Вікіпедія

Користувач:Annlutsenko/Ендогенні ретровіруси


Дендрограмма різних класів ендогенних ретровірусів

Ендогенні ретровіруси (англ. ERVs) — це ендогенні вірусні елементи в геномі, які дуже схожі на ретровіруси та можуть походити від них. Їх багато в геномах щелепних хребетних, і вони складають до 5–8% геному людини (нижні оцінки ~1%).[1] [2]

ERVs – це вертикально успадкована провірусна послідовність і підклас типу гена, що називається транспозоном, який зазвичай може бути упакований і переміщений в межах генома, щоб виконувати життєво важливу роль у експресії генів і регуляції.[3] [4] Однак ERV не мають більшості функцій транспозонів, зазвичай не є інфекційними і часто є дефектними геномними залишками циклу реплікації ретровірусу.[5] [6] Вони виділяються як ретроелементи провірусу зародкової лінії завдяки їх інтеграції та зворотній транскрипції в ядерний геном клітини-господаря.

Дослідники припустили, що ретровіруси еволюціонували з типу транспозону, який називається ретротранспозон, елемент класу I;[7] ці гени можуть мутувати і замість переходу в інше місце в геномі вони можуть стати екзогенними або патогенними. Це означає, що не всі ERVs могли виникнути як вставка ретровірусу, але деякі з них могли бути джерелом генетичної інформації в ретровірусах, на які вони схожі.[8] Коли інтеграція вірусної ДНК відбувається в зародковій лінії, це може призвести до ERV, який пізніше може закріпитися в генофонді популяції господаря.[1] [9]

Формування

ред.

Цикл реплікації ретровірусу включає вставку («інтеграцію») копії ДНК вірусного геному в ядерний геном клітини-господаря. Більшість ретровірусів інфікують соматичні клітини, але іноді також може статися інфікування зародкових клітин (клітин, які виробляють яйцеклітини та сперму). Рідко ретровірусна інтеграція може відбуватися в зародковій клітині, яка далі розвивається в життєздатний організм. Цей організм буде нести вставлений ретровірусний геном як невід’ємну частину власного геному — «ендогенний» ретровірус (ERV), який може бути успадкований його нащадками як новий алель. Багато ERVs зберігаються в геномі своїх господарів протягом мільйонів років. Однак більшість із них отримали інактивуючі мутації під час реплікації ДНК господаря і більше не здатні продукувати вірус. ERVs також можуть бути частково вирізані з геному за допомогою процесу, відомого як рекомбінаційна делеція, у якому рекомбінація між ідентичними послідовностями, що фланкують новоінтегровані ретровіруси, призводить до видалення внутрішніх ділянок вірусного геному, що кодують білок.

Загальний геном ретровірусу складається з трьох генів, життєво важливих для інвазії, реплікації, виходу та поширення його вірусного геному. Ці три гени: gag (кодує структурні білки ядра вірусу), pol (кодує зворотну транскриптазу, інтегразу та протеазу ) і env (кодує білки оболонки для зовнішнього вигляду вірусу). Ці вірусні білки кодуються як поліпротеїни. Щоб здійснити свій життєвий цикл, ретровірус значною мірою покладається на механізм клітини-хазяїна. Протеаза руйнує пептидні зв'язки вірусних поліпротеїнів, роблячи окремі білки функціональними. Зворотна транскриптаза функціонує для синтезу вірусної ДНК з вірусної РНК у цитоплазмі клітини-хазяїна до того, як вона потрапить у ядро. Інтеграза керує інтеграцією вірусної ДНК у геном господаря.[9] [10]

З часом геном ERVs не лише набуває точкових мутацій, але також перемішується та рекомбінується з іншими ERVs.[11] ERVs із затухаючою послідовністю для env стають більш імовірними для поширення.[12]

Роль у геномній еволюції

ред.
 
