Phần 2 Tổng quan tài liệu
2.2. Virus học cúm gia cầm
2.2.6. Đặc tính các protein và khả năng biến chủng của virus
Hemagglutinin (HA)
HA là 1 glycoprotein bề mặt được tổng hợp trong tế bào nhiễm bệnh thành chuỗi polypeptide đơn (HA0) với độ dài xấp xỉ là 560 gốc axit amin và sau đó được phân cắt thành các tiểu phần HA1 và HA2 (Knipe & Howley, 2007). Những tiều phẩn này được liên kết với nhau bởi mối liên kết đồng hóa trị disulphide. Sự phân cắt HA0 là điều cần thiết cho phân tử này có thể hỗ trợ dung
hợp màng giữa vỏ virus và màng tế bào chủ (Knipe & Howley, 2007). Sự phân cắt HA0 thành HA1 và HA2 cần thiết cho sự lây nhiễm của virus, vì vậy nó quyết định đến độc lực và sự tấn công của virus sang các tế bào khác (Knipe & Howley, 2007). HA1, miền hình cầu ở đầu mút gai HA, chịu trách nhiệm cho việc gắn kết virus vào thụ thể axit sialic của tế bào, túi gắn thụ thể có vị trí gần với đầu mũi của phân tử HA (hình 2.5). HA1 cũng có những epitope kháng ngun chính (hình 2.6).
Hình 2.5. Cấu trúc bậc 3 của HA virus cúm
Nguồn: Skehel & Wiley (2000)
Hình 2.6. Vị trí của 5 epitope kháng nguyên chính
Nguồn: Weis & cs. (1990) Virus xâm nhập vào bào tương tế bào thông qua việc dung hợp màng tế bào và màng virus bằng việc thay đổi hình thái HA ở điều kiện pH thấp trong thể nội bào. Glycoprotein HA là thành phần của virus gắn với thụ thể tế bào axit sialic và tại đầu mút của mỗi monomer của glycoprotein HA có một túi gắn thụ thể mà kháng thể không tiếp xúc được. Trình tự axit amin hình thành nên túi giữa các
subtype khác nhau có tính bền vững, do đó tạo nên tính đặc hiệu gắn kết với tế bào khác nhau (Knipe & Howley, 2007). Hầu hết các kháng thể trung hòa bắt vào các epitopes gần với vị trí bám thụ thể, ví dụ đối với virus cúm H3 có 5 vị trí kháng nguyên được xác định ở đầu chùy của HA (Knipe & Howley, 2007). Vị trí phân cắt HA là yếu tố quyết định độc lực đầu tiên của virus CGC, cùng với type và số lượng axit amin gốc bazơ tại vị trí phân cắt (Capua & Alexander, 2004). HA là kháng nguyên ban đầu mà đáp ứng kháng thể vật chủ hướng tới và chỉ có kháng nguyên này gây ra đáp ứng kháng thể trung hòa.
Neuraminidase (NA)
Bên cạnh HA, NA cũng là một glycoprotein khác nằm ở bề mặt của hạt virus cúm. NA là một tetramer được chèn vào vỏ virus và là một protein tích hợp màng, nó bẻ gãy axit sialic tại mối liên kết alpha-ketosidic với các gốc đường bên cạnh. Sự bẻ gãy axit sialic khiến cho NA đóng vai trị quan trọng trong cả việc xâm nhập và thoát ra khỏi tế bào vật chủ (Matrosovich & cs., 2004). Các chất ức chế NA như oseltamivir (Tamiflu) và Zanamivir (Relenza) gắn vào NA ngăn cản sự giải phóng virus khỏi tế bào vật chủ. NA cũng trải qua những sự biến đổi và đóng vai trị lớn trong việc quyết định kháng nguyên. Cả 2 gen HA và NA đều vơ cùng biến đổi về trình tự và chỉ dưới 30% các axit amin là có tính bền vững giữa các subtype (Lee & Saif, 2009).
Matrix
Protein M1 nằm dưới lớp vỏ lipid và tương tác với các ribonucleoprotein của virus (vRNPs). M1 là protein nhiều nhất trong hạt virus và là protein chính chịu trách nhiệm cho việc hình thành và mọc chồi của hạt virus (Gomez-Puertas &., 2000). Nó cũng hoạt động như là một tín hiệu nội địa hóa nhân (NLS) dựa vào một trình tự tín hiệu đặc biệt và thúc đẩy sự xuất khẩu các vRNP từ nhân ra bào tương cũng như căn cản chúng xâm nhập trở lại nhân.
