Virukset ovat monimuotoinen ryhmä patogeeneja,

Transkriptio

1 KATSAUS Timo Hyypiä, Merja Roivainen ja Tapani Hovi Ehdoton edellytys viruksen lisääntymiselle on pääsy solun sisälle. Tähän tarkoitukseen virukset ovat sopeutuneet käyttämään erilaisia solun pinnan molekyylejä. Näiden virusreseptoreiden ilmentyminen määrää suurelta osin, mihin kudoksiin infektio elimistössä leviää ja minkälaisen taudinkuvan se aiheuttaa. Viime vuosina on opittu tuntemaan usean eri virusryhmän reseptorimolekyylit. Samalla on käynyt ilmi, että viruksen tarttuminen ja tunkeutuminen isäntäsoluun ovat oletettua monimutkaisempi tapahtumaketju. On mahdollista, että uusilla havainnoilla mm. HIV:n reseptori-interaktioista on tulevaisuudessa huomattava merkitys myös infektion hoidossa. Virukset ovat monimuotoinen ryhmä patogeeneja, joille yhteisiä piirteitä ovat ehdoton solunsisäinen parasitismi ja omintakeinen lisääntymismekanismi: rakenneosat syntyvät erikseen solun sisällä ja yhdistyvät vasta tämän jälkeen infektiokykyisiksi viruksiksi. Riippumatta virusten rakenteellisista eroista ja erilaisista lisääntymisstrategioista lisääntymiskierron ensimmäiset vaiheet ovat viruksen tarttuminen solun pintarakenteisiin, sitä seuraava pääsy solun sisälle ja genomin vapautuminen. Virukset ovat äärimmäisen pelkistyneitä organismeja. Niiden perintöainesta, DNA:ta tai RNA:ta, suojaa ympäristön vaurioittavilta tekijöiltä proteiinikuori, joka usein on muodostunut vain muutamista eri valkuaisainetyypeistä. Viruksia on sekä vaipattomia (esim. poliovirus ja adenovirus) että vaipallisia (esim. HIV ja herpesvirukset); viimeksi mainituilla kapsidia ympäröi lipidikalvo, johon on kiinnittynyt glykoproteiineja. Mekaanisen suojan lisäksi viruksen pintaproteiineilla on toinen tärkeä tehtävä: ne välittävät viruksen tarttumisen spesifisesti isäntäsolun pinnalla olevaan vastinrakenteeseen eli virusreseptoriin ja virusgenomin pääsyn solun sisälle, mikä on ehdoton edellytys lisääntymiskierron käynnistymiselle. Virusten rakenteiden lisääntynyt tuntemus ja monien solu- ja molekyylibiologian menetelmien kehittyminen ovat tehneet mahdolliseksi infektion alkuvaiheen yksityiskohtaisen tutkimisen. Tämän ilmiön ja virusreseptorien yksityiskohtainen tuntemus tuovat myös uuden näkökulman virusinfektion patogeneesin ymmärtämiseen. Saatuja tuloksia voidaan edelleen käyttää kehitettäessä lääkeaineita virustautien ehkäisyyn ja hoitoon. Käsittelemme tässä katsauksessa nykykäsitystä virusreseptoreista eräiden virusryhmien osalta. Pikornavirukset Pikornavirukset ovat pieniä, vaipattomia RNAviruksia. Niihin kuuluu tärkeitä ihmisen (enterovirukset, hepatiitti A -virus, rinovirukset) ja eläinten (esim. suu- ja sorkkatautivirukset) taudinaiheuttajia. Ne olivat ensimmäisiä ihmisen viruksia, joiden kolmiulotteinen rakenne selvitettiin atomin tarkkuudella (ks. Kääriäinen 1991). Rakenteen tunteminen on edelleen vauhdittanut reseptorien tunnistusta, ja virusten ja solujen interaktioita on päästy tutkimaan hyvin yksityiskohtaisesti. Vuonna 1989 osoitettiin, että rinovirukset tunnistavat intersellulaarisen adheesio- Duodecim 113: ,