Діаграма, що відображає інтеграцію вірусної ДНК у геном господаря

Ендогенні ретровіруси можуть відігравати активну роль у формуванні геномів. Більшість досліджень у цій галузі зосереджено на геномах людини та вищих приматів, але й інші хребетні, такі як миші та вівці, також були детально вивчені. [13] [14] [15] [16] Послідовності довгого кінцевого повтору (LTR), які обрамляють геноми ERV, часто діють як альтернативні промотори та енхансери, часто сприяючи транскриптому, продукуючи тканиноспецифічні варіанти. Крім того, самі ретровірусні білки були кооптовані для виконання нових функцій господаря, зокрема у відтворенні та розвитку. Рекомбінація між гомологічними ретровірусними послідовностями також сприяла перетасовці генів і створенню генетичної варіації. Крім того, у випадку потенційно антагоністичних ефектів ретровірусних послідовностей, гени-репресори спільно еволюціонували для боротьби з ними.Введення ендогенних ретровірусів або їх елементів в генні ділянки ДНК хазяїна або надмірна експресія їх транскрипційних варіантів має набагато більший потенціал для створення шкідливих ефектів, ніж позитивних. Їхня поява в геномі створила коеволюційну динаміку, яка сприяла подвоєнню та розширенню генів-репресорів. Найбільш яскравим прикладом цього є швидке дублювання та проліферація тандемних генів «цинкового пальця» в геномах ссавців. Гени «цинкового пальця», особливо ті, що включають домен KRAB, існують у великій кількості копій у геномах хребетних, і діапазон їхніх функцій обмежений транскрипційними ролями.[17] Проте на ссавцях було показано, що диверсифікація цих генів була зумовлена подіями багаторазової дуплікації та фіксації у відповідь на нові ретровірусні послідовності або їх ендогенні копії для придушення їх транскрипції.[18]

Зв'язок із захворюваннями

ред.

Більшість ERV, які зустрічаються в геномах хребетних, є давніми, інактивованими мутаціями та досягли генетичної фіксації у видах-господарях. З цих причин малоймовірно, що вони матимуть негативний вплив на своїх господарів, за винятком незвичайних обставин. Тим не менш, з досліджень на птахах і видах ссавців, що не є людиною, включаючи мишей, кішок і коал, стає зрозуміло, що більш молоді (тобто нещодавно інтегровані) ERVs можуть бути пов’язані із захворюванням.[19] Кількість активних ERV в геномі ссавців негативно пов’язана з розміром їх тіла, що свідчить про внесок у парадокс Пето через патогенез раку.[20] Це змусило дослідників припустити роль ERV у кількох формах раку та аутоімунних захворюваннях людини, хоча переконливих доказів цього немає.[21] [22] [23] [24]

Ендогенні ретровіруси людини

ред.

Ендогенні ретровіруси людини (HERV) складають значну частину геному людини, приблизно 98 000 елементів і фрагментів ERV становлять 5–8%.[1] Відповідно до дослідження, опублікованого в 2005 році, не було виявлено HERVs, здатних до реплікації; всі виявилися дефектними, містили великі делеції або безглузді мутації (не вірно для HERV-K). Це пояснюється тим, що більшість HERV є лише слідами оригінальних вірусів, які вперше інтегрувалися мільйони років тому. Аналіз інтеграцій HERV триває в рамках проекту 100 000 геномів.[25]

Дослідження 2023 року показало, що HERV може прокинутися зі станів спокою та сприяти старінню, яке може бути "заблоковано" нейтралізуючими антитілами. [26] [27]

Ендогенні ретровіруси людини спочатку були виявлені під час скринінгу геномних бібліотек людини в умовах низької жорсткості з використанням або зондів з ретровірусів тварин, або з використанням олігонуклеотидів, подібних до послідовностей вірусу.[1]

Класифікація

ред.

HERVs класифікуються на основі їх гомології з ретровірусами тварин. Родини, що належать до класу I, подібні за послідовністю до гаммаретровірусів ссавців (тип С) та епсилонретровірусів (тип Е). Родини, що належать до класу II, демонструють гомологію з бетаретровірусами ссавців (тип B) і дельтаретровірусами (тип D). Родини, що належать до III класу, подібні до пінистих вірусів. Для всіх класів, якщо гомології добре збережені в генах gag, pol і env, вони групуються в надродину. Відомо, що існує більше сімей класу I.[1] [11] Самі родини називаються менш одноманітно, з сумішшю назв, заснованих на екзогенному ретровірусі, праймінгу тРНК ( HERV-W, HERV-K ) або якомусь сусідньому гені (HERV-ADP), номері клону (HERV- S71), або якийсь амінокислотний мотив (HERV-FRD).

Методи характеристики ендогенних ретровірусів

ред.

1. Секвенування повного геному

ред.

Ізолят ендогеного ретровірусу міні-свиней китайського походження. Гоном був повністю секвенований разом з різними лініями клітин, щоб зрозуміти його генетичні варіації та еволюцію.

2. Імунопреципітація хроматину з секвенуванням (ChIP-seq)

ред.

