Retrowirus endogenny - Endogenous retrovirus

Retrowirusy endogenne ( ERV ) to endogenne elementy wirusowe w genomie, które bardzo przypominają retrowirusy i mogą z nich pochodzić. Występują obficie w genomach kręgowców szczękowych i stanowią do 5–8% genomu ludzkiego (niższe szacunki wynoszą ~1%).

ERV to pionowo dziedziczona sekwencja prowirusowa i podklasa typu genu zwanego transpozonem , który normalnie może być pakowany i przemieszczany w genomie , aby odgrywać istotną rolę w ekspresji genów i regulacji . Jednakże ERV nie posiadają większości funkcji transpozonów, zazwyczaj nie są zakaźne i często są wadliwymi pozostałościami genomowymi cyklu replikacji retrowirusowej. Rozróżnia się je jako retroelementy prowirusa linii zarodkowej ze względu na ich integrację i odwrotną transkrypcję do genomu jądrowego komórki gospodarza.

Naukowcy zasugerowali, że retrowirusy wyewoluowały z typu transpozonu zwanego retrotranspozonem, elementu klasy I; te geny mogą mutować i zamiast przemieszczać się w inne miejsce genomu, mogą stać się egzogenne lub patogenne. Oznacza to, że nie wszystkie ERV mogły powstać jako insercja retrowirusa, ale niektóre mogły być źródłem informacji genetycznej w retrowirusach, które przypominają. Kiedy integracja wirusowego DNA zachodzi w linii zarodkowej, może to prowadzić do powstania ERV, który później może zostać utrwalony w puli genowej populacji gospodarza.

Tworzenie

Cykl replikacji retrowirusa pociąga za sobą wstawienie („integrację”) kopii DNA genomu wirusowego do genomu jądrowego komórki gospodarza . Większość retrowirusów infekuje komórki somatyczne , ale sporadycznie może również wystąpić infekcja komórek zarodkowych (komórek produkujących jaja i plemniki). Rzadko integracja retrowirusowa może wystąpić w komórce zarodkowej, która rozwija się w żywy organizm. Ten organizm będzie nosił wstawiony genom retrowirusa jako integralną część swojego własnego genomu – „endogennego” retrowirusa (ERV), który może być dziedziczony przez jego potomstwo jako nowy allel . Wiele ERV utrzymuje się w genomie swoich gospodarzy od milionów lat. Jednak większość z nich nabyła mutacje inaktywujące podczas replikacji DNA gospodarza i nie jest już w stanie wytwarzać wirusa. ERV można również częściowo wyciąć z genomu w procesie znanym jako delecja rekombinacyjna, w której rekombinacja między identycznymi sekwencjami, które flankują nowo zintegrowane retrowirusy, skutkuje delecją wewnętrznych, kodujących białko regionów genomu wirusa.

Ogólny genom retrowirusa składa się z trzech genów niezbędnych do inwazji, replikacji, ucieczki i rozprzestrzeniania się jego genomu wirusowego. Te trzy geny to gag (koduje białka strukturalne rdzenia wirusa), pol (koduje odwrotną transkryptazę , integrazę i proteazę ) oraz env (koduje białka otoczki na zewnątrz wirusa). Te białka wirusowe są kodowane jako poliproteiny . Aby przeprowadzić swój cykl życiowy, retrowirus w dużym stopniu opiera się na maszynerii komórki gospodarza. Proteaza degraduje wiązania peptydowe poliprotein wirusowych, dzięki czemu poszczególne białka stają się funkcjonalne. Odwrotna transkryptaza działa w celu syntezy wirusowego DNA z wirusowego RNA w cytoplazmie komórki gospodarza przed wejściem do jądra. Integraza kieruje integracją wirusowego DNA do genomu gospodarza.

Z biegiem czasu genom ERV nie tylko nabywa mutacje punktowe, ale także tasuje się i rekombinuje z innymi ERV. ERV z zaburzoną sekwencją dla env stają się bardziej podatne na propagację.

