กลไกการเข้าสู่เซลล์และการถอดรหัสพันธุกรรมของไวรัส

ก่อนที่ไวรัสจะสามารถจำลองตัวเองได้ ไวรัสจะต้องผ่านอุปสรรคของเซลล์เจ้าบ้านและนำสารพันธุกรรมเข้าสู่ตำแหน่งภายในเซลล์ที่ถูกต้อง การเข้าสู่เซลล์เริ่มต้นด้วยการจับกับตัวรับจำเพาะบนผิวเซลล์ ดำเนินต่อไปด้วยการแทรกซึมผ่านเยื่อหุ้มพลาสมาหรือเยื่อหุ้มเอนโดโซม และสิ้นสุดด้วยการถอดรหัสพันธุกรรม ซึ่งเป็นการแยกชิ้นส่วนเปลือกโปรตีนที่ปล่อยสารพันธุกรรมเพื่อเข้าสู่ขั้นตอนต่อไปของวงจรชีวิต

Definition

การเข้าสู่เซลล์ของไวรัสเป็นกระบวนการหลายขั้นตอนที่อนุภาคไวรัส (virion) เกาะติดกับเซลล์เจ้าบ้าน แทรกซึมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ และปล่อย (ถอดรหัสพันธุกรรม) สารพันธุกรรมเข้าสู่ไซโตพลาสซึมหรือนิวเคลียส เพื่อให้การจำลองตัวเองสามารถเริ่มต้นได้

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการจับกับตัวรับและภาวะทรอปิซึม (tropism) เส้นทางการแทรกซึมหลักสองเส้นทาง (การหลอมรวมโดยตรงที่เยื่อหุ้มพลาสมาและการเข้าสู่เซลล์ผ่านเอนโดไซโตซิส) บทบาทของโปรตีนฟิวชัน และขั้นตอนการถอดรหัสพันธุกรรมที่ปลดปล่อยสารพันธุกรรมของไวรัส นี่คือเอกสารอ้างอิงและให้ความรู้เกี่ยวกับกลไกการเข้าสู่เซลล์ ไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิกหรือการรักษา

Core questions

• การจับกับตัวรับและตัวรับร่วมกำหนดได้อย่างไรว่าไวรัสสามารถติดเชื้อเซลล์ใดได้บ้าง?
• ไวรัสหลอมรวมที่เยื่อหุ้มพลาสมาเมื่อใดเมื่อเทียบกับการเข้าสู่เซลล์ผ่านเอนโดโซม และอะไรเป็นตัวกระตุ้นการหลอมรวม?
• แคปซิดของไวรัสถูกแยกชิ้นส่วนอย่างไรเพื่อให้สารพันธุกรรมถูกปล่อยออกมายังตำแหน่งที่ถูกต้อง?

Key concepts

• การยึดเกาะกับตัวรับและตัวรับร่วมจำเพาะ
• ภาวะทรอปิซึม (ขอบเขตของเซลล์และเนื้อเยื่อที่กำหนดโดยตัวรับ)
• การหลอมรวมเยื่อหุ้มเซลล์ที่เกิดจากโปรตีนฟิวชันของไวรัส
• โปรตีนฟิวชันชนิด I, II และ III
• การเข้าสู่เซลล์โดยตรง (เยื่อหุ้มพลาสมา) เทียบกับการเข้าสู่เซลล์ผ่านเอนโดไซโตซิส
• การกระตุ้นการหลอมรวมด้วยค่า pH ต่ำในเอนโดโซม
• การถอดรหัสพันธุกรรมและการปล่อยสารพันธุกรรม