2 T a u l u k k o 1. Pikornavirusten tunnistamia solun pintarakenteita. Virus Rinovirukset Poliovirukset Coxsackievirus A9 Coxsackie A -virusten alaryhmä C Echovirus 1 Muut echovirukset Coxsackievirukset B1, B3 ja B5 Enterovirus 70 Reseptori Solujenvälinen adheesiomolekyyli 1 (ICAM-1) Poliovirusreseptori (PVR), CD44 αvβ3-integriini ICAM-1 α2β1-integriini»decay accelerating factor» (DAF) DAF; nukleoliiniperheen proteiini? DAF molekyyli 1:n (ICAM-1) kohdesolujen pinnalla (Greve ym. 1989, Staunton ym. 1989). Tämän luonnollinen ligandi on valkosolujen LFA-1- molekyyli. ICAM-1 on glykoproteiinimonomeeri, jossa on viisi toisiaan läheisesti muistuttavaa rakennesilmukkaa (ks. Gahmberg, tässä numerossa). Röntgensädekristallografian avulla oli aiemmin selvitetty rinovirus 14:n kolmiulotteinen rakenne (Rossmann ym. 1985). Viruksen pinnalta löytyi»kanjoni», jota arveltiin reseptorin tunnistuskohdaksi. Perusteena tälle oli, että ainoastaan»kanjonin» pohjalla on alue, jota isännän vasta-aineet eivät tavoita. Tämä mahdollistaisi rinovirusten reseptorintunnistuskohdan säilymisen evoluutiossa muuttumattomana, mikä on edellytyksenä saman kohdesolun tunnistukselle, kun taas pinnalla olevien rakenteiden muuntelu on saanut aikaan yli sadan serotyypin viruskirjon. Kun rinovirusten reseptoriinsa sitoutumisen mekanismi selvitettiin tarkasti kolmiulotteisella tasolla kryoelektronimikroskopian avulla,»kanjoni» osoittautui todella tunnistuskohdaksi. Rakennetutkimus on antanut edelleen viitteitä niistä mekanismeista, joilla viruksia neutraloivat vasta-aineet toimivat; jotkut näistä estävät suoranaisesti rinoviruksen tarttumisen reseptoriin, kun taas toisten vaikutus perustuu kapsidin stabilointiin ja tästä johtuvaan genomin vapautumisen estoon. Vastaava vaikutus on myös rinoviruslääkkeinä tutkituilla kemikaaleilla, jotka sitoutuvat»kanjonin» pohjalla olevaan taskuun. Myös liukoinen reseptori, josta solukalvoon tarttuva osa on poistettu, neutraloi viruksen infektiivisyyden. Sitä on myös kokeiltu rinovirusinfektion hoidossa. ICAM-1-molekyylin tavoin myös poliovirusreseptori (PVR) kuuluu immunoglobuliinien suurperheeseen (Mendelsohn ym. 1989), ja siinä on kolme vastaavaa rakennesilmukkaa. PVR:n fysiologista toimintaa ei tunneta varmasti, mutta on todennäköistä, että myös tämä molekyyli osallistuu solujen välisiin tunnistustapahtumiin. PVR ilmentyy kuitenkin myös monissa elimistön kudoksissa, joissa ei todeta virusta poliovirusinfektion aikana. Äskettäin on raportoitu havainto, jonka mukaan myös toinen solun pinnan proteiini (CD44, joka toimii tunnistusmolekyylinä lymfosyyteille) osallistuu polioviruksen tunnistukseen (Shepley ja Racaniello 1994). CD44:n tiedetään ilmentyvän kudoksissa, joissa poliovirus lisääntyy, ja mahdollisesti se määrää osaltaan kudoshakuisuutta. Koska ihmisen pikornavirusten serotyyppejä on lukuisia ja niiden aiheuttamien tautien kirjo on laaja, on ymmärrettävää, että nämä virukset pystyvät käyttämään monia erilaisia molekyylejä tarttuessaan soluun ja läpäistessään solukalvon (taulukko 1). Reseptorimolekyyleihin kuuluu mm. integriinejä, joiden normaali toiminta liittyy solujen ja soluväliaineen tunnistustapahtumiin. Yksi näitä käyttävistä viruksista on oman tutkimuksemme kohteena oleva coxsackievirus A9, joka tunnistaa vitronektiinireseptorina toimivan αvβ3-integriinin (Roivainen ym. 1994). Virus tarttuu tähän molekyyliin rakenteessaan olevan arginiini-glysiini-asparagiinihappojakson (RGDjakson) avulla (Roivainen ym. 1991), jollainen toimii myös elimistön omissa tunnistustapahtumissa. Mielenkiintoista on, että vaikka kyseisen jakson poistaminen heikentää viruksen kasvuominaisuuksia, se on yhä infektiokykyinen. Tämä viit- 822 T. Hyypiä ym.