Rola w ewolucji genomu

Retrowirusy endogenne mogą odgrywać aktywną rolę w kształtowaniu genomów. Większość badań w tej dziedzinie koncentrowała się na genomach ludzi i wyższych naczelnych, ale dogłębnie zbadano również inne kręgowce, takie jak myszy i owce. Sekwencje długich powtórzeń końcowych ( LTR ), które flankują genomy ERV, często działają jako alternatywne promotory i wzmacniacze , często przyczyniając się do transkryptomu poprzez wytwarzanie wariantów specyficznych tkankowo. Ponadto, same białka retrowirusowe zostały dokooptowane do pełnienia nowych funkcji gospodarza, szczególnie w reprodukcji i rozwoju. Rekombinacja między homologicznymi sekwencjami retrowirusowymi również przyczyniła się do tasowania genów i generowania zmienności genetycznej. Ponadto, w przypadku potencjalnie antagonistycznych efektów sekwencji retrowirusowych, geny represorowe ewoluowały, aby je zwalczać.

Około 90% endogennych retrowirusów to pojedyncze LTR, pozbawione wszystkich otwartych ramek odczytu (ORF). Wykazano, że pojedyncze LTR i LTR związane z kompletnymi sekwencjami retrowirusowymi działają jako elementy transkrypcyjne na genach gospodarza. Ich zakres działania polega głównie na wstawianiu do 5' UTR genów kodujących białka; jednak wiadomo, że działają na geny oddalone o 70-100  kb . Większość tych elementów jest wstawiona w kierunku sensownym do odpowiadających im genów, ale istnieją dowody na to, że LTR działają w kierunku antysensownym i jako dwukierunkowy promotor dla sąsiednich genów. W kilku przypadkach LTR działa jako główny promotor genu.

Na przykład, u ludzi AMY1C ma pełną sekwencję ERV w swoim regionie promotorowym; powiązany LTR nadaje ślinie specyficzną ekspresję enzymu trawiennego amylazy . Również główny promotor N-acylotransferazy kwasy żółciowe-CoA:aminokwasy (BAAT), kodujący enzym integralny w metabolizmie żółci, pochodzi z LTR.

Wstawienie pojedynczego LTR ERV-9 mogło wytworzyć funkcjonalną otwartą ramkę odczytu, powodując odrodzenie genu GTPazy związanej z ludzką odpornością (IRGM). Wykazano również, że insercje ERV generują alternatywne miejsca splicingu albo przez bezpośrednią integrację z genem, jak w przypadku ludzkiego receptora hormonu leptyny, albo przez ekspresję poprzedzającego LTR, jak w przypadku białka podobnego do fosfolipazy A-2.

Jednak przez większość czasu LTR działa jako jeden z wielu alternatywnych promotorów, często zapewniający ekspresję specyficzną dla tkanki związaną z rozmnażaniem i rozwojem. W rzeczywistości 64% znanych wariantów transkrypcyjnych promowanych przez LTR ulega ekspresji w tkankach rozrodczych. Na przykład gen CYP19 koduje aromatazę P450, ważny enzym syntezy estrogenu, który normalnie ulega ekspresji w mózgu i narządach rozrodczych większości ssaków. Jednak u naczelnych wariant transkrypcyjny promowany przez LTR nadaje ekspresję łożysku i jest odpowiedzialny za kontrolowanie poziomu estrogenów podczas ciąży. Ponadto, normalnie rozpowszechnione białko hamujące apoptozę neuronów (NAIP), ma LTR z rodziny HERV-P działający jako promotor, który nadaje ekspresję jądrze i prostacie. Inne białka, takie jak syntaza tlenku azotu 3 (NOS3), receptor B interleukiny-2 (IL2RB) i inny mediator syntezy estrogenu, HSD17B1, są również alternatywnie regulowane przez LTR, które nadają łożyskową ekspresję, ale ich specyficzne funkcje nie są jeszcze znane . Uważa się, że wysoki stopień ekspresji reprodukcyjnej jest następstwem metody, za pomocą której zostały one endogenizowane; jednak może to być również spowodowane brakiem metylacji DNA w tkankach linii zarodkowej.

