CC BY
36
Fundamental studies -------------------
Шифр специальности: 03. 02.07 УДК 578.828, 575.852
THE GENETIC VARIABILTY OF INTEGRATED IN HUMAN DNA MONKEY RETROVIRUS TYPE D
Myandina1 G.I., Tarasenko2 E. V., Varekha3 L.A., Drogova4 G.M.
1,2Department of Biology and General Genetics 3Department of faculty therapy, post-graduate student 4Department of chemistry and biology, the assistent of department Peoples Friendship University of Russia Miklukho-Maklay str., 8, Moscow, Russia
The results of the bioinformatics analysis of the sequences of the retrovirus type D chronically infected human pharynx carcinoma cells have confirmed its similarity to monkey virus SRV-1. The nucleotide sequences of integrated provirus has been characterized and compared with SRV-1 genome. We have detected a couple non-significant single-nucleotide substitutions in the genome of this integrated virus. These substitutions do not change the amino acid sequence in translated protein or slightly change it. The characteristic of the retrovirus integrated in human genome is presented and possible mechanism of integration of retroviral DNA in non-permissive host genome is suggested.
Keywords: type D retrovirus, SRV-1, retrovirus genome, nucleotide substitutions, bioinformatics, provirus, integration.
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ВАРИАБЕЛЬНОСТЬ РЕТРОВИРУСА ТИПА D ОБЕЗЬЯН, ИНТЕГРИРОВАННОГО В ДНК ЧЕЛОВЕКА
Мяндина1 Г.И., Тарасенко2 Е.В., Вареха4 Л.А., Дрогова3 Г.М.
1,2Кафедра биологии и общей генетики 3Кафедра госпитальной терапии, аспирант 4Кафедра химии и биологии, ассистент Российский университет дружбы народов ул. Миклухо-Маклая, 8, Москва, Россия, 117198
Результаты анализа с использованием биоинформационных методов нуклеотидных последовательностей ретровируса типа D, хронически инфицирующего линию клеток рака гортани человека, подтвердили его сходство с вирусом SRV-1 обезьян. В геноме провирусных вставок были обнаружены однонуклеотидные замены по сравнению с геномом вируса SRV-1, которые либо не вызывают аминокислотных замен, либо приводят к несущественным заменам аминокислот в транслируемом белке. Обсуждается возможность интеграции ретровирусных геномов в ДНК человека, а также изменения вирусного генома и его функциональная компетентность при смене хозяина.
Ключевые слова: ретровирусы типа D, SRV-1, геном ретровируса, нуклеотидные замены, биоинформационные методы, провирус, интегрция.
Введение. Методы информационной биологии относится к числу высоких технологий современной биологии, которые обеспечивают информационно-компьютерные основы молекулярной генетики, биотехнологии, эпидемиологии и медицинской генетики. Поэтому анализ значительных объемов экспериментальных данных, накопленных в области молекулярной биологии, сегодня невозможен без привлечения современ-
ных информационных технологий и эффективных математических методов.
Феномен перехода вирусов животных (птиц, свиней, обезьян) в популяцию человека привлекает к себе пристальное внимание в связи с вспышками масштабных эпидемий, вызываемых этими вирусами. Преодоление видового барьера вирусом и его адаптация к новому хозяину коррелируют с генетической вариабельностью вирусного гено-
—----------- —
~ 41 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999 ISSN 2226-7425
The journal of scientific articles “Health & education millennium”, 2014, volume 16, no. 3
—--------- —
ма [10, 11]. Тропизм вируса к клеткам мишеням и его способность к смене хозяина в наибольшей степени определяются специфичностью вирусных белков к поверхностным рецепторам клеточной мембраны, поэтому даже небольшие изменения генома вируса могут резко изменить набор рецепторов, используемых вирусом для проникновения в клетки хозяина.
