БИОХИМИЯ

УДК 576.858.25.098.396.332

А. С. Агабалян, Ал. М. Кушкян

Физико-химическая и биологическая характеристика РНК вируса
венесуэльского энцефаломиелита лошадей

(Представлено академиком К.Г. Карагезяном 2/IX 2004)

   Данные, накопленные в результате исследований онтогенеза вирусов позвоночных, следовавших за изучением основных закономерностей репродукции фагов, позволяют выделить ряд последовательных этапов, из которых складывается взаимодействие вирусов с клетками. Процессы, связанные с репродукцией вирусов, в основном состоят из трех периодов: начального (адсорбция и проникновение вируса в клетку депротеинизация вирусной нуклеиновой кислоты), среднего (репликация вирусных нуклеиновых кислот, синтез структурных вирусных белков) и конечного (формирование вирионов и освобождение вируса). Синтез вирусных рибонуклеиновых кислот, как показано на модели ряда вирусов, проходит через стадию синтеза репликативной формы РНК и одного из возможных механизмов репликации - «консервативного» или «полуконсервативного» [1,2].
   Целью настоящей работы явились изучение репликации РНК вируса венесуэльского энцефаломиелита лошадей (ВЭЛ) и определение биологической активности вирионной и вновь синтезированных РНК.
   Вирус ВЭЛ, принадлежащий к семейству альфа-вирусов, был получен из музея вирусных штаммов Института вирусологии АМН РФ и поддерживался периодическими пассажами на белых беспородных мышах.
   Фибробласты куриного эмбриона (ФКЭ) готовили по общепринятой методике [3]. Культуру ФКЭ заражали вирусом ВЭЛ (5-10 БОЕ/клетка), обрабатывали актиномицином Д (2 мкг/мл) и вносили 3Н-уридин (5 мккюри/мл). Через 18 часов после инфицирования клетки из суспензии удаляли осаждением посредством центрифугирования при 3000 g в течение 15 мин, а надосадочную жидкость (вирус) подвергали дальнейшей очистке по описанному в [4] методу. Очищенный вирус содержал 1010-1011БОЕ/мл и 6400-12800 ед. гемагглютинирующей активности. Инфекционную активность вируса и вирусной РНК определяли по их способности формировать бляшки под агаровым покрытием.
   РНК из очищенного и меченного по 3Н-уридину вируса выделяли трехкратной горячей фенольной депротеинизацией [5].
   Для фракционирования РНК и определения констант седиментации РНК подвергали центрифугированию в градиенте плотности сахарозы. Изучение плотностных характеристик вирионной РНК проводили центрифугированием последней в градиенте плотности сернокислого цезия. Методы центрифугирования в градиентах плотности сахарозы и сернокислого цезия изложены в [6].
   Электрофорез РНК проводили в 3.5% акриламидном геле и 0.5% агарозы. В качестве маркеров для определения седиментационных и плотностных характеристик вирусной РНК, а также для установления ее молекулярного веса использовали 28 и 18 S РНК, выделенных из незараженных клеток ФКЭ и меченных по 14С-уридину. Радиоактивность регистрировали в радиоактивном счетчике SL-20.

Рис. 1. Седиментационный профиль РНК вируса ВЭЛ: ·-·-·- вирионная РНК;
°-°-°- маркерные РНК.

   В наших исследованиях при изучении седиментационных и плотностных характеристик РНК вируса ВЭЛ установленно, что РНК, экстрагированная из очищенной вирусной суспензии после центрифугирования в 10/30% градиенте сахарозы и в градиенте плотности сернокислого цезия имеет коэффициент седиментации 38-40 S и распределяется в одной зоне с плавучей плотностью 1.66 г/см3, что отчетливо видно на рис. 1 и 2.

Рис. 2. Плотностная характеристика РНК вируса ВЭЛ.