M2 là một protein tích hợp màng khác, nó kéo giãn tồn bộ màng lipid và nhô ra khỏi bề mặt của hạt virus. M2 hình thành một đường dãn ion cho phép các proton (Proton axit hóa bên trong hạt virus gây ra sự thay đổi hình thái ở M1 cho phép giải phóng các vRNP vào tế bào chất) chảy vào trong hạt virus trong nội bào trong quá trình xâm nhập của virus vào tế bào (Shimbo & cs., 1996). M2 mục tiêu của các thuốc kháng virus như amantadine và rimantadine, có tác dụng ngăn chặn sự axit hóa hạt virus và sự giải phóng các vRNP sau đó.
Nucleoprotein
Nucleoprotein (NP) là kháng nguyên cấu trúc chính bao bọc RNA virus bằng cách gắn vào cột trụ đường phốt phát của RNA virus. NP tham gia vào tổng hợp RNA và tương tác với các men tổng hợp RNA virus cho phép khởi động quá trình sao chép RNA để hình thành nên cRNA và RNA virus (Newcomb & cs., 2009). Bên cạnh việc gắn kết vào, NP còn cho thấy gắn kết với M1 và nhiều protein vật chủ.
Phức hợp polymerase
PB2, PB1 và PA là 3 protein của phức hợp men tổng hợp RNA virus, được mã hóa bởi những đoạn gen riêng rẽ. PB2 và PB1 là những protein cơ bản trong khi PA là protein có tính axit và có liên quan chặt chẽ để tạo thành một cấu trúc đặc (Area & cs., 2004). Men tổng hợp RNA virus phiên mã các RNA thông tin (mRNA), RNA bổ sung (cRNA) và RNA di truyền của virus.
PB1 bắt đầu quá trình phiên mã của các đoạn gen RNA. PB1 gắn kết cả vào đầu 5' và 3' của RNA virus trước khi khởi động quá trình phiên mã. PB1 cũng chịu trách nhiệm cho việc kéo dài các chuỗi RNA đang tổng hợp bằng việc thêm vào các nucleotide.
Protein PB2 cũng đóng vai trị rất quan trọng trong việc bắt đầu quá trình phiên mã vì nó chịu trách nhiệm cho việc gắn kết vào mũ của RNA vật chủ. Ngoài việc tham gia vào phiên mã, PB2 cũng tham gia vào việc nhân lên vì một số đột biến ở PB2 đã cho thấy có ảnh hưởng đến sự nhân lên chứ không phải sự sao chép RNA (Gastaminza & cs., 2003).
Protein PA chưa có chức năng cụ thể nào được mơ tả, nhưng các đột biến của chúng đã được chứng minh có ảnh hưởng cả sự phiên mã và sự nhân lên (Huarte & cs., 2003). Hơn nữa, các đột biến ở PA ảnh hưởng đến sự đóng gói của tất cả các đoạn gen RNA virus cũng đã được mô tả. Các tiểu phần PA có hoạt động nội nhân chịu trách nhiệm cho việc bẻ gãy nắp đầu 5' của mRNA tế bào (Yuan & cs., 2009). Thêm vào đó, PA đóng vai trị trong việc ổn định phức hợp polymerase, hoạt động gắn nắp cũng như gắn phức hợp polymerase vào vùng khởi động.
PB1-F2, N40 và PA-X
Gen PB1 cũng mã hóa một protein thứ 2 là PB1-F2 lần đầu tiên được mô tả năm 2001. PB1 được thấy cục bộ hóa ở ti thể, nhưng cũng được thấy ở bào tương
và nhân của tế bào vật chủ điều chỉnh sự chết tự nhiên của tế bào bằng cách nhắm vào ti thể, góp phần vào các hoạt động RNP của virus và hỗ trợ RNA virus nhân lên (Chen & cs., 2010). PB1-F2 góp phần vào sự gây bệnh của một số virus cúm trong mơ hình động vật cũng như những thay đổi hay đột biến axit amin của virus cúm HPAI H5N1 có thể ảnh hưởng tới độc lực và tăng cường độc lực. PB1- F2 cũng được chứng minh là có thể gắn kết với PB1 và tăng cường hoạt động tổng hợp RNA phụ thuộc RNA của virus tùy theo chủng virus và mô nhiễm (Chen & cs., 2010). Hầu hết các virus CGC đều có gen PB1-F2, 96% trong số 861 chủng kiểm tra có gen này (Zell & cs., 2007).
