Людей would not have existed without вирусы because viral protein plays a key role in the development of человек embryo. However, at times, they pose existential threats in the form of diseases as in the case of current COVID-19 pandemic. Ironically, вирусы comprise ~8% of our genome, that has been acquired during the course of evolution, making us “virtually a chimera”.
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 have been carrying the viral “genes” since times immemorial and currently viral genes constitutes ~8% of the человек genome (1). Just to put this in perspective, only ~1% человек genome is functionally active responsible for making proteins that determine who we are.
The story of relationship between людей и вирусы started 20-100 million years ago when our ancestors got infected by вирусы. Each endogenous retrovirus family is derived from a single infection of the germline cells by an exogenous retrovirus that after integrating into our ancestor, expanded and evolved (2). The propagation followed by the horizontal transfer from parents to offspring and today we have these viral genomes embedded in our DNA as человек endogenous retroviruses (HERVs). This is a continuous process and may even be happening at the moment. Over the course of evolution, these HERVs acquired mutations, became stabilised in the человек genome and lost their ability to cause the disease. The endogenous ретровирусы are not only present in людей but are omnipresent in all living organisms. All these endogenous retroviruses grouped into three classes (Class I, II and III) occurring across different animal species exhibit a phylogenetic relationship based on their sequence similarity (3) as depicted in Figure below. HERVs belong to the Class I group.
Of the various embedded retroviruses present in the человек genome, a classic example worth mentioning here, is that of a retroviral protein that is highly fusogenic envelope protein called syncytin, (5) whose original function in the вирус was to fuse with host cells to cause infection. This protein has now been adapted in людей to form placenta (fusion of cells to make multinucleated cells) that not only provides food to foetus from the mother during pregnancy but also protects the foetus from the mother’s immune system due to the immunosuppressive nature of the syncytin protein. This particular HERV has proven to be beneficial to the человек race by defining its very existence.
HERVs have also been implicated in providing innate immunity to the host by preventing further infection from related вирусы or reducing the severity of the disease upon re-infection by similar type of вирусы. A 2016 review by Katzourakis and Aswad (6) describes that endogenous вирусы can act as regulatory elements for genes that control immune function, thereby leading to immunity development. In the same year, Chuong et al (7) demonstrated that certain HERVs act as regulatory enhancers by modulating the expression of IFN (interferon) inducible genes thereby providing innate immunity. HERV expression products can also act as pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), triggering the cellular receptors responsible for host first line of defences (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.
The above characteristics of HERVs suggest that not only their presence in человек genome is inevitable but they possess the ability to regulate the homeostasis of the immune system either by activating or suppressing it, thereby causing differential effects (from being beneficial to causing a disease) in hosts.
The COVID-19 pandemic is also caused by a retrovirus SARS-nCoV-2, that belongs to the influenza family, and it may be plausible that, during the course of evolution, genomes related to this family of вирусы got integrated into the человек genome and are now present as HERVs. It is surmised that these HERVs might exhibit different polymorphisms, as mentioned above, among people of different ethnicity. These polymorphisms may be in the form of differential copy number of these HERVs and/or presence or absence of mutations (changes in the genome sequence) accumulated over a period of time. This variability in the integrated HERVs may offer an explanation for the differential mortality rates and the severity of COVID-19 disease in different countries effected by the pandemic.
Ссылки:
1. Griffiths DJ 2001. Endogenous retroviruses in the человек genome sequence. Genome Biol. (2001); 2(6) Reviews 1017. DOI: https://doi.org/10.1186/gb-2001-2-6-reviews1017
2. Боке, JD; Стоу, JP (1997). «Ретротранспозоны, эндогенные ретровирусы и эволюция ретроэлементов». В гробу, JM; Хьюз, SH; Вармус, HE (ред.). Ретровирусы. Лабораторный пресс Колд-Спринг-Харбор. PMID 21433351.
3. Vargiu L, et al. Classification and characterization of человек endogenous retroviruses; mosaic forms are common. Retrovirology (2016); 13: 7. DOI: 10.1186 / s12977-015-0232-й
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. Blond, JL; Lavillette, D; Cheynet, V; Bouton, O; Oriol, G; Chapel-Fernandes, S; Mandrandes, S; Mallet, F; Cosset, FL (7 April 2000). “An envelope glycoprotein of the человек эндогенный ретровирус HERV-W is expressed in the human placenta and fuses cells expressing the type D mammalian retrovirus receptor”. J. Virol. 74 (7): 3321–9. DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.74.7.3321-3329.2000.
6. Katzourakis A, and Aswad A. Evolution: Endogenous Вирусы Provide Shortcuts in Antiviral Immunity. 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. 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. Hurst TP, Magiorkinis G. Activation of the innate immune response by endogenous ретровирусы. 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 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. Mehrab G, Sibel Y, Kaniye S, Sevgi M and Nermin G. Human endogenous ретровирус-H insertion screening. Molecular Medicine Reports (2013). DOI: 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
