Людей не существовало бы без вирусы поскольку вирусный белок играет ключевую роль в развитии человек эмбрион. Однако иногда они представляют экзистенциальную угрозу в виде заболеваний, как в случае нынешней пандемии COVID-19. По иронии судьбы, вирусы составляют ~8% нашего генома, приобретенного в ходе эволюции, что делает нас «фактически химерой».
Самое печально известное и ужасное слово 2020 года, без сомнения, звучит так:вирус'. Роман коронавирус несет ответственность за нынешнюю беспрецедентную болезнь COVID-19 и почти полный крах мировой экономики. Все это вызвано крошечной частицей, которая даже не считается «полностью» живой, потому что она находится в нефункциональном состоянии вне хозяина, а сохраняется внутри только после заражения хозяина. Более удивительным и шокирующим является тот факт, что людей с незапамятных времен являются носителями вирусных «генов», и в настоящее время вирусные гены составляют ~8% человек геном (1). Для сравнения: всего ~1% человек геном функционально активен и отвечает за создание белков, которые определяют, кем мы являемся.
История взаимоотношений между людей и вирусы началось 20-100 миллионов лет назад, когда наши предки заразились вирусы. Каждое семейство эндогенных ретровирусов происходит в результате однократного заражения зародышевых клеток экзогенным ретровирусом, который после интеграции с нашим предком расширялся и развивался (2). Размножение сопровождалось горизонтальной передачей от родителей к потомству, и сегодня мы имеем эти вирусные геномы, встроенные в нашу ДНК как человек эндогенные ретровирусы (HERV). Это непрерывный процесс и, возможно, даже происходит в данный момент. В ходе эволюции эти HERV приобрели мутации, стабилизировались в человек геноме и утратили способность вызывать заболевание. Эндогенный ретровирусы присутствуют не только в людей но они присутствуют во всех живых организмах. Все эти эндогенные ретровирусы, сгруппированные в три класса (класс I, II и III), встречающиеся у разных видов животных, демонстрируют филогенетическое родство, основанное на сходстве их последовательностей (3), как показано на рисунке ниже. HERV относятся к группе I класса.
Из различных встроенных ретровирусов, присутствующих в человек Классическим примером, который стоит упомянуть здесь, является геном ретровирусного белка, представляющего собой высокофузогенный оболочечный белок, называемый синцитином (5), первоначальная функция которого в вирус должен был слиться с клетками-хозяевами и вызвать инфекцию. Этот белок теперь адаптирован в людей для формирования плаценты (слияние клеток с образованием многоядерных клеток), которая не только обеспечивает питание плода от матери во время беременности, но также защищает плод от иммунной системы матери из-за иммуносупрессивной природы белка синцитина. Этот конкретный HERV оказался полезным для человек расы, определяя само ее существование.
HERV также участвуют в обеспечении врожденного иммунитета хозяина, предотвращая дальнейшее инфицирование родственными микроорганизмами. вирусы или снижения тяжести заболевания при повторном заражении аналогичным типом вирусы. В обзоре Кацуракиса и Асвада, проведенном в 2016 году (6), описывается, что эндогенные вирусы могут выступать в качестве регуляторных элементов для генов, контролирующих иммунную функцию, тем самым приводя к развитию иммунитета. В том же году Чуонг и др. (7) продемонстрировали, что некоторые HERV действуют как регуляторные усилители, модулируя экспрессию генов, индуцируемых интерфероном (интерфероном), тем самым обеспечивая врожденный иммунитет. Продукты экспрессии HERV также могут действовать как патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMP), запуская клеточные рецепторы, ответственные за первую линию защиты хозяина (8-10).
Еще одним интересным аспектом HERV является то, что некоторые из них демонстрируют инсерционный полиморфизм, т.е. различное количество копий присутствует в геноме из-за инсерционных событий. Исследование 20 субъектов, принадлежащих к разным этническим группам, выявило паттерны вставочного полиморфизма от 0 до 87% у всех субъектов (11). Это может иметь значение в возникновении заболеваний из-за активации определенных генов, которые в противном случае молчали.
Также было показано, что некоторые HERV связаны с развитием аутоиммунных заболеваний, таких как рассеянный склероз (12). В нормальных физиологических условиях экспрессия HERV жестко регулируется, тогда как при патологических условиях из-за изменений во внешней / внутренней среде гормональные изменения и / или микробное взаимодействие могут вызывать нарушение регуляции экспрессии HERV, ведущее к заболеванию.
