ポックスウイルス科

ポックスウイルス科のウイルス粒子（ビリオン）は一般的にエンベロープを持つ（外膜エンベロープビリオン）が、異なるエンベロープを持つ細胞内成熟ビリオン形態のウイルスも感染性を持つ。その形状は種によって異なるが、一般的にレンガ形または楕円形である。^{[ 13 ]}ビリオンは非常に大きく、長さ220～450nm、幅140～260nm、厚さ140～260nmである。これは、ポックスウイルスが自己充足的なDNA複製と転写に必要なすべてのタンパク質をコードしているためと考えられる。^{[ 13 ] [ 12 ]}比較すると、ライノウイルスは典型的なポックスウイルス科ビリオンの1/10の大きさである。^{[ 14 ]}ゲノムは単一の線状二本鎖DNAセグメントである。^{[ 15 ]}外表面膜にはランダムに配置された管状構造がある。

26種類の異なるChordopoxvirinaeゲノムの系統解析により、ゲノムの中央領域は保存されており、約90個の遺伝子が含まれていることが示されています。^{[ 16 ]}一方、末端は種間で保存されていません。このグループの中で、Avipoxvirusが最も分岐しています。次に分岐しているのはMolluscipoxvirusです。Capripoxvirus、Leporipoxvirus、Suipoxvirus 、 Yatapoxvirus属は一緒にクラスターを形成します。CapripoxvirusとSuipoxvirusは共通の祖先を共有しており、 Orthopoxvirus属とは異なります。Othopoxvirus属内では、Cowpox virus株Brighton Red、Ectromelia virus、Mpox virusは他のどのメンバーとも密接にグループ化されていません。Variola virusとCamelpox virusはサブグループを形成します。Vaccinia virusはCPV-GRI-90に最も近縁です。

ファミリーメンバーのゲノムのGC含有量は大きく異なります。[ 17 ^{] Avipoxvirus 、} capripoxvirus、cervidpoxvirus、orthopoxvirus、suipoxvirus、yatapoxvirus、 Entomopox属の1つ（Betaentomopoxvirus）と、その他いくつかの分類されていないEntomopoxvirusはG+C含有量が低い一方、Molluscipoxvirus、Orthopoxvirus、Parapoxvirus、およびいくつかの分類されていないChordopoxvirusはG+C含有量が比較的高いです。これらの違いの理由は不明です。

二本鎖DNA（dsDNA）ゲノムの末端は、ATに富み、不完全に塩基対を形成したヘアピン状構造で閉じられています。この構造は、反転型と相補型の2つの形態で存在します。^{[ 13 ]} DNAゲノムは130～230kbpです。^{[ 13 ]}

ゲノムは、ウイルス複製に重要な多くのタンパク質をコードしている。ワクシニアウイルスの場合、これらはヘリカーゼプライマーゼ（ウイルス遺伝子、D5）、一本鎖DNA結合タンパク質（ウイルス遺伝子、I3）、プロテインキナーゼ（ウイルス遺伝子、B1）、117 kDa DNAポリメラーゼ（ウイルス遺伝子、E9）、プロセス因子（ウイルス遺伝子、A20）、およびウラシルDNAグリコシラーゼ（ウイルス遺伝子、E4）である。^{[ 13 ]} 117 kDa DNAポリメラーゼは、現在配列決定されているすべてのポックスウイルス（約30株）に存在する。^{[ 18 ]}

ポックスウイルスの複製は独特で、ほとんどのDNAウイルスはウイルス複製を開始するために宿主細胞の核に入るのに対し、ポックスウイルスは宿主細胞の細胞質内で完全な複製サイクルを完了する。^{[ 13 ]}

ポックスウイルスの複製にはいくつかの段階がある。^{[ 19 ]}複製は初期、中期、後期に分けられる。まず、ウイルスは宿主細胞表面のグリコサミノグリカン受容体に結合し、膜融合を起こす。^{[ 13 ]}

初期遺伝子は、ウイルスゲノムの複製に必要なタンパク質を含む非構造タンパク質をコードしており、ウイルスゲノムのほぼ半分を占めています。^{[ 13 ]}これらの遺伝子は宿主細胞の機構によって翻訳されます。^{[ 12 ]}ポックスウイルスは、ウイルス複製の初期段階で、DNA複製酵素とヌクレオチド代謝酵素も合成します。^{[ 18 ]}これらの初期遺伝子は宿主細胞のmRNAに似ており、ポックスウイルスは独自の5'-メチル-GTPキャップ（宿主細胞のmRNAからタンパク質への翻訳に必要）と3'-ポリAテールも合成します。5'-メチルキャップは真核生物開始因子（eIF4F）によって認識され、リボソーム小サブユニット複合体のリクルートにつながります。

