Parvoviirused

Esimesed autonoomsed parvoviirused avastati 50ndatel- 60ndatel. 60ndatel aastatel avastati ka AAV-d kui adenoviiruse stokkide kontaminandid (partiklid erineva suurusega). Ainus seni teada olev patogeenne inimese parvoviirus leiti 1970-ndate keskpaigas- B19. Leiti verepangast saadud vereseerumeid uurides, et töötada välja laboratoorset meetodit hepatiit B diagnoosiks (nimetati vastava vereproovi koodi järgi verepangas- number 19 B-reas).

Parvoviiruseid on leitud väga erinevatest organismirühmadest- lehm, kana, hiir, kass, koer, naarits, samuti erinevad putukad (kokku ~50 erinevat). Väikesed DNA viirused, üheahelalise lineaarse DNA genoomiga ja iseloomuliku genoomi ning kapsiidi ehitusega.

Sugukond parvoviirused (Parvoviridae) jagatakse kahte alamsugukonda mis omakorda jagunevad mitmeks perekonnaks:

Alamsugukond Parvovirinae (selgroogsete PV-d):

• Dependoviirused - nimi pärineb sellest, et vajavad oma paljunemiseks abiviirust (helperviirust). Kapsiidi pakitakse võrdse efektiivsusega nii + kui - DNA ahelaga genoome. Kuuluvad ühte perekonda (Dependovirus).  Kuna helperviiruseks on enamasti adenoviirus (aga ka herpesviirus, papillomiviirus vms), kutsutakse ka adeno-assotsieerunud viirusteks (AAV). Primaatidel leitud kuus, lisaks esineb dependoviiruseid lindudelt, lehmadelt, koertelt jt  imetajatelt. Tüüpviiruseks AAV2.

• Autonoomsed parvoviirused -  ei vaja helperviirust. Kapsiidi pakivad enamasti vaid - DNA ahela (mRNAga komplementaarne), samas B19 pakib nii + kui -. Jagatakse kaheks eri perekonnaks: erütroviirused (Erythrovirus) ja parvoviirused (Parvovirus). Mõlemad perekonnad on üldjoontes sarnased, põhiliseks erinevuseks on transkriptsioonimehhanism. Perek. erütroviirus sisaldab tüüpviirus B19 (ainuke patogeenne inimese parvoviirus) ja paari sellele sarnast primaatide parvoviirust; perek. parvoviirus kõiki ülejäänud autonoomseid selgroogsete parvoviiruseid, näit. Minute Virus of Mice (MVM, tüüpviirus) ja koerte parvoviirus (CPV).

Alamsugukond Densovirinae (densoviirused, putukate PV-d):

Jagatakse kolme eri perekonda (densoviirused, iteraviirused ja brevidensoviirused).

Virioon

Koerte parvoviiruse (CPV) kapsiid

Väike, 18-26nm läbimôôduga ikosaeedriline kapsiid. Üks väikseima kapsiidiga viirusi üldse eukarüootide DNA viiruste hulgas. 60 kapsomeeri. Omab vaid kapsiidi ning partikkel koosneb DNA-st ja valkudest 50% / 50%. Virioonid seetõttu stabiilsed keskkonnatingimuste suhtes, taluvad nii pH kõikumist (3-9), orgaanilisi lahusteid kui kõrget temperatuuri (kuni 1 tund 56 kraadi juures). Enamikul kapsiidis kolm valku (VP1-VP3), glükosüleerimata, samas fosforüleeritud. Valdava osa moodustab sealjuures tüüpiliselt VP3.

Genoom

Ligi 5kb pikk. Sisaldab kaht avatud lugemisraami: rep ja cap. cap kodeerib kapsiidivalke (VP1-VP3),  rep viiruse DNA replikatsiooniks ja transkriptsiooni regulatsiooniks vajalikke valke (NS1 ja NS2/ rep-valgud). Erinevaid valke kodeerivad mRNA-d saadakse erinevaid promootoreid, polüadenüleerimissaite ja splaisingut kasutades.  Lineaarse genoomi mõlemas otsas on 100-200bp (B19 - 300bp) pikkused palindroomsed järjestused, mis autonoomsetel parvoviirustel erinevad teineteisest, AAV ja B19 mõlemas otsas aga sama järjestusega. On olulised viiruse transkriptsioonis, replikatsioonis ja genoomi pakkimises, AAV-del ka viirusgenoomi integratsioonis peremeesraku kromosoomidesse.

Elutsükkel

Viiruspartikkel kinnitub nakatatava raku pinna spetsiifilistele retseptoritele. Erinevail viirustel erinev, aga üldiselt on parvoviirustele omane lai rakuspetsiifika (ühe erandina B19 - nakatab erütrotsüütide eellasrakke  P- antigeenile seondumise kaudu).

