamatorii (53).s-a demonstrat că virușii interacționează la diferite niveluri ale căii apoptotice. Mai multe gammaherpesvirusuri (inclusiv herpesvirusul uman 8 asociat sarcomului Kaposi), precum și virusul tumorigenic molluscum contagiosum conțin proteine inhibitoare de FLICE care interacționează cu proteina adaptoare Fas FADD și concurează pentru a inhiba recrutarea caspazei 8 și activarea ulterioară (61). Expresia virusului cowpox serpin CrmA blochează activarea mediată de caspaza 8 a caspazelor din aval, cum ar fi caspaza 1 și caspaza 3 (55). Proteinele IAP (pentru inhibitorii apoptozei) constituie o familie de proteine, exprimate prin baculovirusuri, care blochează apoptoza indusă de infecția virală sau de caspaza 1 (78). Mai mult, au fost descoperiți mai mulți omologi virali ai familiei de proteine Bcl-2(2, 8, 20, 70). Adenovirusul (9, 20, 57), virusul pestei porcine africane (41) și virusul Epstein-Barr (26, 41, 59) codifică proteinele (E1B-19k, LMWS-HL și, respectiv, BHRF1) care prezintă omologia secvenței la genele pro-supraviețuire ale familiei Bcl-2.
identificarea proteinelor virale care induc direct apoptoza nu este la fel de documentată ca cea a proteinelor virale care inhibă moartea celulelor. Lentivirusurile virusul imunodeficienței umane și virusul leucemiei cu celule T umane de tip 1 codifică regulatorii de transcripție Tat și Tax, care s-au dovedit a crește expresia ligandului Fas în timp ce scad expresia membrilor familiei Bcl-2 (79, 80). Produsele genetice E1A, E3 și E4 codificate de adenovirus uman provoacă moartea celulelor în urma exprimării în cultura celulară. Genele care induc moartea adenovirusului sunt exprimate târziu în ciclul de infecție și, în cele din urmă, copleșesc genele care inhibă moartea codificată de virus (38).
datele noastre demonstrează că activarea caspazei 3 urmează, mai degrabă decât precede, modificările morfologice degenerative induse de CVB3 în celulele hela infectate. Caspazele activate procesează substraturi specifice, inclusiv PARP și DFF. Cu toate acestea, inhibarea activității caspazei nu elimină aspectul morfologic (CPE) al celulelor infectate cu virus, așa cum este determinat prin microscopie de contrast. Procesarea caspazei și scindarea substraturilor pot fi importante în modificarea finală a proceselor homeostatice normale în celulele infectate și pot facilita eliminarea finală a celulelor infectate cu virus. Proteazele virale 2A, 3C și 3CD pot scinda proteine structurale specifice, rezultând modificări morfologice în concordanță cu CPE, într-un mod analog acțiunii caspazelor, care scindează substraturi separate pentru a obține un fenotip apoptotic distinct.
mulțumiri
apreciem profund sprijinul tehnic al Lubos Bohunek. Mulțumim Xiaodong Wang (Universitatea din Texas Southwestern Medical School, Dallas) pentru darul generos al anticorpului DFF.
aceste studii au fost susținute de Fundația heart and Stroke din British Columbia și Yukon (B. M. M., C. M. C., D. J. G. și K. A. W.), Consiliul de Cercetare Medicală din Canada (D. Y. și B. M. M.) și B. C. Health Research Foundation (D. Y.)
note de subsol
- i xmlns:HWP=”http://schema.highwire.org/Journal primit la 9 ianuarie 1998. i xmlns:hwp=”http://schema.highwire.org/Journal acceptat la 21 Mai 1998.
- drepturi de autor 1998 societatea americană de Microbiologie
- 1.
- Aldabe R.,
Irurzun A., Carrasco L.
proteina Poliovirală 2BC crește concentrațiile de calciu liber citosolic.J. Ferrule.71199762146217
- Aldabe R.,
- 2.
- Ambrosini G.,
Adidas C., Altieri D. C.
Noua genă anti-apoptoză, survivin, exprimată în cancer și limfom.Nat. Med.31997917921
- Ambrosini G.,
- 3.