中間段階では、DNAは「ローリングサークル機構」で合成されると考えられており、基本的に、1つの連続した複製シーケンスでDNAゲノムの複数のコピーを生成できます。ポックスウイルスは、宿主細胞の抗ウイルスセンサーによる検出から保護するために、宿主細胞の小胞体に囲まれたウイルス「ファクトリー」を形成します。 ^{[ 18 ]}これらのウイルスファクトリーは、DNA複製と転写に関与する中間および後期遺伝子（複製後遺伝子とも呼ばれる）の生産に関与しています。^{[ 12 ]}

中間段階と後期段階は、宿主翻訳の停止を特徴とし、宿主リボソームがより顕著に標的とされる。^{[ 12 ]} 169 と呼ばれるウイルス性タンパク質は、宿主リボソームの蓄積を引き起こし、広範囲の mRNA の翻訳開始を阻害する。これには、ウイルス自身の初期ウイルス mRNA の阻害 (脱キャップタンパク質 D9 および D10 によってサポートされる) も含まれ、後期段階の遺伝子の産生を強制する。興味深いことに、D9 および D10 脱キャップタンパク質は翻訳を促進することも示されている。^{[ 12 ]}ウイルスは mRNA から 5' キャップを除去することにより、ウイルス dsRNA の蓄積を減らし、免疫応答を阻害する。

ウイルス粒子が組み立てられると、細胞内膜に包まれて放出されます。ウイルスの組み立て中に形成される感染性ウイルス粒子は、細胞内成熟ウイルス粒子（IMV）と細胞外エンベロープウイルス粒子（EEV）の2種類です。IMVはEEVとは抗原的に異なり、膜は1枚のみで、より豊富に存在し、細胞溶解時に細胞から放出されます。EEVは二重膜を持ち、膜融合によって宿主細胞から放出され、膜組成や細胞表面糖タンパク質が異なります。^{[ 13 ]}

ポックスウイルスの複製は、二本鎖DNAゲノムを持つウイルスとしては珍しく、細胞質で起こるが^{[ 20 ]}、これは他の大型DNAウイルスでは一般的である^{[ 21 ]} 。ポックスウイルスは、ゲノム転写のための独自の機構であるDNA依存性RNAポリメラーゼをコードしており^{[ 22 ]}、これにより細胞質での複製が可能になる。ほとんどの二本鎖DNAウイルスは、転写を行うために宿主細胞のDNA依存性RNAポリメラーゼを必要とする。これらの宿主ポリメラーゼは核に存在するため、ほとんどの二本鎖DNAウイルスは、感染サイクルの一部を宿主細胞の核内で実行する。

複製の中間段階は、この段階でウイルスが宿主の正常な機能に影響を与え、それをより自分にとって最適な形に変化させるため、非常に重要です。たとえば、ウイルスは宿主のアポトーシスを阻害し、抗ウイルス状態をブロックすることができます。初期のウイルス蛋白質であるB1キナーゼは、リボソームサブユニットの特異的なリン酸化を介して、複製後のウイルスmRNAの翻訳を促進することも示されています。^{[ 12 ]}

天然痘の出現時期は確定していない。おそらく68,000年前から16,000年前の間に齧歯類のウイルスから進化したと考えられる。^{[ 30 ] [ 31 ]}日付の幅が広いのは、分子時計の較正に使用された記録が異なるためである。1つの系統は、400年前から1,600年前にアジアから広がったvariola major株（臨床的に重篤な天然痘）である。2番目の系統には、アメリカ大陸で記述されたalastrim minor（表現型的に軽度の天然痘）と西アフリカの分離株の両方が含まれており、これらは現在から1,400年前から6,300年前に祖先株から分岐した。この系統は、少なくとも800年前にさらに2つのサブ系統に分岐した。

2つ目の推定では、天然痘とタテラポックスの分岐は3000～4000年前とされています。^{[ 27 ]}これは、天然痘がヒトの病気として出現したことに関する考古学的および歴史的証拠と一致しており、比較的最近の起源を示唆しています。しかし、突然変異率がヘルペスウイルスと同様であると仮定すると、天然痘とタテラポックスの分岐年代は5万年前と推定されています。^{[ 27 ]}これは他の公表された推定と一致していますが、考古学的および歴史的証拠が非常に不完全であることを示唆しています。これらのウイルスの突然変異率のより良い推定が必要です。