Люди и вирусы: краткая история их сложных взаимоотношений и последствий для COVID-19

Человечество не существовало бы без вирусов , поскольку вирусные белки играют ключевую роль в развитии человеческого эмбриона. Однако порой они представляют собой угрозу существованию человечества в виде болезней, как в случае нынешней пандемии COVID-19. По иронии судьбы, вирусы составляют около 8% нашего генома, приобретенного в ходе эволюции, что делает нас «практически химерой».

Самое печально известное и ужасное слово 2020 года, без сомнения, — это « вирус ». Новый коронавирус ответственен за нынешнюю беспрецедентную болезнь COVID-19 и почти полный коллапс мировой экономики. Все это вызвано крошечной частицей, которая даже не считается «полностью» живой, поскольку находится в нефункциональном состоянии вне организма хозяина, а размножается внутри него только после заражения. Еще более удивительным и шокирующим является тот факт, что люди носили вирусные «гены» с незапамятных времен, и в настоящее время вирусные гены составляют около 8% человеческого генома (1). Для сравнения, только около 1% человеческого генома функционально активен и отвечает за синтез белков, определяющих, кто мы есть.

История взаимоотношений между человеком и вирусами началась 20-100 миллионов лет назад, когда наши предки заразились вирусами . Каждое семейство эндогенных ретровирусов происходит от единичного заражения зародышевых клеток экзогенным ретровирусом, который, интегрировавшись в нашего предка, размножился и эволюционировал (2). Распространение происходило путем горизонтального переноса от родителей к потомству, и сегодня эти вирусные геномы встроены в нашу ДНК в виде эндогенных ретровирусов человека (HERV). Это непрерывный процесс, который, возможно, происходит и в настоящий момент. В ходе эволюции эти HERV приобрели мутации, стабилизировались в геноме человека и утратили способность вызывать заболевания. Эндогенные ретровирусы присутствуют не только у людей , но и повсеместно распространены во всех живых организмах. Все эти эндогенные ретровирусы, сгруппированные в три класса (классы I, II и III), встречающиеся у разных видов животных, демонстрируют филогенетическую связь, основанную на сходстве их последовательностей (3), как показано на рисунке ниже. HERV относятся к группе I класса.

Среди различных ретровирусов, присутствующих в геноме человека , классическим примером, заслуживающим упоминания, является ретровирусный белок, представляющий собой высокофузогенный оболочечный белок, называемый синцитином (5), чья первоначальная функция в вирусе заключалась в слиянии с клетками хозяина для заражения. Этот белок теперь адаптирован у человека для образования плаценты (слияние клеток с образованием многоядерных клеток), которая не только обеспечивает плод питанием от матери во время беременности, но и защищает плод от иммунной системы матери благодаря иммуносупрессивной природе белка синцитина. Этот конкретный HERV оказался полезным для человечества, определив само его существование.

HERV также участвуют в обеспечении врожденного иммунитета хозяина, предотвращая дальнейшее заражение родственными вирусами или снижая тяжесть заболевания при повторном заражении вирусами аналогичного типа . В обзоре 2016 года Кацуракиса и Асвада (6) описывается, что эндогенные вирусы могут выступать в качестве регуляторных элементов для генов, контролирующих иммунную функцию, что приводит к развитию иммунитета. В том же году Чуонг и др. (7) продемонстрировали, что некоторые HERV действуют как регуляторные энхансеры, модулируя экспрессию генов, индуцируемых ИФН (интерфероном), тем самым обеспечивая врожденный иммунитет. Продукты экспрессии HERV также могут действовать как патоген-ассоциированные молекулярные паттерны (PAMP), активируя 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.

Вышеуказанные характеристики HERV позволяют предположить, что их присутствие в геноме человека не только неизбежно, но и что они обладают способностью регулировать гомеостаз иммунной системы, активируя или подавляя её, тем самым вызывая дифференцированные эффекты (от полезных до вызывающих заболевание) у хозяев.

Пандемия COVID-19 также вызвана ретровирусом SARS-nCoV-2, принадлежащим к семейству вирусов гриппа, и вполне вероятно, что в ходе эволюции геномы, связанные с этим семейством вирусов , интегрировались в геном человека и теперь присутствуют в виде HERV (герминогенных ретровирусов). Предполагается, что эти HERV могут демонстрировать различные полиморфизмы, как упоминалось выше, у людей разных этнических групп. Эти полиморфизмы могут проявляться в виде дифференциального числа копий этих HERV и/или наличия или отсутствия мутаций (изменений в последовательности генома), накопленных с течением времени. Эта изменчивость в интегрированных HERV может объяснить различия в показателях смертности и тяжести заболевания COVID-19 в разных странах, затронутых пандемией.

Ссылки:

1. Griffiths DJ 2001. Эндогенные ретровирусы в последовательности генома человека . Genome Biol. (2001); 2(6) Обзоры 1017. DOI: https://doi.org/10.1186/gb-2001-2-6-reviews1017

2. Боке, Дж. Д.; Стое, Дж. П. (1997). «Ретротранспозоны, эндогенные ретровирусы и эволюция ретроэлементов». В кн.: Коффин, Дж. М.; Хьюз, С. Х.; Вармус, Х. Э. (ред.). Ретровирусы. Издательство лаборатории Колд-Спринг-Харбор. PMID 21433351.