Najlepiej scharakteryzowany przykład ekspresji białka łożyskowego nie pochodzi z alternatywnie promowanego genu gospodarza, ale z pełnej koopcji białka retrowirusowego. Retrowirusowe fuzogenne białka env, które odgrywają rolę we wnikaniu wirionu do komórki gospodarza, miały istotny wpływ na rozwój łożyska ssaka . U ssaków za tworzenie i funkcję syncytiotrofoblastów odpowiedzialne są nienaruszone białka env zwane syncytynami . Te wielojądrowe komórki są głównie odpowiedzialne za utrzymanie wymiany składników odżywczych i oddzielenie płodu od układu odpornościowego matki. Zasugerowano , że selekcja i utrwalanie tych białek dla tej funkcji odegrało kluczową rolę w ewolucji żyworodności .

Ponadto insercja ERV i ich odpowiednie LTR mogą potencjalnie indukować rearanżację chromosomów z powodu rekombinacji między sekwencjami wirusowymi w loci między chromosomami. Wykazano, że te rearanżacje wywołują duplikacje i delecje genów, które w dużej mierze przyczyniają się do plastyczności genomu i radykalnie zmieniają dynamikę funkcji genów. Ponadto, retroelementy na ogół są w dużej mierze rozpowszechnione w szybko ewoluujących rodzinach genów specyficznych dla ssaków, których funkcja jest w dużej mierze związana z reakcją na stres i bodźce zewnętrzne. W szczególności, zarówno ludzkie geny MHC klasy I, jak i klasy II mają wysoką gęstość elementów HERV w porównaniu z innymi rodzinami genów z wieloma locus. Wykazano, że HERV przyczyniły się do powstania silnie zduplikowanych bloków duplikonu, które tworzą rodzinę genów HLA klasy 1. Dokładniej, HERV głównie zajmują regiony w obrębie i pomiędzy punktami przerwania między tymi blokami, co sugeruje, że znaczne zdarzenia duplikacji i delecji, zwykle związane z nierównym krzyżowaniem, ułatwiały ich tworzenie. Wytwarzanie tych bloków, odziedziczonych jako immunohaplotypy, działa jako ochronny polimorfizm przeciwko szerokiej gamie antygenów, które mogą zapewnić ludziom przewagę nad innymi naczelnymi.

Sugerowano, że cecha łożysk, które są bardzo ewolucyjnie odrębnymi narządami między różnymi gatunkami, wynika z kooptacji wzmacniaczy ERV. Mutacje regulatorowe, zamiast mutacji w genach kodujących hormony i czynniki wzrostu , wspierają znaną ewolucję morfologii łożyska, zwłaszcza że większość genów hormonów i czynników wzrostu ulega ekspresji w odpowiedzi na ciążę, a nie podczas rozwoju łożyska. Naukowcy zbadali krajobraz regulacyjny rozwoju łożyska między szczurem i myszą, dwoma blisko spokrewnionymi gatunkami. Dokonano tego poprzez mapowanie wszystkich elementów regulatorowych szczurzych trofoblastów macierzystych (TSC) i porównanie ich z ich ortologami w mysich TSC. Zaobserwowano TSC, ponieważ odzwierciedlają one początkowe komórki rozwijające się w łożysku płodowym. Niezależnie od ich namacalnych podobieństw, regiony wzmacniające i stłumione były w większości specyficzne dla gatunku. Jednak większość sekwencji promotorowych u myszy i szczura była konserwatywna. Podsumowując swoje badania, naukowcy zasugerowali, że ERV wpływają na ewolucję łożyska specyficzną dla gatunku poprzez pośredniczenie we wzroście łożyska, immunosupresji i fuzji komórek .

Innym przykładem wykorzystania mechanizmów komórkowych przez ERV jest p53 , gen supresorowy guza (TSG). Uszkodzenie DNA i stres komórkowy indukują szlak p53, co powoduje apoptozę komórek . Stosując immunoprecypitację chromatyny z sekwencjonowaniem, trzydzieści procent wszystkich miejsc wiązania p53 było zlokalizowanych w kopiach kilku rodzin ERV specyficznych dla naczelnych. Badanie zasugerowało, że jest to korzystne dla retrowirusów, ponieważ mechanizm p53 zapewnia szybką indukcję transkrypcji, która prowadzi do wyjścia wirusowego RNA z komórki gospodarza.