3 HIV gp 41 gp 120 Fuusiotekijä Kemokiinireseptori CD 4 SOLU Kuva 1. HI-viruksen interaktiot solunpinnan molekyylien kanssa (Levy 1996). Virus tunnistaa ensin gp120-pintaproteiininsa avulla CD4-molekyylin, ja tämän tapahtuman aikaansaamat muutokset rakenteessa edistävät interaktiota kemokiinireseptorien kanssa. Tämä johtaa edelleen myöhempiin tunnistustapahtumiin HIV:n gp41-proteiinin ja toistaiseksi tuntemattoman solun pinnan fuusiotekijän välillä ja lopulta viruksen ydinosan vapautumiseen solun sisälle. taa interaktioon myös muiden solun pinnan rakenteiden kanssa, kuten on laita monilla muillakin viruksilla. Ilmiöllä saattaa olla merkitystä myös elimistössä, sillä viruksen lisääntyessä suolistossa se altistuu proteolyyttisille entsyymeille, jotka voivat pilkkoa pois RGD-jakson (Roivainen ym. 1991) ja näin mahdollisesti muuttaa viruksen kudoshakuisuutta. HIV HI-viruksen keskeinen lisääntymispaikka on auttaja-t-lymfosyytti. Päästyään solun sisälle viruksen RNA-genomin cdna-kopio asettuu soluun ja siinä olevat geenit aktivoituvat solun stimuloituessa. Tämä saa aikaan virustuotannon, uusien solujen infektoitumisen, solupopulaation tuhoutumisen ja immuunikadon (Saksela 1996). Virus tunnistaa solujen pinnalla CD4-molekyylin, jota myös käytetään laboratoriossa auttaja-tsolujen identifioimiseen. Tämän solukalvon proteiinin toiminta elimistössä liittyy immunologisiin tunnistustapahtumiin, joissa CD4 reagoi luokan II HLA-molekyylien kanssa. CD4 kuuluu ICAM1- ja PVR-molekyylien tavoin immunoglobuliinien suurperheeseen. HIV:n pintaproteiini gp120:n ja CD4:n väliset interaktiot tunnetaan varsin yksityiskohtaisesti; virus tarttuu reseptoriinsa tiettyjen gp120:n konstanttien alueiden aminohappojen avulla (Bour ym. 1995). Viruksen sitoutumiskohta poikkeaa luokan II HLA-molekyylien tunnistuskohdasta, joskin se on osittain päällekkäinen tämän kanssa. HI-viruksen lisääntymisessään tarvitsemia rakenteita ja toimintoja on tutkittu hiiren solulinjoissa, joissa virus ei normaalisti lisäänny. Ihmisen CD4-geenin siirtäminen näihin soluihin saa aikaan viruksen tarttumisen muttei täydellistä infektiosykliä. Näin ollen myös joitain muita molekyylejä tarvitaan infektion käynnistämisessä. Näitä ns. koreseptoreita on metsästetty kuumeisesti, ja kuluvan vuoden aikana niiden tunnistamisessa on onnistuttu (kuva 1). Jo jonkin aikaa on tiedetty, että sytotoksiset (CD8 + -) T-lymfosyytit voivat erittää liukoisia tekijöitä, jotka estävät HIV:n lisääntymistä auttaja-t-soluissa. Tällaisiksi osoitettiin kolme beetakemokiineina tunnettua komponenttia (RANTES, MIP-1α, MIP-1β), 823

4 jotka pystyivät myös estämään HIV-infektiota (Cocchi ym. 1995). Beetakemokiinit toimivat elimistössä normaalisti mm. T-lymfosyyttien ja muiden immuunijärjestelmän solujen aktivoijina. On saatu viitteitä siitä, että henkilöillä, jotka pystyvät vastustamaan HIV-tartuntaa toistuvista altistuksista huolimatta, olisi verenkierrossa tavallista enemmän näitä kemokiinejä (Paxton ym. 1996). Vaikka HIV lisääntyykin elimistössä pääasiassa auttaja-t-soluissa, on makrofagien infektio tartunnan kannalta keskeinen, sillä ilmeisesti virus tulee elimistöön ensisijaisesti juuri näissä soluissa. Jotkut HIV1 -kannat kasvavatkin paremmin makrofageissa. Näiden viruskantojen koreseptori (CCR5-molekyyli) tunnistaa myös kolme edellämainittua kemokiinia, ja kyseisen kemokiinireseptorin siirto ihmisen CD4-geenin sisältäviin hiiren soluihin tekee mahdolliseksi infektion käynnistymisen (Alkhatib ym. 1996, Deng ym. 