Ця методика використовується для пошуку гістонових позначок, що вказують на промотори та енхансери, які є сайтами зв’язування білків ДНК, а також репресованих ділянок і триметилювання.[28]

Список літератури

ред.
  1. ↑ а б в г д Belshaw R, Pereira V, Katzourakis A, Talbot G, Paces J, Burt A, Tristem M (April 2004). Long-term reinfection of the human genome by endogenous retroviruses. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (14): 4894—4899. Bibcode:2004PNAS..101.4894B. doi:10.1073/pnas.0307800101. PMC 387345. PMID 15044706. Помилка цитування: Некоректний тег <ref>; назва «Belshaw2004» визначена кілька разів з різним вмістом
  2. ↑ Nelson PN, Hooley P, Roden D, Davari Ejtehadi H, Rylance P, Warren P та ін. (October 2004). Human endogenous retroviruses: transposable elements with potential?. Clinical and Experimental Immunology. 138 (1): 1—9. doi:10.1111/j.1365-2249.2004.02592.x. PMC 1809191. PMID 15373898.
  3. ↑ Khodosevich K, Lebedev Y, Sverdlov E (October 2002). Endogenous retroviruses and human evolution. Comparative and Functional Genomics. 3 (6): 494—498. doi:10.1002/cfg.216. PMC 2448423. PMID 18629260.
  4. ↑ Kim FJ, Battini JL, Manel N, Sitbon M (January 2004). Emergence of vertebrate retroviruses and envelope capture. Virology. 318 (1): 183—191. doi:10.1016/j.virol.2003.09.026. PMID 14972546.
  5. ↑ . Cold Spring Harbor (NY). ISBN 9780879695712. {{cite encyclopedia}}: Пропущений або порожній |title= (довідка)
  6. ↑ Gifford RJ, Blomberg J, Coffin JM, Fan H, Heidmann T, Mayer J та ін. (August 2018). Nomenclature for endogenous retrovirus (ERV) loci. Retrovirology. 15 (1): 59. doi:10.1186/s12977-018-0442-1. PMC 6114882. PMID 30153831.
  7. ↑ Rebollo R, Romanish MT, Mager DL (1 січня 2012). Transposable elements: an abundant and natural source of regulatory sequences for host genes. Annual Review of Genetics. 46 (1): 21—42. doi:10.1146/annurev-genet-110711-155621. PMID 22905872.
  8. ↑ Cotton, J. (2001). Retroviruses from retrotransposons. Genome Biology. 2 (2): 6. doi:10.1186/gb-2001-2-2-reports0006. It appears that the transition from nonviral retrotransposon to retrovirus has occurred independently at least eight times, and the source of the envelope gene responsible for infectious ability can now be traced to a virus in at least four of these instances. This suggests that potentially, any LTR retrotransposon can become a virus through the acquisition of existing viral genes.
  9. ↑ а б Johnson WE, Coffin JM (August 1999). Constructing primate phylogenies from ancient retrovirus sequences. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 96 (18): 10254—10260. Bibcode:1999PNAS...9610254J. doi:10.1073/pnas.96.18.10254. PMC 17875. PMID 10468595. Помилка цитування: Некоректний тег <ref>; назва «Johnson 10254–10260» визначена кілька разів з різним вмістом
  10. ↑ Fujiwara T, Mizuuchi K (August 1988). Retroviral DNA integration: structure of an integration intermediate. Cell. 54 (4): 497—504. doi:10.1016/0092-8674(88)90071-2. PMID 3401925.
  11. ↑ а б Vargiu L, Rodriguez-Tomé P, Sperber GO, Cadeddu M, Grandi N, Blikstad V та ін. (January 2016). Classification and characterization of human endogenous retroviruses; mosaic forms are common. Retrovirology. 13: 7. doi:10.1186/s12977-015-0232-y. PMC 4724089. PMID 26800882. Помилка цитування: Некоректний тег <ref>; назва «pmid26800882» визначена кілька разів з різним вмістом
  12. ↑ Magiorkinis G, Gifford RJ, Katzourakis A, De Ranter J, Belshaw R (May 2012). Env-less endogenous retroviruses are genomic superspreaders. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (19): 7385—7390. doi:10.1073/pnas.1200913109. PMC 3358877. PMID 22529376.
  13. ↑ Li J, Akagi K, Hu Y, Trivett AL, Hlynialuk CJ, Swing DA та ін. (May 2012). Mouse endogenous retroviruses can trigger premature transcriptional termination at a distance. Genome Research. 22 (5): 870—884. doi:10.1101/gr.130740.111. PMC 3337433. PMID 22367191.