Wreszcie, wstawienie ERV lub elementów ERV do regionów genowych DNA gospodarza lub nadekspresja ich wariantów transkrypcyjnych ma znacznie większy potencjał do wywoływania szkodliwych skutków niż pozytywne. Ich pojawienie się w genomie stworzyło koewolucyjną dynamikę gospodarz-pasożyt, która rozprzestrzeniła duplikację i ekspansję genów represorowych. Najbardziej wyraźnym tego przykładem jest szybka duplikacja i proliferacja tandemowych genów palca cynkowego w genomach ssaków. Geny palców cynkowych, szczególnie te, które zawierają domenę KRAB, występują w dużej liczbie kopii w genomach kręgowców, a zakres ich funkcji ogranicza się do ról transkrypcyjnych. Wykazano jednak u ssaków, że zróżnicowanie tych genów było spowodowane wielokrotnymi zdarzeniami duplikacji i fiksacji w odpowiedzi na nowe sekwencje retrowirusowe lub ich endogenne kopie w celu zahamowania ich transkrypcji.

Rola w chorobie

Większość ERV występujących w genomach kręgowców jest starożytna, unieczynniona przez mutację i osiągnęła utrwalenie genetyczne w gatunku gospodarza. Z tych powodów jest bardzo mało prawdopodobne, aby miały negatywny wpływ na swoich gospodarzy, z wyjątkiem nietypowych okoliczności. Niemniej jednak, z badań na ptakach i gatunkach ssaków innych niż człowiek, w tym na myszach, kotach i koale , jasno wynika , że młodsze (tj. niedawno zintegrowane) ERV mogą być związane z chorobą. Liczba aktywnych ERV w genomie ssaków jest ujemnie związana z wielkością ich ciała, co sugeruje udział w paradoksie Peto poprzez patogenezę raka. Doprowadziło to naukowców do zaproponowania roli ERV w kilku postaciach ludzkiego raka i chorób autoimmunologicznych , chociaż brakuje jednoznacznych dowodów.

Zaburzenia neurologiczne

Zaproponowano, że u ludzi ERV są zaangażowane w stwardnienie rozsiane (MS). Opisano specyficzny związek między MS a genem ERVWE1 lub „syncytyny”, który pochodzi z insercji ERV, wraz z obecnością „retrowirusa związanego z SM” (MSRV) u pacjentów z tą chorobą. Ludzkie ERV (HERV) są również zaangażowane w ALS i uzależnienie.

W 2004 roku doniesiono, że przeciwciała przeciwko HERVs stwierdzano częściej w surowicy osób ze schizofrenią . Ponadto płyn mózgowo-rdzeniowy osób ze schizofrenią w ostatnim czasie zawierał czterokrotnie wyższe poziomy markera retrowirusowego, odwrotnej transkryptazy , niż osoby kontrolne. Naukowcy nadal przyglądają się możliwemu powiązaniu między HERV a schizofrenią, z dodatkową możliwością wywołania infekcji wywołującej schizofrenię .

Odporność

Stwierdzono, że ERV są powiązane z chorobą nie tylko poprzez związki wywołujące chorobę, ale także poprzez odporność. Częstość występowania ERV w długich powtórzeniach końcowych (LTR) prawdopodobnie koreluje z adaptacjami wirusa w celu wykorzystania szlaków sygnałowych odporności, które promują transkrypcję i replikację wirusa. W badaniu przeprowadzonym w 2016 r. zbadano korzyści płynące ze starożytnego DNA wirusa zintegrowanego z gospodarzem za pomocą sieci regulacji genów indukowanych przez interferony , gałąź odporności wrodzonej. Te cytokiny jako pierwsze reagują na infekcję wirusową i są również ważne w nadzorze immunologicznym komórek nowotworowych. Przewiduje się, że ERV działają jako elementy cis-regulacyjne, ale wiele z adaptacyjnych konsekwencji tego dla pewnych funkcji fizjologicznych jest wciąż nieznanych. Istnieją dane potwierdzające ogólną rolę ERV w regulacji odpowiedzi ludzkiego interferonu, w szczególności interferonu gamma (IFNG). Na przykład, stwierdzono, że geny stymulowane interferonem są znacznie wzbogacone w ERV związane przez przetwornik sygnału i aktywator transkrypcji 1 (STAT1) i/lub czynnik regulatorowy interferonu (IRF1) w makrofagach CD14+ .