- Anderson D. R.,
- Wilson J. E.,
- Carthy C. M.,
- Yang D.,
- Kandolf R.,
- McManus B. M.
interacțiuni directe ale coxsackievirus B3 cu celule imune în compartimentul splenic al șoarecilor susceptibili sau rezistenți la miocardită.J. Virol.70199646324645
- 4.studii privind mecanismul afectării celulare induse de poliovirus. I. relația dintre modificările metabolice și morfologice induse de poliovirus în celulele cultivate.Virologie261965100113
- Bablanian R.,
- Eggers H. J.,
- Tamm I.
studii privind mecanismul afectării celulare induse de poliovirus. II. relația dintre creșterea poliovirusului și modificările morfologice induse de virus în celule.Virologie261965114121
izolarea unui receptor comun pentru virusurile coxsackie B și adenovirusurile 2 și 5.Science275199713201323
- Bian X.,
- Hughes F. M. Jr.,
- Huang Y.,
- Cidlowski J. A.,
- Putney J. W. Jr.
rolurile stocurilor citoplasmatice Ca2 + și intracelulare Ca2 + în inducerea și suprimarea apoptozei în S49 cells.Am. J. Physiol.2721997C1241C1249
un omolog Bcl-2 codificat de virusul asociat sarcomului Kaposi, herpesvirusul uman 8, inhibă apoptoza, dar nu heterodimerizează cu Bax sau Bak.Proc. Natl. Acad. Sci. USA941997690694
- Chiou S.-K.,
- Tseng C.-C.,
- Rao L.,
- Alb E.
complementarea funcțională a proteinei adenovirus E1B 19-kilodalton cu Bcl-2 în inhibarea apoptozei în celulele infectate.J. Virol.68199465536566
- Clark M. E.,
- Hammerle T.,
- Wimmer E.,
- Dasgupta A.
poliovirusul proteinaza 3c transformă o formă activă a factorului de transcripție IIIC într-o formă inactivă: un mecanism de inhibare a transcripției polimerazei III a celulei gazdă de către poliovirus.EMBO J. 10199129412947
- Clark M. E.,
- Lieberman P. M.,
- Berk A. J.,
- Dasgupta A.
scindarea directă a proteinei care leagă TATA uman de proteaza 3C poliovirusă in vivo și in vitro.Mol. Celula. Biol.13199312321237
cerința poli(ADP-riboză) polimerază în recuperarea de la deteriorarea ADN-ului la șoareci și în celule.Proc. Natl. Acad. Sci. USA94199773037307
- Doedens J. R.,
- Kirkegaard K.
inhibarea secreției de proteine celulare de către proteinele poliovirus 2B și 3A.EMBO J. 141994894907
implicarea unei protează asemănătoare gheții în apoptoza mediată de Fas.Nature37519957881
o Dnază activată de caspază care degradează ADN-ul în timpul apoptozei și inhibitorul său ICAD.Nature39119984350
- Enders J. F.,
- Weller T. H.,
- Robbins R. C.
cultivarea tulpinii Lansing a virusului poliomielitei în culturi ale diferitelor țesuturi embrionare umane.Science10919498587
- Erhardt P.,
- Tomaselli K. J.,
- Cooper G. M.
identificarea oncoproteinei MDM2 ca substrat pentru proteazele apoptotice de tip CPP32.J. Biol. Chem.27219971504915052
inhibarea sintezei proteinelor celulare HeLa după infecția cu poliovirus se corelează cu proteoliza unei polipeptide 220000-dalton asociată cu factorul de inițiere eucariotă 3 și cu un complex proteic de legare a cap.J. Biol. Chem.25719821480614810
clonarea unui bcl-2 omolog prin interacțiunea cu adenovirusul E1B 19K.Nature3741995731733
supraexprimarea Bcl-X(L) previne activarea mediată de caspază-3 a factorului de fragmentare a ADN-ului (DFF) produs prin tratamentul cu agentul fotochimoterapeutic BPD-MA.FEBS Lett.4221998151154
- Granville D. J.,
- Levy J. G.,
- Hunt D. W.