   Для изучения электрофоретического профиля вирионной РНК и определения ее молекулярного веса соответствующие РНК-содержащие фракции сахарозного градиента объединяли, повторно экстрагировали фенолом и исследовали путем электрофореза в 3.5% полиакриламидном геле (рис. 3). На представленной электрофореграмме отчетливо видно, что вирионная 40 S РНК гомогенна и свободна от каких-либо примесей. Молекулярный вес вирионной РНК рассчитывали в сравнении с электрофоретической подвижностью маркерных 28 и 18 S 14С-уридин РНК. Подсчитанный таким образом молекулярный вес вирионной РНК вируса ВЭЛ оказался равным 4.3 × 106 дальтон. Надо сказать, что при расчете молекулярного веса РНК по формуле МВ = 1550 × S2.1, где S - коэффициент седиментации, получали значения, близкие к таковым, определенным при помощи электрофореза РНК в полиакриламидном геле. В то же время седиментационный анализ РНК, выделенной из клеток ФКЭ, инфицированных вирусом ВЭЛ, обработанных актиномицином Д и инкубированных с 3Н-уридином, показал, что вирус ВЭЛ индуцирует в клетках куриных эмбрионов синтез трех основных типов РНК с коэффициентами седиментации 40, 26, и 20-22 S. Первая из них РНК с коэффициентом седиментации 40 S аналогична вирионной РНК и чувствительна к действию РНК-азы, вторая, вновь синтезированная РНК с коэффициентом седиментации 26 S, также чувствительна к РНК-азе и большинством исследователей рассматривается в качестве репликативной промежуточной формы РНК, хотя ее функция до настоящего времени окончательно не выяснена. И наконец последний вид РНК, выявленной нами при седиментационном анализе вирусиндуцированной РНК-РНК с коэффициентом седиментации 20-22 S, - резистентная к действию РНК-азы и обозначенная как репликативная форма РНК (рис. 4). Фракционирование вирусиндуцированной РНК в градиенте плотности сернокислого цезия показало, что РНК распределяется в двух зонах с плавучей плотностью 1.66 и 1.60 г/см3.

Рис. 3. Электрофоретическая характеристика РНК вируса ВЭЛ.

   Ранее было обнаружено, что олигорибонуклеотиды и олигодезоксирибонуклеотиды усиливают иммунный ответ у нормальных и облученных животных, активируют процессы пролиферации антителообразующих и других клеток. Биологическая активность ДНК и РНК была изучена при лечении таких заболеваний как центральная и периферическая тапето-ретинальная дистрофия, незаживающие трофические язвы различной локализации, при экспериментальном гепатите и аллоксановом диабете. Положительный эффект нуклеиновых кислот отмечался также при их воздействии на эспериментальные опухоли и др. [7-10].
   Сегодня инфекционные нуклеиновые кислоты выделены из многих ДНК- и РНК-содержащих вирусов. С целью выявления инфекционных свойств вируса ВЭЛ были изучены факторы, влияющие на инфекционные свойства РНК вируса: концентрация NaCl и время обработки клеток хлористым натрием для повышения проницаемости клеток для РНК, влияние ДЭАЭ-декстрана и протамин-сульфата на количество и размер бляшек, выявляемых под агаровым покрытием, время адсорбции РНК на клетках, чувствительность РНК к прогреванию и др.

Рис. 4. Седиментационные и инфекционные свойства вирусспецифических РНК,
синтезированных de novo в клетках инфицированных вирусом ВЭЛ: ·-·-·-
вирусспецифические РНК; ·-·-·- инфекционность; °-°-°- РНК,
обработанная РНК-азой.

   Для выявления инфекционности РНК нами модифицирован метод титрования инфекционности вирусов. Монослой культуры клеток ФКЭ обрабатывали 1 М раствора NaCl в течение 15 мин при 18-20o С, в состав агарового покрытия добавляли 2-3 мг/мл ДЭАЭ-декстрана, а адсорбция РНК на клетках в отличие от вируса (30 мин) проходила в течение 3-5 мин при комнатной температуре или при 37o С. Было установленно, что РНК, выделенная из очищенного вируса ВЭЛ с титром инфекционности 1010 БОЕ/мл обладает инфекционными свойствами, т.е способна при введении в организм лабороторных животных или в монослой культуры клеток вызвать инфекционный процесс, причем титры инфекционности РНК были в несколько раз ниже титров вируса - 103-104 БОЕ/мл.
   В отличие от вируса обработка РНК-азой полностью инактивировала инфекционные свойства РНК, а обработка РНК иммунной сывороткой против вируса ВЭЛ не оказывала влияния на бляшкообразование, вызываемое препаратами РНК. Аналогичные результаты были получены при обработке препаратов вируса и РНК трипсином. Кроме того обнаружено, что прогревание инфекционной РНК при 56o не влияло на ее инфекционные свойства в отличие от вируса, который в этих условиях инактивировался уже через 2-3 мин. Инфекционная РНК, выделенная как из вируссодержащей суспензии, так и из инфицированных клеток, лучше сохраняет активность при хранении при - 20o С, хотя и при - 10o С она не теряет инфекционности в течение 7-10 дней.
   Данные по определению чуствительности РНК к действию различных ферментов, иммунной сыворотки и прогреванию свидетельствуют в пользу того, что инфекционность препаратов, полученных в результате фенольной депротеинизации вирусных частиц, принадлежит именно вирусной РНК, а не остаточному вирусу, что позволяет рекомендовать метод выявления инфекционной активности РНК вируса ВЭЛ для титрования инфекционности РНК, выделенных из альфа-вирусов (таблица).