1996, Dragic ym. 1996). Nyttemmin myös kemokiinireseptoriksi tunnistettu toinen solunpinnan molekyyli (CXCR4) taas toimii koreseptorina HIVkannoille, jotka ovat sopeutuneet lisääntymään ensisijaisesti auttaja-t-soluissa (Feng ym. 1996). Viimeaikaiset havainnot lisäävät merkittävällä tavalla ymmärtämystämme HIV-infektion patogeneesistä (Ranki ja Krohn 1997). CD4-molekyylin tunnistavat HIV1, HIV2 ja apinan SIvirus. Tämä molekyyli toimii primaarisena sitoutumismolekyylinä, mutta infektiosyklin aloittamiseen tarvitaan muita tekijöitä, jotka määräävät keskeisesti soluhakuisuutta. Edellä mainittujen koreseptorien lisäksi viruksen ytimen pääsy soluun edellyttää virusproteiini gp41:n interaktiota toistaiseksi tuntemattoman solun pinnan fuusiotekijän kanssa (kuva 1). Edelleen tiedetään, että HIV tunnistaa aivojen galaktosyyliseramidin sekä myös Fc-reseptorin muodostettuaan kompleksin vasta-aineiden kanssa ja pääsee tiettyihin soluihin myös näiden välityksellä. Kemokiinien ja mahdollisesti myös niiden reseptorien määrällä saattaa olla vaikutusta yksilön taudinkulkuun. On mahdollista, että jotkut toistuvista altistuksista huolimatta HIV-negatiivisina pysyvät henkilöt saattavat olla resistenttejä infektiolle muuntuneen kemokiinireseptorigeenin ansiosta (Liu ym. 1996). Kyseisen interaktion tunteminen voi näin ollen tarjota myös aivan uusia mahdollisuuksia HIV-infektion hoitoon, jossa pyritään etenemään monella eri rintamalla (Gait ja Karn 1995). Nähtäväksi jää, liittyykö gp120-molekyylin suuri muuntelu immunologisen järjestelmän aiheuttaman valintapaineen lisäksi myös HIV:n reseptorintunnistusominaisuuksien muunteluun (Weiss 1996). Influenssa A -virus Influenssa A -virukset ovat vaipallisia, usein pallomaisia RNA-viruksia, joiden jaokkeellinen, negatiivijuosteinen genomi monistuu isäntäsolun tumassa. Influenssa A -viruksia tavataan ihmisen lisäksi mm. sorsalinnuilla, sioilla ja hevosilla, ja ne voivat tarttua myös isäntälajista toiseen. Jaokkeellisen genomin vuoksi viruksen eri proteiinien evoluutio on ollut suhteellisen itsenäistä, ja monista niistä tunnetaankin useita geneettisiä alatyyppejä. Kahden erilaisen viruksen infektoidessa saman solun voi syntyä eri alkuperää olevien genomin osien uusia yhdistelmiä. Uuden yhdistelmän tarttuminen ihmiseen voi aikaansaada maailmanlaajuisen influenssapandemian. Epidemiologisesti merkityksellisimpiä ovat kahden tärkeimmän vaippaproteiinin hemagglutiniinin (HA) ja neuraminidaasin (NA) alatyypit, joita tunnetaan useita. Ihmisistä on viime vuosina eristetty pelkästään H1N1- ja H3N2-viruksia, mutta monia muita yhdistelmiä on tarjolla muissa isäntälajeissa. Influenssavirukset tarttuvat isäntäsolun pintaan trimeerisen HA-proteiinin avulla. Solun pintarakenteiden sisältämien siaalihappojen erityisesti N-asetyylineuramiinihapon merkitys influenssavirusten reseptorina on ollut tunnettu jo pitkään. Siaalihappoja (SA) esiintyy solun pinnalla glykolipidien ja glykoproteiinien oligosakkarideissa. Vieläkään ei tiedetä, onko taudin patogeneesin kannalta merkitystä sillä, missä kantajamolekyylissä siaalihappo sijaitsee. Siaalihapon ja HAmolekyylin interaktiot tunnetaan sen sijaan atomin tarkkuudella (Weis ym. 1988). Sauvamaisen HA-molekyylin uloimmassa päässä on painauma, reseptoritasku, johon siaalihappo sopii (kuva 2). Sitä rajaavat aminohapot ovat vahvasti konservoituneita virustyypin ja isäntälajin mukaan. Ne korreloituvat myös sidostyyppiin, jolla siaalihappo sitoutuu sokeriryhmän seuraavaan yksikköön, 824 T. Hyypiä ym.