terapia fotodinamică induce activarea caspazei-3 în celulele HL-60.Moartea Celulelor Diferă.41997623629
- Guineea R.,
- Lopez-Rivas A.,
- Carrasco L.
modificarea activităților fosfolipazei C și fosfolipazei A2 în timpul infecției cu poliovirus.J. Biol. Chem.26419892192321927
- Helentjaris T.,
- Ehrenfeld E.
inhibarea sintezei proteinelor celulelor gazdă de către poliovirusul inactivat cu UV.J. Virol.211977259267
proteina Bhrf1 codificată de virusul Epstein-Barr, un omolog viral al Bcl-2, protejează celulele B umane de moartea celulară programată.Proc. Natl. Acad. Sci. USA90199384798483
concentrație intracelulară crescută de calciu în timpul infecției cu poliovirus.J. Ferrule.69199551425146
creșterea activității fosfolipazei în timpul infecției cu poliovirus.J. Gen. Ferrule.74199310631071
- Jang S. K.,
Davies M. V., Kaufman R. J., - Wimmer E.
inițierea sintezei proteinelor prin intrarea internă a ribozomilor în regiunea netradusă 5′ a ARN-ului virusului encefalomiocarditei in vivo.J. Virol.63198916511660
- Jelachich M. L.,
- Lipton H. L.
virusul encefalomielitei murine a lui Theiler ucide celulele restrictive, dar nu permisive prin apoptoză.J. Virol.70199668566861
scindarea proteolitică specifică a polimerazei poli(ADP-riboză): un marker precoce al apoptozei induse de chimioterapie.Cancer Res. 53199339763985
fragment de gelsolin generat de caspază-3: efector al modificării morfologice în apoptoză.Science2781997294298
- Lazebnik Y. A.,
Kaufmann S. H., Desnoyers S., Putrefy G. G., Earnshaw W. C.
scindarea polimerazei poli(ADP-riboză) de către o proteinază cu proprietăți precum gheața.Nature3711994346347
citocromul c și formarea dependentă de dATP a inițiaților complexului Apaf-1 / caspază-9 și a cascadei proteazei apoptotice.Cell911997479489
- Liu X.,
- Zou H.,
- sacrificare C.,
- Wang X.
DFF, o proteină heterodimerică care funcționează în aval de caspaza-3 pentru a declanșa fragmentarea ADN-ului în timpul apoptozei.Cell891997175184
inducerea sintezei ADN și a apoptozei în miocitele cardiace de către oncoproteina E1A.J. Cell Biol.1331996325334
- Martin S. J.,
- Lennon S. V.,
- Bonham A. M.,
- Cotter T. G.
inducerea apoptozei (moartea celulară programată) în celulele leucemice HL-60 umane prin inhibarea sintezei ARN sau a proteinelor.J. Immunol.145199018591867
- Nair C. N.
metabolismul cationic Monovalent și efectele citopatice ale celulelor hela infectate cu poliovirus.J. Virol.371981268273
- Neilan J. G.,
- Lu Z.,
- Afonso C. L.,
Kutish G. F., Sussman MD, Rock D. L.
gena virusului pestei porcine africane cu similitudine cu proto-oncogena bcl-2 și gena virusului Epstein-Barr BHRF1.J. Ferrule.67199343914394
- Nicholson D. W.,
Thornberry N. A.
caspaze: proteaze ucigașe.Tendințe Biochem. Sci.221997299306
- Ohlmann T.,
Rau M., - Pain V.,
Morley S.
domeniul C-terminal al factorului de inițiere a sintezei proteinelor eucariote (eIF) 4G este suficient pentru a susține traducerea independentă de PAC în absența eIF4E.EMBO J. 15199613711382
- Orrenius S.,
- Nicotera P.
ionul de calciu și moartea celulară.J. Transm Neural. Suppl.431994111
- Porter A. G.,
- Ng P.,
- Janicke R. U.
substraturile morții prind viață.Bioessays191997501507
- Pronk G. J.,
- Ramer K.,
- Amiri P.,
- Williams L. T.