Mechanisms

การเข้าสู่เซลล์เริ่มต้นเมื่อโปรตีนยึดเกาะของอนุภาคไวรัสจับกับตัวรับบนผิวเซลล์เจ้าบ้าน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่กำหนดภาวะทรอปิซึม เนื่องจากมีเพียงเซลล์ที่มีตัวรับที่ถูกต้องเท่านั้นที่ไวรัสจะสามารถเข้าสู่ได้ จากนั้นไวรัสมีเปลือกหุ้มจะหลอมรวมเปลือกหุ้มไขมันของตนเองเข้ากับเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีนฟิวชัน การหลอมรวมนี้สามารถเกิดขึ้นได้ที่เยื่อหุ้มพลาสมา หรือหลังจากเอนโดไซโตซิส ในเอนโดโซมที่เป็นกรด ซึ่งค่า pH ต่ำจะกระตุ้นการจัดเรียงตัวใหม่ โปรตีนฟิวชันจัดอยู่ในกลุ่มโครงสร้างที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการสร้างโครงสร้างแบบ hairpin ได้ด้วยการพับที่แตกต่างกัน ในทางกลับกัน ไวรัสที่ไม่มีเปลือกหุ้มจะเจาะหรือทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ซึมผ่านได้ เมื่อแกนกลางที่มีสารพันธุกรรมอยู่ภายในแล้ว การถอดรหัสพันธุกรรมจะแยกชิ้นส่วนแคปซิดอย่างเป็นระบบ เพื่อให้สารพันธุกรรมถูกปล่อยออกมายังตำแหน่งที่ขั้นตอนต่อไป เช่น การถอดรหัสหรือการจำลองตัวเอง จะเกิดขึ้น

Clinical relevance

การเข้าสู่เซลล์เป็นจุดแรกที่สามารถยับยั้งการติดเชื้อได้ และกลยุทธ์ต้านไวรัสหลายอย่างรวมถึงแอนติบอดีที่ทำให้เป็นกลางจะออกฤทธิ์โดยการป้องกันการจับกับตัวรับหรือการหลอมรวมเยื่อหุ้มเซลล์ บทความนี้อธิบายชีววิทยาเบื้องหลังแนวทางดังกล่าวในระดับแนวคิด เป็นเอกสารอ้างอิงเพื่อการศึกษาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการสั่งยา การเลือกยา หรือการจัดการผู้ป่วย

History

การศึกษาการหลอมรวมของไวรัสมีเปลือกหุ้มในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 โดยเฉพาะอย่างยิ่งไข้หวัดใหญ่ฮีแมกกลูตินินและอัลฟ่าไวรัส ได้สร้างหลักการว่าโปรตีนฟิวชันมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่ถูกกระตุ้น จากนั้นงานวิจัยโครงสร้างเปรียบเทียบได้เปิดเผยโปรตีนฟิวชันประเภทต่างๆ ที่แก้ปัญหาการหลอมรวมเยื่อหุ้มเซลล์เดียวกันด้วยการพับที่แตกต่างกัน ในขณะที่การศึกษาทางชีววิทยาของเซลล์คู่ขนานได้ระบุเส้นทางเอนโดไซโตซิสที่ไวรัสใช้เพื่อเข้าสู่ภายในเซลล์

Key figures

• Ari Helenius
• Mark Marsh
• Margaret Kielian
• Félix Rey

Seminal works

• marsh-helenius-2006
• kielian-rey-2006

Frequently asked questions

อะไรเป็นตัวตัดสินว่าไวรัสสามารถติดเชื้อเซลล์ใดได้บ้าง?

ส่วนใหญ่คือความเข้ากันได้ระหว่างโปรตีนยึดเกาะของไวรัสกับตัวรับ (และตัวรับร่วม) ที่มีอยู่บนเซลล์ เซลล์ที่ขาดตัวรับที่จำเป็นมักจะไม่สามารถติดเชื้อได้ ซึ่งเป็นพื้นฐานของภาวะทรอปิซึมของไวรัส

การถอดรหัสพันธุกรรมคืออะไร?

การถอดรหัสพันธุกรรมคือการแยกชิ้นส่วนแคปซิดของไวรัสอย่างเป็นระบบหลังจากเข้าสู่เซลล์ ซึ่งจะปล่อยสารพันธุกรรมเข้าสู่ไซโตพลาสซึมหรือนิวเคลียส เพื่อให้ยีนของไวรัสสามารถแสดงออกและสารพันธุกรรมถูกจำลองได้