  14. ↑ Spencer TE, Palmarini M (2012). Endogenous retroviruses of sheep: a model system for understanding physiological adaptation to an evolving ruminant genome. The Journal of Reproduction and Development. 58 (1): 33—37. doi:10.1262/jrd.2011-026. PMID 22450282.
  15. ↑ Black SG, Arnaud F, Palmarini M, Spencer TE (October 2010). Endogenous retroviruses in trophoblast differentiation and placental development. American Journal of Reproductive Immunology. 64 (4): 255—264. doi:10.1111/j.1600-0897.2010.00860.x. PMC 4198168. PMID 20528833.
  16. ↑ Ryan FP (December 2004). Human endogenous retroviruses in health and disease: a symbiotic perspective. Journal of the Royal Society of Medicine. 97 (12): 560—565. doi:10.1177/014107680409701202. PMC 1079666. PMID 15574851.
  17. ↑ Thomas JH, Schneider S (November 2011). Coevolution of retroelements and tandem zinc finger genes. Genome Research. 21 (11): 1800—1812. doi:10.1101/gr.121749.111. PMC 3205565. PMID 21784874.
  18. ↑ Kovalskaya E, Buzdin A, Gogvadze E, Vinogradova T, Sverdlov E (March 2006). Functional human endogenous retroviral LTR transcription start sites are located between the R and U5 regions. Virology. 346 (2): 373—378. doi:10.1016/j.virol.2005.11.007. PMID 16337666.
  19. ↑ McEwen GK, Alquezar-Planas DE, Dayaram A, Gillett A, Tarlinton R, Mongan N та ін. (February 2021). Retroviral integrations contribute to elevated host cancer rates during germline invasion. Nature Communications. 12 (1): 1316. Bibcode:2021NatCo..12.1316M. doi:10.1038/s41467-021-21612-7. PMC 7910482. PMID 33637755.
  20. ↑ Katzourakis A, Magiorkinis G, Lim AG, Gupta S, Belshaw R, Gifford R (July 2014). Larger mammalian body size leads to lower retroviral activity. PLOS Pathogens. 10 (7): e1004214. doi:10.1371/journal.ppat.1004214. PMC 4102558. PMID 25033295.
  21. ↑ Bannert N, Kurth R (October 2004). Retroelements and the human genome: new perspectives on an old relation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (Suppl 2): 14572—14579. Bibcode:2004PNAS..10114572B. doi:10.1073/pnas.0404838101. PMC 521986. PMID 15310846.
  22. ↑ Nelson PN, Carnegie PR, Martin J, Davari Ejtehadi H, Hooley P, Roden D та ін. (February 2003). Demystified. Human endogenous retroviruses. Molecular Pathology. 56 (1): 11—18. doi:10.1136/mp.56.1.11. PMC 1187282. PMID 12560456.
  23. ↑ Singh SK (June 2007). Endogenous retroviruses: suspects in the disease world. Future Microbiology. 2 (3): 269—275. doi:10.2217/17460913.2.3.269. PMID 17661701.
  24. ↑ Magiorkinis G, Belshaw R, Katzourakis A (September 2013). 'There and back again': revisiting the pathophysiological roles of human endogenous retroviruses in the post-genomic era. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 368 (1626): 20120504. doi:10.1098/rstb.2012.0504. PMC 3758188. PMID 23938753.
  25. ↑ Genomics England › Integrated Pathogens and Mobile Elements GeCIP Domain (амер.). Архів оригіналу за 13 жовтня 2019. Процитовано 13 жовтня 2019.
  26. ↑ Aging and Retroviruses. Science (англ.). Архів оригіналу за 17 February 2023. Процитовано 17 February 2023.
  27. ↑ Liu, Xiaoqian; Liu, Zunpeng; Wu, Zeming; Ren, Jie; Fan, Yanling; Sun, Liang; Cao, Gang; Niu, Yuyu; Zhang, Baohu (19 January 2023). Resurrection of endogenous retroviruses during aging reinforces senescence. Cell (English) . 186 (2): 287—304.e26. doi:10.1016/j.cell.2022.12.017. ISSN 0092-8674. PMID 36610399.
  28. ↑ Chuong EB, Rumi MA, Soares MJ, Baker JC (March 2013). Endogenous retroviruses function as species-specific enhancer elements in the placenta. Nature Genetics. 45 (3): 325—329. doi:10.1038/ng.2553. PMC 3789077. PMID 23396136.

Шаблон:Retroviruses

[[Категорія:Молекулярна біологія]]

Отримано з https://uk.wikipedia.org/w/index.php?title=Користувач:Annlutsenko/Ендогенні_ретровіруси&oldid=42790589