Autonoomsed parvoviirused vajavad aktiivselt paljunevaid rakke, AAV-d võivad edukalt nakatada ka puhkeolekus rakke (latentne püsimine intergratsiooni läbi). Seondunud partiklid endotsüteeritakse rakku ning transporditakse tuumapoorideni. Arvatakse, et viirusgenoom transporditakse tuuma kapsiidi pakituna ja kapsiidist vabanemine toimub alles pärast tuuma sisenemist. Kuna PV sõltub oma replikatsioonis tugevasti peremeesraku replikatsioonivalkudest siis saavad PV-d replitseeruda vaid rakutsükli S-faasis kui toimub ka raku enda replikatsioon. Väikeste viirustena ei kodeeri nad valke mis sunniksid rakke jagunema ja seetõttu vajavad nakatamiseks ja paljunemiseks jagunevaid rakke (hematopoeetilised rakud, sooleepiteel, looterakud). Tuumas toimub viiruse rep ja cap geenide transkriptsioon ja protsessing erinevaid valke kodeerivateks mRNAdeks. B19 transkriptsioon erineb teistest parvoviirustest järgmiste omaduste poolest:

• suurem hulk erinevaid mRNA transkripte
• agaram splaising ja pikemad intronid
• kaks erinevat polüadenüleerimis- ja transkriptide termineerimissaiti (teistel üks, erandiks ADV)
• üksainus tugev promootor (teistel autonoomsetel parvoviirustel kaks ja dependoviirustel (AAV) kolm)

Põhiline viiruse transkriptsiooniregulaator (ja üldse keskne elutsükli regulaator) on multifunktsionaalne NS1 (AAV Rep78/68) valk. NS2 (Rep52/40) puhul on leitud vähem funktsioone, näiteks tema osalemine viiruse mRNA-de translatsiooni regulatsioonis ja viirsugenoomide pakkimises kapsiidi.
Tuumas toimub ka viiruse replikatsioon mis sõltub tugevasti peremeesraku replikatsioonisüsteemist ja kasutab peremehe DNA polümeraase ning teisi replikatsioonivalke. Olulist rolli viiruse paljunemisel mängivad genoomi otstes paiknevad palindroomsed järjestused mis on võimelised moodustama T-kujulise "juuksenõela". Sealjuures tagasipöörduv DNA 3'ots on viiruse replikatsiooni praimeriks. Replikatsioon toimub ahela kõrvaletõrjumise mehhanismi järgi (single-strand displacement). Moodustub kõigepealt kaheahelaline replikatiivne vahevorm millest sünteesitakse edasi üheahelalised pakitavad genoomid.

Olulist rolli omab sealjures jällegi NS1 valk:

• seotud kovalentselt genoomi 5' otsaga
• järjestusspetsiifiline nukleaasne aktiivsus
• ATPaas
• helikaas

Parvoviiruste replikatsioonile iseloomulik:

• genoomi otsmised 'juuksenõelad', mis talitlevad replikatsiooni praimeritena ja tagavad lineaarse genoomi otste säilimise läbi replikatsioonitsüklite
• viirusvalkudest ainukesena vajalik NS1 (Rep78/68), ülejäänud valgud peremehelt
• mahajääva ahela süntees ja Okazaki fragmendid puuduvad
• replikatsiooni käigus tekivad kaheahelalised replikatiivsed vahevormid

Dependoviiruste replikatsiooni toimumiseks on vajalik helperviirus, mis osaleks parvoviiruse geenide transkriptsiooni ja raku jagunemise soodustamise (rakulise keskkonna muutmises viirusele sobivaks).

Autonoomsete parvoviiruste replikatsioonimehhanismi põhilised eripärad võrreldes AAV-dega:

• dimeersete kaheahelaliste replikatsiooni vahevormide vajalikkus- 3' otsmise  'nicking'-saidi tekkimiseks vajalik
• ccc sDNA vahevorm

Helperviiruse puudumisel integreerub AAV kindlasse piirkonda raku kromosoomis (inimesel 19 kromosoomis) ja võib seetõttu nakatada põhimõtteliselt ka puhkeolekus (mittejagunevaid) rakke. Kui rakk hiljem nakatub helperviirusega, vôib AAV genoomist jälle välja tulla (reaktiveerub). Seda vôib vaadelda kui omapärast latentsuse vormi.

Haigused ja levik

Inimese adeno-assotsieerunud viirus (AAV2, AAV3, AAV5) inhibeerib helperviiruse paljunemist ja rakkude transformeerimist kasvajaliseks (ainuke inimesele kasulik viirus?). AAV otseselt haigusi ei tekita, on ainult parasiit.

Autonoomsed parvoviirused on väga liigispetsiifilised. Eriti drastiline on sealjuures koera- (CPV) ja kassi parvoviiruse (FPV) ning naaritsate enteriidi viiruse (MEV) näide- genoomi nukleotiidjärjestused väga sarnased aga ristnakkust ei anna. Sagedamini kahjustatavad rakutüübid on sooleepiteel, vereloomesüsteem, looterakud (intensiivselt paljunevad koed). Latenset faasi ei täheldata. Mõned näited:
Inimese parvoviirus B19 nakatab inimesi kogu maailmas (90% eakatest inimestest seropositiivsed). Nakatumine tavaliselt juba lapseeas. Nakatunud lastel tekib lühiajaline kurgupõletik, millega kaasneb põskede punetus ja ketendus- erythaema infectiosum (nimetatakse ka "kõrvakiiluhaiguseks"- slapped cheek disease). Vanematel inimestel kaasneb primaarse nakkusega tihti liigesepõletik.