5 A B 76 Leu 194 Glu 190 Trp 153 His 183 Ser Leu 226 Tyr 98 Gly 135 Ser 136 Ser 145 Asn Arg K u v a 2. Influenssa A -viruksen hemagglutiniinin (HA) interaktio reseptorina toimivan siaalihapon kanssa. A) HA-monomeerin rakennemalli. B) Reseptoritaskun keskeiset aminohapot ja niiden päälle projisoitu siaalihappo, joka toimii reseptorimolekyylin tunnistinosana. joka yleensä on galaktoosi (Gal). Esimerkiksi ihmisistä eristetyt H3N2-virukset tarvitsevat tarttuakseen SA-α-2,6-Gal-sidosta, linnuista ja hevosista eristetyt taas SA-α-2,3-Gal-sidosta, jota myös ihmisen H1N1-virukset suosivat. Influenssaviruksen reseptori-interaktion estoon perustuvat lääkkeet ovat myös kehitystyön kohteena (Sauter ym. 1992). Toinen pääasiallinen vaippaproteiini neuraminidaasi tunnistaa sekin α-sidoksisen siaalihapon glykoproteiineista ja pystyy pilkkomaan sen irti. Neuraminidaasin merkitys viruksen kasvukierrossa on kuitenkin yhä osittain epäselvä, joskin sinänsä kiistaton. Sen inhibiittoreilla voidaan estää tehokkaasti viruksen lisääntyminen. Reseptoritaskua ympäröivät HA-molekyylin osat ovat antigeenisia ja muuntelevia. Pääosa influenssalta suojaavista vasta-aineista kohdistuu näihin kohtiin, ja immunologinen paine muunteluun on sen vuoksi suuri. Aminohappovaihdokset reseptoritaskun reunoilla voivat vaikuttaa myös viruksen ja solun interaktioihin. Viruspopulaation säilymisen kannalta on tärkeää, että antigeeninen muuntelu ei dramaattisesti heiken- 825

6 T a u l u k k o 2. Virusten tunnistamia solunpinnan molekyylejä. Virus Adenovirukset Epstein Barr-virus HIV Influenssa A -virus Parvovirus Polyoomavirus Vesikauhuvirus Tuhkarokkovirus Reseptori αvβ3- ja αvβ5-integriini Komplementtireseptori CR2 CD4 auttaja-t-soluissa, kemokiinireseptorit Siaalihappo Punasolujen P-antigeeni Siaalihappo Asetyylikoliinireseptori? CD46 nä infektiivisyyttä. On lukuisia esimerkkejä siitä, että uusi antigeeninen muunnos poikkeaa aiemmista kannoista isäntäspektrinsä suhteen laboratoriossa (Pyhälä ym. 1996). Toisaalta on selvää, että jokainen virusmuunnos, joka pystyy aiheuttamaan epidemian, on löytänyt toimivan tasapainon antigeenirakenteen muutoksen ja in vivo tarvittavan tarttumiskyvyn välillä. Yksittäisen HA-SA-sidoksen affiniteetti ei ole suuri, mutta sidosten monilukuisuuden vuoksi viruksen tarttumisen aviditeetti on kuitenkin suuri. Influenssavirukset pääsevät solun sisälle reseptorivälitteisen endosytoosin avulla ja vapautuvat rakkuloista näiden ph:n pienetessä sulauttamalla vaippansa rakkulan seinämään. Myös tässä tapahtumassa HA-molekyylillä on keskeinen osa. Genomin vapautumiseen oikealla tavalla tarvitaan ph:n pienentämistä myös viruksen sisäosissa. Tästä huolehtii viruksen vaipan kolmas proteiini M2, joka avaa vaippaan kulkutien H + -ioneille. Ei ole havaittu viitteitä siitä, että influenssavirusinfektion alkuvaiheissa tarvittaisiin reseptoriin tarttumisen lisäksi mitään spesifistä proteiiniproteiini-interaktiota viruksen ja isäntäsolun välillä. Toisaalta tiedetään, että influenssa A -virusten isäntäspektri luonnossa ei rajaudu pelkästään reseptori-interaktion perusteella. Tämän ohella pidetään tärkeänä nukleoproteiinia, josta on voitu osoittaa selvät isäntälajille tunnusomaiset geneettiset alatyypit. Muut virukset Vaikuttaa siltä, että lukuisat erilaiset solunpinnan molekyylit kelpaavat viruksille reseptoreiksi, kunhan vain lopputuloksena on virusgenomin pääsy soluun ja infektiosyklin käynnistyminen (taulukko 2). Kuten edellä on käynyt ilmi, samakin virus pystyy tunnistamaan eri soluissa eri rakenteita, millä on huomattavaa merkitystä infektion patogeneesin kannalta. Eri virukset voivat myös käyttää samaa