HERV odgrywają również różne role w kształtowaniu wrodzonej odpowiedzi odpornościowej człowieka , przy czym niektóre sekwencje aktywują system, a inne go tłumią. Mogą również chronić przed egzogennymi infekcjami retrowirusowymi: transkrypty wirusopodobne mogą aktywować receptory rozpoznające wzorce , a białka mogą zakłócać działanie aktywnych retrowirusów. Wykazano, że białko gag z HERV-K(HML2) miesza się z HIV Gag, w wyniku czego upośledza tworzenie kapsydu HIV.

Regulacja genów

Innym zaproponowanym pomysłem było to, że ERV z tej samej rodziny odgrywały rolę w rekrutacji wielu genów do tej samej sieci regulacji. Stwierdzono, że elementy MER41 zapewniają dodatkowe wzmocnienie regulatorowe genów zlokalizowanych w pobliżu miejsc wiązania STAT1.

Rola w medycynie

Endogenny retrowirus świń

W przypadku ludzi endogenne retrowirusy świń (PERV) stanowią problem przy stosowaniu tkanek i narządów świń w ksenotransplantacji, czyli przeszczepianiu żywych komórek, tkanek i narządów z organizmu jednego gatunku do organizmu innego gatunku. Chociaż świnie są na ogół najodpowiedniejszymi dawcami do leczenia chorób narządów ludzkich ze względów praktycznych, finansowych, bezpieczeństwa i etycznych, PERV wcześniej nie można było usunąć ze świń, ze względu na ich wirusową zdolność do integracji z genomem gospodarza i przekazywania do potomstwo, aż do roku 2017, kiedy jedno laboratorium, używając CRISPR-Cas9 , usunęło wszystkie 62 retrowirusy z genomu świni. Konsekwencje przenoszenia międzygatunkowego pozostają niezbadane i mają niebezpieczny potencjał.

Naukowcy wskazali, że infekcja tkanek ludzkich przez PERV jest bardzo możliwa, zwłaszcza u osób z obniżoną odpornością. Stan immunosupresji mógłby potencjalnie pozwolić na szybszą i bardziej wytrwałą replikację wirusowego DNA, a później miałby mniejsze trudności z przystosowaniem się do przenoszenia z człowieka na człowieka. Chociaż znane patogeny zakaźne obecne w narządach/tkankach dawcy można wyeliminować przez hodowanie stad wolnych od patogenów, u dawcy mogą być obecne nieznane retrowirusy. Te retrowirusy są często latentne i bezobjawowe u dawcy, ale mogą stać się aktywne u biorcy. Niektóre przykłady endogennych wirusów, które mogą infekować i namnażać się w ludzkich komórkach, pochodzą od pawianów (BaEV), kotów (RD114) i myszy.

Istnieją trzy różne klasy PERV, PERV-A, PERV-B i PERV-C. PERV-A i PERV-B są politropowe i mogą infekować ludzkie komórki in vitro, podczas gdy PERV-C jest ekotropowy i nie replikuje się na ludzkich komórkach. Główne różnice między klasami dotyczą domeny wiążącej receptor białka env i długich powtórzeń końcowych (LTR), które wpływają na replikację każdej klasy. PERV-A i PERV-B wyświetlają LTR, które mają powtórzenia w regionie U3 . Jednak PERV-A i PERV-C wykazują powtarzające się LTR. Naukowcy odkryli, że PERV w hodowli aktywnie adaptowały się do struktury powtórzeń ich LTR, aby uzyskać najlepszą wydajność replikacji, jaką może wykonać komórka gospodarza. Pod koniec swoich badań naukowcy doszli do wniosku, że powtarzający się LTR PERV wyewoluował z LTR z powtarzającym się portem. Prawdopodobnie nastąpiło to w wyniku mutacji insercyjnej i zostało udowodnione przez wykorzystanie danych dotyczących LTR i env /Env. Uważa się, że generowanie powtarzających się LTR może odzwierciedlać proces adaptacji wirusa, zmieniający się z egzogennego na endogenny styl życia.