Приведенные выше характеристики HERV позволяют предположить, что не только их присутствие в человек Геном неизбежен, но они обладают способностью регулировать гомеостаз иммунной системы, активируя или подавляя ее, тем самым вызывая различные эффекты (от полезных до вызывающих заболевание) у хозяев.
Пандемия COVID-19 также вызвана ретровирусом SARS-nCoV-2, принадлежащим к семейству гриппа, и вполне вероятно, что в ходе эволюции геномы, относящиеся к этому семейству вирусов, вирусы интегрировался в человек геноме и теперь присутствуют как HERV. Предполагается, что эти HERV могут проявлять различный полиморфизм, как упоминалось выше, у людей разной этнической принадлежности. Эти полиморфизмы могут проявляться в форме дифференциального числа копий этих HERV и/или присутствия или отсутствия мутаций (изменений в последовательности генома), накопленных за определенный период времени. Эта вариабельность интегрированных HERV может объяснить разницу в уровнях смертности и тяжести заболевания COVID-19 в разных странах, пострадавших от пандемии.
Ссылки:
1. Гриффитс Д.Д., 2001. Эндогенные ретровирусы в человек последовательность генома. Геном Биол. (2001); 2(6) Обзоров 1017. DOI: https://doi.org/10.1186/gb-2001-2-6-reviews1017
2. Boeke, JD; Stoye, JP (1997). «Ретротранспозоны, эндогенные ретровирусы и эволюция ретроэлементов». В Coffin, JM; Hughes, SH; Varmus, HE (ред.). Ретровирусы. Cold Spring Harbor Laboratory Press. PMID 21433351.
3. Варджиу Л и др. Классификация и характеристика человек эндогенные ретровирусы; распространены мозаичные формы. Ретровирусология (2016); 13:7. ДОИ: https://doi.org/10.1186/s12977-015-0232-y
4. Classes_of_ERVs.jpg: Jern P, Sperber GO, Blomberg J (производная работа: Fgrammen (talk)), 2010. Доступно в Интернете по адресу https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Classes_of_ERVs.svg Доступ 07 мая 2020 г.
5. Блондин, Джей Л; Лавиллетт, Д; Чейнет, В; Бутон, О; Ориол, Г; Часовня-Фернандес, S; Мандрандес, С; Маллет, Ф; Коссет, Флорида (7 апреля 2000 г.). «Оболочечный гликопротеин человек эндогенный ретровирус HERV-W экспрессируется в плаценте человека и объединяет клетки, экспрессирующие рецептор ретровируса млекопитающих типа D». Дж. Вирол. 74 (7): 3321–9. ДОИ: https://doi.org/10.1128/jvi.74.7.3321-3329.2000.
6. Кацуракис А., Асвад А. Эволюция: эндогенная. Вирусы Обеспечьте кратчайшие пути к противовирусному иммунитету. Текущая биология (2016). 26: Р427-Р429. http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.03.072
7. Chuong EB, Elde NC и Feschotte C. Регуляторная эволюция врожденного иммунитета посредством кооптации эндогенных ретровирусов. Наука (2016) Т. 351, выпуск 6277, стр. 1083-1087. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad5497
8. Вольф Ф., Лейш М., Грейл Р., Риш А., Плейер Л. Двусторонний меч (ре) экспрессии генов гипометилирующими агентами: от вирусной мимикрии до использования в качестве прайм-агентов для направленной модуляции иммунных контрольных точек. Сигнал сотового сообщества (2017) 15:13. DOI: https://doi.org/10.1186/s12964-017-0168-z
9. Херст Т.П., Магиоркинис Г. Активация врожденного иммунного ответа эндогенными ретровирусы. Джей Ген Вирол. (2015) 96:1207–1218. ДОИ: https://doi.org/10.1099/vir.0.000017
10. Chiappinelli KB, Strissel PL, Desrichard A, Chan TA, Baylin SB, Correspondence S. Ингибирование метилирования ДНК вызывает ответ интерферона при раке через дцРНК, включая эндогенные ретровирусы. Cell (2015) 162: 974–986. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.011
11. Мехраб Г., Сибель Ю., Кание С., Севги М. и Нермин Г. Эндогенные факторы человека. ретровирус-H скрининг внедрения. Отчеты о молекулярной медицине (2013). ДОИ: https://doi.org/10.3892/mmr.2013.1295
12. Грёгер В., Цинис Х. Эндогенные ретровирусы человека и их предполагаемая роль в развитии аутоиммунных заболеваний, таких как рассеянный склероз. Front Microbiol. (2018); 9: 265. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00265
