Человека не было бы без вирусы потому что вирусный белок играет ключевую роль в развитии человеческого эмбриона. Однако иногда они представляют собой угрозу существованию в виде болезней, как в случае нынешней пандемии COVID-19. По иронии судьбы, вирусы составляют около 8% нашего генома, которые были приобретены 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 несли вирусные «гены» с незапамятных времен, и в настоящее время вирусные гены составляют ~ 8% генома человека (1). Для сравнения: только около 1% генома человека является функционально активным, ответственным за создание белков, которые определяют, кто мы есть.
История взаимоотношений между людьми и вирусы началось 20–100 миллионов лет назад, когда наши предки заразились вирусами. Каждое семейство эндогенных ретровирусов происходит в результате однократного инфицирования клеток зародышевой линии экзогенным ретровирусом, который после интеграции с нашим предком расширился и эволюционировал (2). За размножением следует горизонтальный перенос от родителей к потомству, и сегодня эти вирусные геномы встроены в нашу ДНК в виде эндогенных ретровирусов человека (HERV). Это непрерывный процесс, который может даже происходить в данный момент. В ходе эволюции эти HERV приобрели мутации, стабилизировались в геноме человека и утратили способность вызывать заболевание. Эндогенные ретровирусы присутствуют не только у людей, но и во всех живых организмах. Все эти эндогенные ретровирусы, сгруппированные в три класса (класс I, II и III), встречающиеся у разных видов животных, демонстрируют филогенетические отношения, основанные на сходстве их последовательностей (3), как показано на рисунке ниже. HERV относятся к группе I класса.
Из различных встроенных ретровирусов, присутствующих в геноме человека, классическим примером, заслуживающим упоминания здесь, является ретровирусный белок, который представляет собой высокофузогенный белок оболочки, называемый синцитин (5), первоначальная функция которого в вирусе заключалась в слиянии с клетками-хозяевами, вызывая инфекционное заболевание. Этот белок теперь адаптирован у людей для образования плаценты (слияние клеток для образования многоядерных клеток), которая не только обеспечивает питание плода от матери во время беременности, но также защищает плод от материнской иммунной системы из-за иммуносупрессивной природы синцитина. белок. Этот конкретный HERV оказался полезным для человечества, определяя 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, проведенном Katzourakis и Aswad (6), описывается, что эндогенные вирусы могут действовать как регуляторные элементы для генов, контролирующих иммунную функцию, тем самым приводя к развитию иммунитета. В том же году Chuong et al (7) продемонстрировали, что некоторые HERV действуют как регуляторные энхансеры, модулируя экспрессию генов, индуцируемых IFN (интерферон), тем самым обеспечивая врожденный иммунитет. Продукты экспрессии HERV могут также 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.
Вышеупомянутые характеристики HERV предполагают, что не только их присутствие в геноме человека неизбежно, но они обладают способностью регулировать гомеостаз иммунной системы, либо активируя, либо подавляя его, тем самым вызывая различные эффекты (от полезности до возникновения заболевания) в хосты.
Пандемия COVID-19 также вызвана ретровирусом SARS-nCoV-2, который принадлежит к семейству гриппа, и может быть правдоподобным, что в ходе эволюции геномы, относящиеся к этому семейству вирусов, интегрировались в геном человека. и теперь присутствуют как HERV. Предполагается, что эти HERV могут проявлять разные полиморфизмы, как упоминалось выше, среди людей разной этнической принадлежности. Эти полиморфизмы могут быть в форме дифференциального числа копий этих HERV и / или наличия или отсутствия мутаций (изменений в последовательности генома), накопленных за период времени. Эта вариабельность интегрированных HERV может служить объяснением различий в уровнях 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, 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. Классификация и характеристика эндогенных ретровирусов человека; мозаичные формы распространены. Ретровирология (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. Блондин, JL; Lavillette, D; Cheynet, V; Bouton, O; Oriol, G; Чапел-Фернандес, S; Mandrandes, S; Молоток, F; Коссет, Флорида (7 апреля 2000 г.). «Гликопротеин оболочки эндогенного ретровируса человека HERV-W экспрессируется в плаценте человека и сливает клетки, экспрессирующие 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., Асвад А. Эволюция: эндогенные вирусы сокращают противовирусный иммунитет. Текущая биология (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. Херст Т.П., Магиоркинис Г. 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 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. Скрининг вставки эндогенного ретровируса-H человека. Отчеты о молекулярной медицине (2013 г.). 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