Badanie kliniczne przeprowadzone w 1999 roku objęło 160 pacjentów, którzy byli leczeni różnymi żywymi tkankami świń i nie zaobserwowali dowodów na utrzymującą się infekcję PERV u 97% pacjentów, dla których wystarczająca ilość DNA była dostępna do PCR w celu amplifikacji sekwencji PERV. W badaniu tym stwierdzono, że badania retrospektywne ograniczają się jednak do znalezienia rzeczywistej częstości występowania infekcji lub związanych z nią objawów klinicznych. Zasugerował zastosowanie ściśle monitorowanych badań prospektywnych, które zapewniłyby bardziej kompletną i szczegółową ocenę możliwego przenoszenia międzygatunkowego PERV oraz porównanie PERV.

Ludzkie retrowirusy endogenne

Ludzkie retrowirusy endogenne (HERV) stanowią znaczną część ludzkiego genomu , z około 98 000 elementów i fragmentów ERV stanowiących 5-8%. Według badania opublikowanego w 2005 r. nie zidentyfikowano żadnych HERV zdolnych do replikacji; wszystkie wydawały się być wadliwe, zawierające główne delecje lub nonsensowne mutacje. Dzieje się tak, ponieważ większość HERV to jedynie ślady oryginalnych wirusów, które po raz pierwszy zintegrowały się miliony lat temu. Analiza integracji HERV jest w toku w ramach projektu 100 000 genomów .

Ludzkie retrowirusy endogenne zostały odkryte przypadkowo za pomocą kilku różnych eksperymentów. Biblioteki genomowe człowieka zostały przeszukane w warunkach o niskiej rygorystyczności przy użyciu sond z retrowirusów zwierzęcych, co pozwoliło na wyizolowanie i scharakteryzowanie wielu, choć wadliwych, prowirusów reprezentujących różne rodziny. Kolejny eksperyment polegał na oligonukleotydach wykazujących homologię do miejsc wiązania starterów wirusowych.

HERV są klasyfikowane na podstawie ich homologii do retrowirusów zwierzęcych. Rodziny należące do Klasy I są podobne w sekwencji do ssaczych Gammaretrowirusów (typ C) i Epsilonretrowirusów (Typ E). Rodziny należące do Klasy II wykazują homologię do ssaczych Betaretrowirusów (Typ B) i Deltaretrowirusów (Typ D). Rodziny należące do klasy III są podobne do wirusów pienistych . Dla wszystkich klas, jeśli homologie wydają się dobrze zachowane w gag , pol i env , są one pogrupowane w nadrodzinę . Wiadomo, że istnieje więcej rodzin klasy I. Same rodziny są nazywane w mniej jednolity sposób, z mieszaniną nazewnictwa opartą na egzogennym retrowirusie, pierwotnym tRNA (HERV-W, K) lub jakimś sąsiednim genie (HERV-ADP), numerze klonu (HERV-S71) , lub jakiś motyw aminokwasowy (HERV-FRD). Proponowana nomenklatura ma na celu uporządkowanie niekiedy parafiletycznych standardów.

Istnieją dwie propozycje dotyczące utrwalenia HERV w ludzkim genomie. Pierwsza zakłada, że ​​w pewnym momencie ewolucji człowieka egzogenne prekursory HERV wstawiały się do komórek linii zarodkowej, a następnie replikowały wraz z genami gospodarza, wykorzystując i wykorzystując mechanizmy komórkowe gospodarza. Ze względu na swoją odrębną strukturę genomową, HERV zostały poddane wielu rundom amplifikacji i transpozycji, co doprowadziło do szerokiej dystrybucji retrowirusowego DNA. Druga hipoteza zakłada ciągłą ewolucję elementów retro od prostszych ustrukturyzowanych przodków.