3. Варджиу Л. и др. Классификация и характеристика эндогенных ретровирусов человека ; мозаичные формы распространены. Ретровирусология (2016); 13: 7. DOI: https://doi.org/10.1186/s12977-015-0232-y

4. Classes_of_ERVs.jpg: Jern P, Sperber GO, Blomberg J (производная работа: Fgrammen (обсуждение)), 2010. Доступно онлайн по адресу https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Classes_of_ERVs.svg. Дата обращения: 07 мая 2020 г.

5. Блонд, Ж.Л.; Лавиллетт, Д.; Шейне, В.; Бутон, О.; Ориоль, Г.; Шапель-Фернандес, С.; Мандрандес, С.; Малле, Ф.; Коссе, Ф.Л. (7 апреля 2000 г.). «Гликопротеин оболочки эндогенного ретровируса человека HERV -W экспрессируется в плаценте человека и вызывает слияние клеток, экспрессирующих рецептор ретровируса млекопитающих типа D». J. Virol. 74 (7): 3321–9. DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.74.7.3321-3329.2000.

6. Кацуракис А. и Асвад А. Эволюция: эндогенные вирусы обеспечивают кратчайшие пути в противовирусном иммунитете. Current Biology (2016). 26: R427-R429. 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. Science (2016) Том 351, Выпуск 6277, стр. 1083-1087. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad5497

8. Wolff F, Leisch M, Greil R, Risch A, Pleyer L. Двусторонний меч (ре)экспрессии генов гипометилирующими агентами: от вирусной мимикрии до использования в качестве праймирующих агентов для целенаправленной модуляции иммунных контрольных точек. Cell Commun Signal (2017) 15:13. DOI: https://doi.org/10.1186/s12964-017-0168-z

9. Hurst TP, Magiorkinis G. Активация врожденного иммунного ответа эндогенными ретровирусами . J Gen Virol. (2015) 96:1207–1218. DOI: 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 интерфероновый ответ при раке посредством двухцепочечной РНК, включая эндогенные ретровирусы. Cell (2015) 162:974–986. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.011

11. Мехраб Г., Сибель Й., Кание С., Севги М. и Нермин Г. Скрининг вставки H в эндогенный ретровирус человека . Molecular Medicine Reports (2013). DOI: https://doi.org/10.3892/mmr.2013.1295

12. Грёгер В. и 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

Последние

Дараксонрасиб одобрен для лечения рака поджелудочной железы.

Дараксонрасиб (Rasonque производства Revolution Medicines, Inc.), ингибитор...

Обрушение ледника привело к сейсмическому событию в Непале. 

Вблизи границы зафиксировано сейсмическое событие магнитудой 5.2...

Значение космического телескопа Нэнси Грейс Роман

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман (обычно называемый...)

НАСА приглашает ISRO присоединиться к программе создания лунной базы.

НАСА пригласило ISRO (Индийскую организацию космических исследований)...

Полное солнечное затмение 2026 г.

12 августа 2026 года произошло полное солнечное затмение...

Искусственный интеллект разрабатывает полные функциональные геномы.

Языковая модель генома Evo 2 разработала новые...

НОВОСТИ

Не пропустите

Безбатарейный кардиостимулятор на основе естественного сердцебиения

Исследование впервые показывает инновационный автономный...

Редактирование гена для предотвращения наследственного заболевания

Исследование показывает технику редактирования генов для защиты своих потомков...

Искусственный интеллект разрабатывает полные функциональные геномы.

Языковая модель генома Evo 2 разработала новые...

Двойной удар: изменение климата влияет на загрязнение воздуха

Исследование показывает серьезные последствия изменения климата для...

Scientific European соединяет обычных читателей с оригинальными исследованиями

Scientific European публикует важные достижения в науке, новости исследований,...

Новое легкое средство от аллергии на арахис

Многообещающее новое лечение с использованием иммунотерапии для лечения арахиса...
Раджив Сони
Раджив Сониhttps://web.archive.org/web/20220523060124/https://www.rajeevsoni.org/publications/
Доктор Раджив Сони (ORCID ID: 0000-0001-7126-5864) имеет докторскую степень. получил степень бакалавра биотехнологии в Кембриджском университете, Великобритания, и имеет 25-летний опыт работы по всему миру в различных институтах и ​​транснациональных корпорациях, таких как The Scripps Research Institute, Novartis, Novozymes, Ranbaxy, Biocon, Biomerieux, а также в качестве главного исследователя в исследовательской лаборатории ВМС США. в открытии лекарств, молекулярной диагностике, экспрессии белков, биологическом производстве и развитии бизнеса.

Дараксонрасиб одобрен для лечения рака поджелудочной железы.

Дараксонрасиб (Rasonque от Revolution Medicines, Inc.), ингибитор семейства ГТФаз RAS, одобрен для лечения взрослых пациентов с метастатическим раком поджелудочной железы...

Обрушение ледника привело к сейсмическому событию в Непале. 

Сейсмическое событие магнитудой 5.2, зафиксированное вблизи границы между Непалом и Китаем 26 августа 2026 года в 8:37 утра по местному времени (02:52:10 UTC), привело к...

Значение космического телескопа Нэнси Грейс Роман

Космический телескоп Нэнси Грейс Роман (обычно называемый просто телескопом Романа) планируется запустить в космос 30 августа 2026 года. Он будет...