Mõnedel lühiajaline (7p.) aneemia, kuna viirus nakatab erütrotsüütide eellasi luuüdis.
Haigus ei ole kuigi ohtlik, välja arvatud haigetele kel lisaks erütropoees häiritud (näit. sirprakulise aneemia puhul). Samuti võib rasedate primaarse infektsiooniga kaasneda loote rakkude nakatumine, mis võib mõnedel juhtudel viia loote kahjustumise või isegi abordini. Efektiivne vaktsiin ja ravi seni puuduvad.

Koerte PV tekitab noortel kutsikatel ägedat surmaga lõppevat südamelihase põletikku; vanemate koerte nakatamisel soolepõletikku ja kõhulahtisust. Harvem tekib leukopeenia e. valgete vereliblede vähesus.
Kasside PV tekitab erilisi koordinatsioonihäireid või leukopeeniat, kaasneb roidumus jne. Kasse ja koeri saab edukalt vaktsineerida PV vastu.
Naaritsatel on kahte sorti PVsid: naaritsate enteriidi viirus (Mink Enteritis Virus) tekitab soolepõletikku, aleuudi haiguse viirus (Aleutian Disease Virus) pika peiteajaga kopsupõletikku või neerupõletikku koos neerupuudulikkusega. Viimane on nime saanud selle järgi et põhjustab eriti ägedat haigestumist aleuudi tõugu naaritsatel.
Hiirte ja rottide parvoviirused Minute Virus of Mice ja Rat Virus ei põhjusta neil märkimisväärseid haigusi.
Parvoviiruseid on leitud ka kanadel ning hanedel.

Parvoviirused levivad sõltuvalt viirusest väga erinevaid teid mööda. Erinevused tulenevad erinevate viiruste erinevast tropismist, viiruse paljunemine ja uute nakkavate partiklite tootmine toimub erinevates kudedes. Tavalised viisid on:
1) piisknakkusega (neeluinfektsioon- B19)
2) fekaal-oraalselt (kui nakatunud on sooleepiteel- naaritsate enteriidi viirus)
3) seksuaalselt (näiteks sigade parvoviirus)
4) läbi platsenta lootele (ema nakatumisel)

Putukate Densonukleoosi Viirused moodustavad täiesti omaette grupi, kuid on üldjoontes sarnased. rep ja cap geenide transkriptsioon võib olla eri ahelate pealt. Nakatavad liblikaröövikuid, liblikaid, kahetiivalisi, kiile. Mõned paljunevad paljudes kudedes, mõned ainult soolerakkudes. Nakatunud rakkude tuumad täituvad viiruse kristallidega, lüüsuvad 5-10 päeva jooksul, mille järel putukas sureb. Selgroogsete rakke ei nakata. Algselt leiti siidiussidel, võimalik on kasutada ka kahjurite hävitamiseks. Virioon on väga UV tundlik, seetõttu peab kasutama nakatatud kamikadze-röövikuid.

AAV kasutamine geeniteraapia vektorina

AAV on viimasel ajal leidnud katsetamist geeniteraapia vektorina võõrDNA-de rakku viimiseks. AAV pakub huvi just oma võime tõtu integreeruda peremeesraku genoomi. Integreerumine tagab rakku viidud võõrgeeni püsimise ja pideva ekspressiooni. Tüüpiliselt asendatakse viiruse kodeeriv ala võõrDNA-ga ja jäetakse alles vaid otsmised kordusjärjestused. Saadud DNA pakitakse helperrakuliinis mis ekspresseerib pakkimiseks vajalikke AAV- ja helperviiruse (adenoviiruse) valke.

AAV-de eelised geeniteraapias:

• võime integreeruda peremehe genoomi
• ei ole seotud haigustega
• nakatavad ka mittejagunevaid rakke
• lihtne genoom, lihtne manipuleerida
• valmis konstruktid ei ekspresseeri mingeid viirusvalke
• võimelised nakatama paljusid eri liike ja rakutüüpe

AAV-del on samas mitmeid puudusi:

• kõige olulisem- pakkida saab vaid kuni 4-4,5kb DNA-d (kapsiidi suurus limiteerib)
• enamik kasutatavatest pakkimissüsteemidest annab kergesti kontaminatsiooni metsikut tüüpi AAV ja helperina kasutatud adenoviirusega ning ka saagis on väiksevõitu
• spetsiifiline integratsioon inimese 19-sse kromosoomi on sõltuv rep geenist, kui see deleteerida, toimub integratsioon juhuslikult; juhusliku integratsiooni tulemusena võib (sõltuvalt integratsioonisaidist) sisseviidud geeni ekspressioon saada alla surutud või mõjutab ta ise ebasoovitavalt integreerumispiirkonnas asuvaid peremehe geene
• probleemiks lai peremeesrakkude ring- täpne 'targeting' problemaatiline
• enamikul inimestest olemas neutraliseeriv immuunvastus AAV-dele- nakatamine ebaefektiivne