molekyyliä tarttuessaan soluun. Tästä ovat esimerkkinä adenovirukset, jotka tunnistavat solun pinnalla saman vitronektiinireseptorin (αvβ3-integriini) kuin coxsackievirus A9. Adenovirus tarvitsee myös toisen proteiinin reseptori-interaktioonsa. Tämä CAR-proteiini pystyy taas toimimaan myös coxsackie B -virusten reseptorina. Tuhkarokkovirus käyttää reseptorinaan CD46- molekyyliä, joka DAF-molekyylin (CD55) (taulukko 1) tavoin suojaa soluja oman komplementin vaikutuksilta. Komplementtijärjestelmään liittyy myös Epstein Barr-virusinfektion käynnistyminen. Epiteelisolujen lisäksi viruksen kohdesoluina toimivat B-lymfosyytit, joihin virus pääsee sitoutumalla solun pinnan CR2-molekyyliin. Tämä puolestaan toimii komplementin komponentin C3d:n reseptorina. Vesikauhuvirus taas sitoutuu todennäköisesti asetyylikoliinireseptoriin päästäkseen sisään hermosoluihin, mikä suurelta osin selittää taudin patogeneesin: virus kulkeutuu näin hermoratoja pitkin keskushermostoon ja aiheuttaa taudin, joka käytännöllisesti katsoen aina johtaa kuolemaan. Mielenkiintoinen esimerkki reseptorin määräämästä infektioalttiudesta on parvovirus B19, joka lisääntyy punasolujen esiasteissa ja aiheuttaa hemolyyttistä anemiaa sairastavilla akuutteja kriisejä. Sen reseptoriksi osoittautui P-antigeeni punasolujen pinnalla (Brown ym. 1993). P-antigeenia ei ole kaikilla yksilöillä, ja kävi ilmi, ettei heillä 826 T. Hyypiä ym.

7 myöskään ole parvovirusvasta-aineita eikä heidän luuydinsolujaan voida infektoida parvoviruksella (Brown ym. 1994). Toisin sanoen nämä henkilöt ovat geneettisesti periytyvällä tavalla suojassa kyseiseltä virusinfektiolta. Virusreseptorien käyttö virustautien ehkäisyssä ja hoidossa Reseptorin vastinrakenne Tarttumisen estävä reseptorivasta-aine Reseptori Koreseptori Solukalvo Tarttuminen Nukleokapsidin konformaatiomuutos Genomin vapautuminen Tarttumisen estävä virusvasta-aine Interaktiossa kilpaileva reseptorianalogi Interaktiossa kilpaileva ligandianalogi Reseptorin tuhoaminen Konformaation lukitus Kuva 3. Kaavio kuvitteellisen vaipattoman viruksen soluinteraktion alkuhetkistä ja eri interventiomahdollisuuksista. Reseptori-interaktion eri osapuoliin vaikuttavat antiviraaliset mekanismit ovat sovellettavissa myös mahdollisiin koreseptoreihin. Soluun tunkeutumisen eri vaihtoehdot (eivät kuvassa) ja genomin vapautuminen ovat soveliaita antiviraalisen vaikutuksen kohteita nekin. Virusten ja reseptorien interaktion spesifisyys on herättänyt jo kauan sitten ajatuksia sen lääketieteellisestä hyödyntämisestä. Teoreettisia vaikutusmahdollisuuksia on monia (kuva 3), mutta käytännön näyttöä tällä mekanismilla toimivista viruslääkkeistä ei vielä ole. Osa rokotteiden aikaansaamista vasta-aineista estää viruksen tarttumista isäntäsoluun, ja tietoja reseptorin vastinkohtien sijainnista viruksissa voidaan käyttää hyväksi kehitettäessä komponenttirokotteita. Reseptorin tuhoaminen tai sitominen spesifisellä vastaaineella näyttävät suoraviivaisilta menettelyiltä ja toimivat hyvin soluviljelmissä. Alan klassisissa eläinkokeissa saatiin myös influenssavirusinfektion tappavuus heikkenemään tuhoamalla reseptorit hiiren hengitysteistä neuraminidaasikäsittelyllä. Käytännön sovelluksiin ihmisen influenssan hoidossa nämä tutkimukset eivät kuitenkaan ole johtaneet. In vivo ongelmiksi tulevat suurimolekyylisten lääkeaineiden huono tunkeutuvuus kudoksiin, reseptorien nopea regeneraatio sekä niiden tuhoamisen ja sitomisen potentiaaliset haittavaikutukset. han eivät ole solun pinnalla viruksia odottelemassa, vaan niillä on jokin solun normaalitoimintaan kuuluva tehtävä. Viruksen ja reseptoriproteiinin interaktioita voidaan pyrkiä