cerința unei protează asemănătoare gheții pentru inducerea apoptozei și generarea ceramidei de către REAPER.Science2711996808810
- Reissig M.,
- Howes D. W.,
- Melnick J. L.
secvența modificărilor morfologice în culturile de celule epiteliale infectate cu poliovirus.J. Exp. Med.1041956289309
- Robbins F. C.,
- Enders J. F.,
- Weller T. H.
efectul Citopatogen al virusurilor poliomielitei „in vitro” asupra țesuturilor embrionare umane.Proc. Soc. Exp. Biol. Med.751950370
- Rudin C. M.,
- Thompson C. B.
apoptoza și boala: reglarea și relevanța clinică a morții celulare programate.Anu. Rev.Med.481997267281
- Sakahira H.,
- Enari M.,
- Nagata S.
scindarea inhibitorului CAD în activarea CAD și degradarea ADN-ului în timpul apoptozei.Nature39119989699
- Sarin A.,
- WU M. L.,
- Henkart P. A.
diferite cerințe de protează din familia enzimei de conversie beta interleukină-1 (ICE) pentru moartea apoptotică a limfocitelor T declanșate de diverși stimuli.J. Exp. Med.184199624452450
- Schaefer A.,
- K J.,
- Zibirre R.,
- Koch G.
modificări induse de Poliovirus în funcțiile membranei celulare HeLa.J. Virol.441982444449
- Schwartzman R. A.,
- Cidlowski J. A.
apoptoza: biochimia și biologia moleculară a morții celulare programate.Endocr. Rev. 141993133151
Benziloxicarbonil-Val-Ala-Asp (OMe) fluorometilcetonă (Z-vad.FMK) inhibă apoptoza prin blocarea procesării CPP32.Biochem. J. 31519962124
ordonarea moleculară a căii Fas-apoptotice: proteaza Fas/APO-1 Mch5 este o protează inhibabilă CrmA care activează mai multe CED-3 / cisteină asemănătoare gheții proteaze.Proc. Natl. Acad. Sci. USA9319961448614491
- Stennicke H. R.,
- Salvesen G. S.
caracteristicile biochimice ale caspazei-3, -6, -7 și -8.J. Biol. Chem.27219972571915723
- Subramanian T.,
- Tarodi B.,
- Chinnadurai G.
similitudine funcțională între proteina adenovirusului E1B 19-kDa și proteinele codificate de proto-oncogena Bcl-2 și gena Bhrf1 a virusului Epstein-Barr.Curr. Sus. Microbiol. Immunol.1991995153161
scindarea laminei a de către Mch2 Alpha, dar nu Cpp32: mai multe proteaze legate de enzima de conversie beta interleukină 1 cu proprietăți distincte de recunoaștere a substratului sunt active în apoptoză.Proc. Natl. Acad. Sci. USA93199683958400
- Tarodi B.,
- Subramanian T.,
- Chinnadurai G.
proteina Bhrf1 a virusului Epstein-Barr protejează împotriva morții celulare induse de agenți care dăunează ADN-ului și infecții virale heterologe.Virologie2011994404407
- Teodoro J. G.,
- Branton P. E.
reglarea apoptozei prin produse genetice virale.Vir71199717391746
- Thome M.,
- Schneider P.,
- Hofmann K.,
- Fickenscher H.,
- Meinl E.,
- Neipel F.,
- Mattmann C.,
- Burns K.,
- Bodmer bod Schroter M.,
- schele C.,
- Krammer P.,
- Peter M. E.,
- tschopp.Nature3861997517521
li>
- Thornberry,
- Peterson E. P.,
- Rasper D. M.,
- Timkey T.,
- Garcia-Calvo M.,
- Houtzager V. M.,
- Nordstrom P. A.,
- Roy S.,
- Vaillancourt J. P.,
- Chapman K. T.,
- Nicholson D. W.
o abordare combinatorie definește specificul membrilor familiei Capsazei și granzyme B. relații funcționale stabilite pentru mediatorii cheie ai apoptozei.J. Biol. Chem.27219971790717911
funcțiile de inducere a apoptozei și de prevenire a apoptozei poliovirusului.J. Virol.69199511811189
HCAR și MCAR: receptorii celulari umani și de șoarece pentru adenovirusurile subgrupului C și coxsackievirusurile din grupa B.Proc. Natl. Acad. Sci. USA94199733523356
- Tsunoda I.,
- C. Kurtz I.,
- Fujinami R. S.