Niemniej jednak jedna rodzina wirusów była aktywna od czasu rozejścia się ludzi i szympansów . Ta rodzina, określana jako HERV-K (HML2), stanowi mniej niż 1% elementów HERV, ale jest jedną z najczęściej badanych. Istnieją przesłanki, że był on nawet aktywny w ciągu ostatnich kilkuset tysięcy lat, np. niektóre osobniki ludzkie noszą więcej kopii HML2 niż inne. Tradycyjnie oszacowanie wieku HERVs wykonuje się przez porównanie LTR 5' i 3' HERV; jednak ta metoda jest odpowiednia tylko dla HERV o pełnej długości. Najnowsza metoda, zwana datowaniem przekrojowym, wykorzystuje zmiany w obrębie pojedynczego LTR do oszacowania wieku insercji HERV. Ta metoda jest bardziej precyzyjna w szacowaniu wieku HERV i może być stosowana do wszelkich insercji HERV. Datowanie przekrojowe zostało wykorzystane do zasugerowania, że ​​dwaj członkowie HERV-K(HML2), HERV-K106 i HERV-K116, byli aktywni w ciągu ostatnich 800 000 lat i że HERV-K106 mógł zarazić współczesnych ludzi 150 000 lat temu. Jednak brak znanych zakaźnych członków rodziny HERV-K(HML2) oraz brak elementów o pełnym potencjale kodowania w opublikowanej sekwencji genomu ludzkiego sugeruje niektórym, że obecnie ta rodzina jest mniej aktywna. W 2006 i 2007 roku badacze pracujący niezależnie we Francji i USA odtworzyli funkcjonalne wersje HERV-K(HML2).

MER41.AIM2 to HERV, który reguluje transkrypcję AIM2 (brak w czerniaku 2), który koduje czujnik obcego cytozolowego DNA. Działa to jako miejsce wiążące dla AIM2, co oznacza, że ​​jest niezbędne do transkrypcji AIM2. Naukowcy wykazali to, usuwając MER41.AIM2 z komórek HeLa za pomocą CRISPR/Cas9, prowadząc do niewykrywalnego poziomu transkryptu AIM2 w zmodyfikowanych komórkach HeLa. Komórki kontrolne, które nadal zawierały ERV MER41.AIM2 obserwowano z normalnymi ilościami transkryptu AIM2. Jeśli chodzi o odporność, naukowcy doszli do wniosku, że MER41.AIM2 jest niezbędny do odpowiedzi zapalnej na infekcję.

Badania immunologiczne wykazały pewne dowody na odpowiedź immunologiczną komórek T przeciwko HERV u osób zakażonych wirusem HIV. Hipoteza, że ​​HIV indukuje ekspresję HERV w komórkach zakażonych HIV, doprowadziła do wniosku, że szczepionka ukierunkowana na antygeny HERV mogłaby specyficznie eliminować komórki zakażone HIV. Potencjalną zaletą tego nowatorskiego podejścia jest to, że dzięki zastosowaniu antygenów HERV jako zastępczych markerów komórek zakażonych HIV można ominąć trudności związane z bezpośrednim ukierunkowaniem na bardzo zróżnicowane i szybko mutujące antygeny HIV.

Istnieje kilka klas ludzkich retrowirusów endogennych, które wciąż mają nienaruszone otwarte ramki odczytu. Na przykład ekspresja HERV-K, biologicznie aktywnej rodziny HERV, wytwarza białka znajdujące się w łożysku. Ponadto ekspresja genów otoczki HERV-W ( ERVW-1 ) i HERV-FRD ( ERVFRD-1 ) wytwarza syncytyny, które są ważne dla wytwarzania warstwy komórek syncytiotrofoblastu podczas tworzenia łożyska poprzez indukcję fuzji komórka-komórka. Gene Nomenclature Committee HUGO (HGNC) zatwierdza symbole gen transkrypcji ERVs człowieka.

Techniki charakteryzowania ERV

Sekwencjonowanie całego genomu

Przykład: świński ERV (-CN-) chiński urodzonych minipig izolatu -CN- A-BM zsekwencjonowano całkowicie i wraz z różnych ras i linii komórkowych, w celu zrozumienia jego zmiany i ewolucji genetycznej. Obserwowana liczba substytucji nukleotydowych i między różnymi sekwencjami genomu pomogła naukowcom określić szacunkowy wiek, w którym PERV-A-BM został zintegrowany z genomem gospodarza, który, jak stwierdzono, jest w wieku ewolucyjnym wcześniejszym niż izolaty świń urodzonych w Europie.