estämään myös kilpailuperiaatteella käyttämällä reseptori- tai ligandianalogeja, joiden tuottaminen on nykyään suhteellisen helppoa yhdistelmä-dna-menetelmien avulla. Selvä antiviraalinen vaikutus onkin saatu aikaan laboratoriossa mm. liukoisella CD4-molekyylillä HIVinfektiota vastaan, samoin kuin rino- ja poliovirusreseptorien johdoksilla. Liukoiseen muotoon saatetut pikornavirusreseptorit toimivat koeputkessa itse asiassa virusidisesti käynnistäen»uncoating»-tapahtumaan kuuluvan kapsidirakenteen reorganisaation. Tämän seurauksena virus menettää infektiokykynsä. Laboratorio-olosuhteissa on helppo valikoida viruskantoja, jotka ovat resistenttejä eli eivät inaktivoidu reseptorikäsittelyssä. Polioviruksista tiedämme myös, että luonnon viruskantojen herkkyys tällaiselle inaktivaatiolle vaihtelee suuresti. Hoitokokeilut eläimillä ja rinovirusten osalta myös ihmisillä eivät ole tähän mennessä olleet kovinkaan rohkaisevia. Vaikka reseptori-interaktioon vaikuttavilla antiviraalisilla aineilla ei vielä näytä olevan selkeitä 827

8 käyttömahdollisuuksia virustautien hoidossa, voidaan niiden avulla saada tärkeitä lisätietoja interaktion molekulaarisista mekanismeista ja interaktion aikaansaamista muutoksista virionin rakenteessa. Saattaa olla, että interaktion lääketieteellinen hyödyntäminen tulee mahdolliseksi vasta ilmiön yksityiskohtaisemman ymmärtämisen myötä. Mahdolliset reseptoritoiminnan estäjälääkkeet eivät välttämättä muistuta rakenteeltaan reseptoreita tai niiden vastinkohtia. Tämän kaltainen kehityskulku on ollut nähtävissä HIV:n proteaasiin vaikuttavien lääkeaineiden kehittelyssä. Ensimmäisessä vaiheessa tutkittiin kohdeproteiinin pilkkomiskohdan aminohappojärjestykseen perustuvia peptidianalogeja, sitten proteaasimolekyylin dimerisaation estäviä oligopeptidejä. Kliiniseen käyttöön on kuitenkin tulossa vain sellaisia proteaasinestäjiä, joissa ei ole ollenkaan peptidisidoksia. Niiden synteesin ohjenuorana on käytetty pilkkomisreaktion lyhytikäisissä välituotteissa todettuja atomien välisiä sidoksia. Päätelmät Menetelmien kehittyminen ja lisääntyvä tieto solun pintarakenteista on paljastanut monimuotoisen ryhmän molekyylejä, joita virukset ovat sopeutuneet käyttämään tarttuessaan ja tunkeutuessaan soluun. Kyseessä on arveltua monimutkaisempi tapahtumaketju, johon saattaa osallistua useita eri molekyylejä ja joka voi vaihdella solukosta toiseen. Reseptorispesifisyys määrää keskeiseltä osin syntyvän taudinkuvan, joskin myös fysikaaliset seikat sekä virusten solun sisällä tarvitsemat tekijät vaikuttavat patogeneesiin. Jotkut kudokset samoin kuin tietyt yksilötkin ovat suojassa infektiolta toimintavalmiin reseptorin puuttuessa. Toisaalta virusten nopea muuntuminen voi tehdä niille mahdolliseksi tarttua lähisukuiseen molekyyliin, mikä osaltaan saattaa evoluution aikana muuttaa syntyvää tautikirjoa. Virustautien ehkäisyä ja hoidon kehittämistä ajatellen reseptori-interaktiot ovat tärkeä tutkimuskohde, sillä kyseessä on viruksen ensimmäinen kosketus isäntäsolun kanssa. Kaikkiin virusinfektioihin tästä tuskin löytyy parannusta, mutta tietyissä tapauksissa voitaneen tulevaisuudessa suojata solut virukselta vaikuttamalla virus-reseptorikompleksin syntymiseen. tekevät tuloaan myös geeniterapiaan, jossa toiveena on kohdistaa geenit tiettyihin soluihin käyttäen hyväksi virusten pintaproteiinien spesifistä kudoshakuisuutta. Kirjallisuutta Alkhatib G, Combadiere C, Broder C C, ym.: CC CKR5: A RANTES, MIP-1α, MIP-1β receptor as a fusion cofactor for macrophage-tropic HIV-1. Science 272: , 1996 Brown K E, Anderson S M, Young N S: Erythrocyte P antigen: cellular receptor for B19 