apoptoza în boala acută și cronică a sistemului nervos central indusă de virusul encefalomielitei murine.Virologie2281997388393
- Vanags D. M.,
- Pron-Ares M. I.,
- Coppola S.,
- Burgess D. H.,
- Orrenius S.
implicarea proteazei în scindarea fodrinei și expunerea la fosfatidilserină în apoptoză.J. Biol. Chem.27119963107531085
- van Kuppeveld F. J.,
- Hoenderop J. G.,
- Smeets R. L.,
- Willems P. H.,
- Dijkman H. B.,
- Galama J. M.,
- Melchers W. J.
proteina Coxsackievirus 2B modifică membrana reticulului endoplasmatic și permeabilitatea membranei plasmatice și facilitează eliberarea virusului.EMBO J. 16199735193532
- Wang X.,
- Zelenski N. G.,
- Yang J.,
- Sakai J.,
- Brown ms,
- Goldstein J. L.
scindarea proteinelor de legare a elementelor regulatoare de sterol (SREBPs) de către CPP32 în timpul apoptozei.EMBO J. 15199610121020
- Wang Z. Q.,
Stingl L., Morrison C., Jantsch M., - Los M.,
Schulze-Osthoff K., Wagner E. F.
PARP este important pentru stabilitatea genomică, dar dispensabil în apoptoză.Gene Dev.11199723472358
- Wattre P.,
Bert V., Hober D.
apoptoza și infecțiile virale umane.Ann. Biol. Clipește.541996189197
- Wen L. P.,
Fahrni J. A., Troie S., Guan J. L., - Orth K.,
- Rosen G. D.
scindarea kinazei de adeziune focală de către caspaze în timpul apoptozei.J. Biol. Chem.27219972605626061
- Yalamanchili P.,
- Banerjee R.,
- Dasgupta A.
proteaza 2apro codificată cu Poliovirus scindează proteina care leagă TATA, dar nu inhibă transcrierea ARN polimerazei II a celulei gazdă in vitro.J. Virol.71199768816886
inhibarea transcripției celulelor gazdă de către poliovirus: scindarea factorului de transcripție CREB de proteaza codificată cu poliovirus 3cpro.J. Virol.71199712201226
- Yalamanchili P.,
- Harris K.,
- Wimmer E.,
- Dasgupta A.
inhibarea transcripției bazale de către poliovirus: o protează codificată de virus (3cpro) inhibă formarea complexului TBP-TATA box in vitro.J. Virol.70199629222929
scindarea activatorului transcripțional Oct-1 de către proteaza codificată cu poliovirus 3cpro.Virologie2391997176185
- Yang D.,
- Wilson J. E.,
- Anderson D. R.,
- Bohunek L.,
- Cordeiro C.,
- Kandolf R.,
- McManus B. M.
analiza in vitro mutațională și inhibitoare a elementelor translaționale care acționează cis în cadrul celor 5′ regiunea netradusă a coxsackievirus B3: ținte potențiale pentru acțiunea antivirală a oligomerilor antigeni.Virusologie22819976373
- Yuan J.
conservarea evolutivă a unei căi genetice a morții celulare programate.J. Cell Biochem.601996411
- Yuan J.
semnale de transducție de viață și de moarte.Curr. Opin. Biol Celular.91997247251
virusul imunodeficienței umane de tip 1 (HIV-1) Tat și expresia genei Bcl-2.Leuk. Limfoma231996551560
- Zauli G.,
- Gibellini D.,
- Caputo A.,
- Bassini A.,
- Negrini M.,
- Monne M.,
- Mazzoni M.,
- Capitani S.
virusul imunodeficienței umane proteina Tat de tip 1 reglează în sus expresia genei Bcl-2 în liniile de celule T Jurkat și celulele mononucleare primare din sângele periferic.Blood86199538233834