Immunoprecypitacja chromatyny z sekwencjonowaniem (ChIP-seq)

Technikę tę stosuje się do znajdowania znaczników histonowych wskazujących na promotory i wzmacniacze, które są miejscami wiązania białek DNA oraz regionów represjonowanych i trimetylacji. Wykazano, że metylacja DNA jest niezbędna do utrzymania wyciszania ERV w mysich komórkach somatycznych, podczas gdy znaczniki histonowe są niezbędne do tego samego celu w embrionalnych komórkach macierzystych (ESC) i wczesnej embriogenezie.

Aplikacje

Konstruowanie filogenezy

Ponieważ większość HERV nie pełni żadnej funkcji, jest selektywnie obojętna i występuje bardzo obficie w genomach naczelnych, z łatwością służą jako markery filogenetyczne do analizy sprzężeń. Można je wykorzystać porównując polimorfizmy miejsc integracji lub ewoluujące, prowirusowe sekwencje nukleotydowe ortologów. Aby oszacować, kiedy nastąpiła integracja, naukowcy wykorzystali odległości od każdego drzewa filogenetycznego, aby znaleźć tempo ewolucji molekularnej w każdym konkretnym locus. Przydatne jest również to, że ERV są bogate w genomy wielu gatunków (tj. roślin, owadów, mięczaków, ryb, gryzoni, zwierząt domowych i zwierząt gospodarskich), ponieważ ich zastosowanie może być wykorzystane do odpowiedzi na różne pytania filogenetyczne.

Wyznaczanie wieku prowirusa i momentów wystąpienia separacji gatunków

Osiąga się to poprzez porównanie różnych HERV z różnych okresów ewolucyjnych. Na przykład to badanie przeprowadzono dla różnych człekokształtnych, od ludzi po małpy i małpy. Trudno to zrobić z PERV ze względu na dużą różnorodność.

Dalsze badania

Zmienność epigenetyczna

Naukowcy mogliby analizować poszczególne epigenomy i transkryptomy, aby zbadać reaktywację uśpionych elementów transpozycyjnych poprzez uwalnianie epigenetyczne i ich potencjalne powiązania z chorobami człowieka oraz zbadać specyfikę sieci regulatorowych genów.

Problemy immunologiczne ksenotransplantacji

Niewiele wiadomo na temat skutecznego sposobu przezwyciężenia odrzucenia nadostrego (HAR), które następuje po aktywacji dopełniacza inicjowanej przez przeciwciała ksenoreaktywne rozpoznające antygeny galaktozylo-alfa1-3galatozylowe (alfa-Gal) na nabłonku dawcy.

Czynniki ryzyka HERV w terapii genowej

Ponieważ retrowirusy są zdolne do rekombinacji ze sobą iz innymi endogennymi sekwencjami DNA, dla terapii genowej korzystne byłoby zbadanie potencjalnych zagrożeń, jakie mogą powodować HERV, jeśli takie istnieją. Również ta zdolność HERV do rekombinacji może być manipulowana w celu ukierunkowanej integracji poprzez włączenie sekwencji HERV do wektorów retrowirusowych.

Ekspresja genu HERV

Naukowcy są przekonani, że RNA i białka kodowane przez geny HERV powinny być nadal badane pod kątem przypuszczalnej funkcji w fizjologii komórki i w stanach patologicznych. Byłoby sensowne zbadanie w celu głębszego zdefiniowania biologicznego znaczenia syntetyzowanych białek.

Zobacz też

• Wirus białaczki mięsaka ptaków (ASLV)
• Endogenny element wirusowy
• ERV3
• HERV-FRD
• Horyzontalny transfer genów
• Retrowirus owiec Jaagsiekte (JSRV)
• Retrowirus koali (KoRV)
• Wirus nowotworu sutka myszy (MMTV)
• Wirus mysiej białaczki (MLV) i wirus ksenotropowej mysiej białaczki (XMRV)
• Paleowirologia

Bibliografia

Dalsza lektura

Zewnętrzne linki

• Endogenne + retrowirusy w Narodowej Bibliotece Medycznej USA Medical Subject Headings (MeSH)
• HERVd – baza danych ludzkich endogennych retrowirusów