Влияние различных факторов на инфекционные характеристики вируса ВЭЛ и
препаратов вирусных РНК

Обработка Титры инфекционности, в lg БОЕ/мл
РНК Вирус
До обработки После обработки До обработки После обработки
РНК-аза (5мкг/мл) 3.0 0 8.1 8.0
Трипсин (5мг/мл) 3.0 3.0 8.1 7.8
Иммунн. сыворотка 3.1 2.9 8.1 6.0
1 М NaCl 0 3.5 8.8 7.1
ДЭАЭ-декстран 0 3.5 8.8 9.0
Протамин-сульфат 0 3.3 8.6 8.7

     Описанный способ выявления титрования инфекционности вирусной РНК был использован нами для определения инфекционных свойств вирусспецифических РНК, выделенных из инфицированных вирусом ВЭЛ клеток, и полученных в чистом виде после центрифугирования в градиенте плотности сахарозы. После раскапывания фракций градиента было установленно, что инфекционными свойствами обладают вирусспецифическая РНК с коэффициентом седиментации 40 S (аналогичная вирионной РНК) и РНК с коэффициентом седиментации 20-22 S (репликативная форма РНК) (рис. 4).
   Таким образом РНК, выделенная из очищенной суспензии альфа-вируса ВЭЛ, имеет константу седиментации 40 S, плавучую плотность 1.66 г/см3 и обладает инфекционными свойствами, причем в отличие от вирусных частиц чувствительны к действию РНК-азы и резистентны к иммунной сыворотке. Из культуры клеток фибробластов эмбриона курицы, инфицированных вирусом ВЭЛ , выделены три типа вирусспецифических РНК с различными константами седиментации и разной плавучей плотностью, что указывает на их синтез de novo в процессе репликации депротеинизированной вирусной РНК. Инфекционными свойствами обладала РНК с константой седиментации 20-22 S, что вкупе с устойчивостью к разрушающему действию РНК-азы указывает на стабильный характер этой РНК. Полученные нами результаты в отношении инфекционных свойств 20-22 S репликативной формы РНК вируса ВЭЛ находятся в полном соответствии с данными, полученными в других работах при изучении физико-химических и инфекционных свойств репликативной формы РНК других вирусов [11-13]. Можно предположить, что репликация ПНК вируса ВЭЛ проходит по полуконсервативному механизму репликации.

    Ереванский государственный медицинский колледж "Эребуни"

Литература

     1. Агабалян А.С.  - Биолог. ж. Армении. 1973. N6. С. 40-46
     2. Агол В.И.  В кн.: Мол. биология вирусов. М. Наука. 1971. 395 с.
     3. Анджапаридзе О.Г., Гаврилов В.И., Семенов Б.Ф. и др.  В кн.: Культура ткани в вирусологических исследованиях. М. Медгиз. 1962. 235 с.
     4. Мейхл Б.  В кн.: Вирусология. Методы. М. Мир. 1988. 344 с.
     5. Wecker E.  - Virology. 1959. N7. P. 241-245.
     6. Остерман Л.Л.  В кн.: Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование. М. Наука. 1981. 285 с.
     7. Агабалян А.С.  - Глобус науки. 2002. N2. С. 63-65.
     8. Агабалян А.С., Карагезян К.Г.  - ДНАН Армении. 2002. N3. С. 258-261.
     9. Агабалян А.С., Макарян А.П., Давтян О.Я. и др. - ДНАН Армении. 2000. N2. С. 177-181.
     10. Агабалян А.С., Туманян М.А., Захарян Р.А. и др. - ДНАН Армении. 1998. N4. С. 363-366.
     11. Сhambers T., Hahn C., Galler R. et. al.  - Annu. Rev. Microbiol. 1990. V. 44. P. 649-688.
     12. Edward Z., Takegami T.  - Microbiol. Immunol. 1993. V. 37. P. 239-243.
     13. Egger D., Passamontes L., Bolten R. et. al  - J. Virol. 1996. V. 70. P. 8675-8683