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