parvovirus. Science 262: , 1993 Brown, K E, Hibbs J R, Gallinella G, ym.: Resistance to parvovirus B19 infection due to lack of virus receptor (erythrocyte P antigen). N Engl J Med 330: , 1994 Bour S, Geleziunas R, Wainberg M A: The human immunodeficiency virus type 1 (HIV-1) CD4 receptor and its central role in promotion of HIV-1 infection. Microbiol Rev 59: 63 93, 1995 Cocchi F, DeVico A L, Garzino-Demo A, ym.: Identification of RANTES, MIP-1α, MIP-1β as the major HIV-suppressive factors produced by CD8 + T cells. Science 270: , 1995 Deng H, Liu R, Ellmeier W, ym.: Identification of a major coreceptor for primary isolates of HIV-1. Nature 381: , 1996 Dragic T, Litwin V, Allaway G P, ym.: HIV-1 entry into CD4 + cells is mediated by the chemokine receptor CC-CKR-5. Nature 381: , 1996 Feng Y, Broder C C, Kennedy P E, ym.: HIV-1 entry cofactor: Functional cdna cloning of seven-transmembrane, G protein-coupled receptor. Science 272: , 1996 Gait M J, Karn J: Progress in anti-hiv structure-based drug design. TIBTECH 13: , 1995 Greve J M, Davis G, Meyer A M, ym.: The major rhinovirus receptor is ICAM-1. Cell 56: , 1989 Kääriäinen L: Molekyylivirologia tänään. Duodecim 107: , 1991 Levy J A: Infection by human immunodeficiency virus CD4 is not enough. N Engl J Med 335: , 1996 Liu R, Paxton W A, Choe S, ym.: Homozygous defect in HIV-1 coreceptor accounts for resistance of some multiply-exposed individuals to HIV-1 infection. Cell 86: , 1996 Mendelsohn C L, Wimmer E, Racaniello V R: Cellular receptor for poliovirus: molecular cloning, nucleotide sequence, and expression of a new member of the immunoglobulin superfamily. Cell 56: , 1989 Paxton W A, Martin S R, Tse D, ym.: Relative resistance to HIV-1 infection of CD4 lymphocytes from persons who remain uninfected despite multiple high-risk sexual exposures. Nature Med 2: , 1996 Pyhälä R, Ikonen N, Haanpää M, ym.: HA1 domain of influenza A (H3N2) viruses in Finland in : evolution, eggadaptation and relationship to vaccine strains. Arch Virol 141: , 1996 Ranki A, Krohn K: Kemokiinireseptorit ja HIV. Duodecim 113: , 1997 Roivainen M, Hyypiä T, Piirainen L, ym.: RGD-dependent entry of 828 T. Hyypiä ym.

9 coxsackievirus A9 into host cells and its bypass after cleavage of VP1 protein by intestinal proteases. J Virol 65: , 1991 Roivainen M, Piirainen L, Hovi T, ym.: Entry of coxsackievirus A9 into host cells: specific interactions with αvβ3 integrin, the vitronectin receptor. Virology 203: , 1994 Rossmann M G, Arnold E, Erickson J W, ym: Structure of a human common cold virus and functional relationship to other picornaviruses. Nature 317: , 1985 Saksela K: HIV-infektion patogeneesi. Duodecim 112: , 1996 Sauter N K, Glick G D, Crowther R L, ym.: Crystallographic detection of a second ligand binding site in influenza virus hemagglutinin. Proc Natl Acad Sci USA 89: , 1992 Shepley M P, Racaniello V R: A monoclonal antibody that blocks poliovirus attachment recognizes the lymphocyte homing receptor CD44. J Virol 68: , 1994 Staunton D E, Merluzzi V J, Rothlein R, ym.: A cell adhesion molecule, ICAM-1, is the major surface receptor for rhinoviruses. Cell 56: , 1989 Weis W, Brown J H, Cusack S, ym.: Structure of influenza virus haemagglutinin complexed with its receptor, sialic acid. Nature 333: , 1988 Weiss R A: HIV receptors and the pathogenesis of AIDS. Science 272: , 1996 TIMO HYYPIÄ, dosentti, Suomen Akatemian vanhempi tutkija Haartman-Instituutti, virusopin osasto, Helsingin yliopisto Aikakauskirjan pyytämä katsaus Jätetty toimitukselle MERJA ROIVAINEN, dosentti TAPANI HOVI, tutkimusprofessori Kansanterveyslaitoksen enteroviruslaboratorio, Helsinki 829