N40 lần đầu tiên được mô tả năm 2009 là một protein được phiên mã từ một AUG riêng rẽ tại codon 40 của đoạn gen PB1 (Wise & cs., 2009). Đến nay, những hiểu biết về protein này còn rất ít. Nó dường như có vai trị trong sự nhân lên ở một số chủng virus, nhưng nó cũng khơng phải là cần thiết cho sự nhân lên của virus và cũng khổng phải được biểu hiện bởi tất cả các virus. PAX là protein thứ 13 ẩn bên trong bộ gen nhỏ bé của virus cúm được mã hóa bởi đoạn PA. Lần đầu tiên gen này được mô tả năm 2012 là một vùng chồng lấn mã hóa protein điều chỉnh độc lực của virus CGC trong thí nghiệm với chuột, hoạt động của nó làm giảm độc lực của virus (Jagger & cs., 2012).
Protein phi cấu trúc
NS1 và NS2 là những protein cuối cùng được mã hóa bởi đoạn gen thứ 8 của bộ gen virus cúm A. NS1 là protein đa chức năng và rất quan trọng trong việc át chế đáp ứng kháng virus của vật chủ. NS1 đã cho thấy khả năng ức chế đáp ứng cytokine đối với sự nhiễm virus trong môi trường tế bào (Li & cs., 2006). NS1 gắn vào RNA chuỗi kép ngăn chặn sự hoạt hóa của men protein kinase phụ thuộc RNA chuỗi kép, một loại men gây ra đáp ứng interferon. Ngoài việc ức chế đáp ứng kháng virus của vật chủ, NS1 còn điều chỉnh sinh lý học của tế bào chủ và sự tổng hợp RNA của virus và nó cũng được chứng minh là tham gia vào kích hoạt sự chết lập trình của các tế bào nhiễm bệnh. NS1 có thể chia làm 2 phần là miền gắn với RNA và miến tác động đầu C, miền này điều chỉnh các tương tác với protein vật chủ và ổn định chức năng của miền gắn RNA.
NS2 được đặt tên lại là nuclear export protein (NEP) khi được chứng minh là có trong hạt virus và tham gia vào xuất khẩu các RNP virus ra khỏi nhân. Sự tích tụ các RNP sẽ khởi phát sự thay đổi từ sản xuất các sản phẩm mRNA sang
phiên mã các RNA di truyền của virus (Robb & cs., 2009). NS2 gắn kết với M1 thông qua sự tương tác ion ở miền cuối C và chịu trách nhiệm cho việc xuất khẩu và ngăn chặn sự xâm nhập trở lại của các RNP của virus vào nhân tế bào cũng như phát tín hiệu cho các protein CRM1 đóng vai trò trong việc vận chuyển (Shimizu & cs., 2011).
- Đột biến điểm (đột biến ngẫu nhiên hay hiện tượng trôi trượt, lệch lạc về
kháng nguyên-Antigenic drift). Đây là kiểu đột biến xảy ra liên tục thường xuyên
trong quá trình tồn tại của virus mà bản chất là do có sự thay đổi nhỏ về trình tự nucleotit của gen mã hóa, đặc biệt đối với kháng nguyên H và kháng nguyên N. Kết quả là tạo ra các phân type cúm hồn tồn mới có tính thích ứng với lồi vật chủ khác nhau và có mức độ độc lực gây bệnh khác nhau. Chính nhờ sự biến đổi này mà virus cúm A tạo nên 18 biến thể gen HA (H1- H18) và 9 kháng nguyên N (N1 - N9).
- Đột biến tái tổ hợp di truyền (hiện tượng thay ca - Antigenic Shift). Hiện
tượng tái tổ hợp gen ít xảy ra hơn so với hiện tượng đột biến điểm. Hiện tượng này chỉ xảy ra khi 2 hoặc nhiều loại virus cúm khác nhau cùng nhiễm vào một tế bào chủ do sự trộn lẫn 2 bộ gen của virus. Điều này tạo nên sự sai khác cơ bản về bộ gen của virus cúm đời con so với virus bố mẹ. Khi hiện tượng tái tổ hợp gen xuất hiện có thể sẽ gây ra các vụ dịch lớn cho người và động vật với mức độ nguy hiểm không thể lường trước được (Phạm Sỹ Lăng, 2004).
Do hạt virus cúm A có cấu trúc là 8 đoạn gen nên về lý thuyết từ 2 virus có thể xuất hiện 256 kiểu tổ hợp của virus thế hệ sau (Cục Thú y, 2004).
Theo Suarez & Pantin-Jackwood (2008), tất cả các virus cúm phân lập được của Việt Nam trong năm 2005 - 2007 khơng chỉ có độc lực cao với gà, mà cịn gia tăng đáng kể độc lực trên vịt so với các virus phân lập trước đó. Sự tăng độc tính này là hệ quả của virus nhân lên trong các cơ quan nội tạng và sự thích nghi ở diện rộng hơn của virus đối với các cơ quan nội tạng. Sự thay đổi độc tính của các virus đang lưu hành có ảnh hưởng lớn tới dịch tễ học của virus và công tác khống chế.