К настоящему времени в литературе имеются многочисленные данные, указывающие на смену вида-хозяина ретровирусами типа D обезьян [1,
2, 4]. Экзогенные ретровирусы обезьянтипа D (SRVs, simian retroviruses) поражают различные виды обезьян рода Масаса и могут вызывать у них тяжелые иммунодефицитные состояния. На данный момент выделено пять серотипов SRV, три из которых клонированы и секвенированы [8]. Ранее нами был изучен и документирован факт интеграции генома ретровируса типа D Мейзона-Пфайзера в 17 хромосому человека [3]. Имеются литературные данные, указывающие на инфицирование человека ретровирусами типа D обезьян, в том числе SRV-1 (simian retrovirus type 1) [5—7]. Описаны также культуры клеток человека, инфицированные ретровирусом типа D обезьян, сходного с SRV-1 [3, 8]. В связи с вышеизложенными фактами, особый интерес представляет анализ и характеристика возможных изменений, которые могли произойти в геноме ретровируса типа D при его переходе от обезьян в популяцию человека.
Цель работы: охарактеризовать с помощью биоинформационных методов нуклеотидные последовательности ретровируса типа D обезьян, хронически инфицирующего клетки рака гортани человека, и выявить возможные изменения в геноме данного ретровируса, интегрированного в ДНК человека.
Материалы и методы. Материалом для данной работы служили полученные ранее нуклеотидные последовательности вставок вирусных участков ДНК ретровируса типа D из клеток рака гортани человека, клонированные и секвенирован-ные в составе плазмидного вектора рОЕМ-32/19 [1]. Наличие в отобранных клонах вставок, содержащих вирусные и вирус-подобные нуклеотидные последовательности, подтверждали с помощью ПЦР с последующей гибридизацией. Амплификацию проводили с универсальными праймерами
М13 с последующим разделением продуктов амплификации в 0,8% агарозном геле [2].
Методы. Для анализа нуклеотидных последовательностей вирусных вставок использовали био-информационные методы с использованием программного обеспечения NCBI BLAST и GenScan.
Поиск нуклеотидных последовательностей, гомологичных последовательностям ретровируса, проводили по базам данных NCBI GenBank с использованием программы BLAST (Basic Local Alignment Search Tool — метод поиска локальных совпадений). Программа доступна по адресу: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/.
Gen Scan представляет собой программу эвристического анализа геномной ДНК на наличие открытых рамок считывания, сигналов сплайсинга, полиаденилирования и других. На выходе получается карта проанализированного участка ДНК и аминокислотная последовательность спрогнозированных белков. Интернет-адрес:
http://genes.mit. edu/GEN SCAN. html.
FSED (Frame Shift Error Detection) — программа для поиска возможных сдвигов рамки считывания в анализируемых просеквенирован-ных последовательностях, содержащих отрытые рамки считывания (ORF). Программа доступна через Интернет на сайте http://ir2lcb.cnrs-mrs.fr/ d_fsed/fsed.html.
Результаты и обсуждение. Для работы были отобраны четыре рекомбинантные плазмиды, содержащие вирусные и вирус-подобные вставки, последовательности которых были определены нами ранее [1]. Последовательности № 1, № 2, № 3 и № 4 имели длину 183 п.о., 89 п.о., 106 п.о., 572 п.о., соответственно. Изучаемые провирусные последовательности были проверены с помощью программы FSED на наличие сдвигов рамки считывания, которые могли возникнуть при прочтении сиквенса. Результаты данного анализа не выявили подобных ошибок при прочтении сиквенса.
Первичный анализ изучаемых последовательностей проводился с помощью нуклеотид-нуклеотидного BLAST с использованием алгоритма BLAST 2.2.18. Наибольшее сходство изучаемые последовательности провирусных вставок демонстрировали с участками генома экзогенного обезьяньего ретровируса типа D SRV-1 (GenBank accession М11841, gi:334746). Меньшее совпадение
—---------- —
~ 42 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Fundamental studies -------------------
для изучаемых последовательностей было отмечено с геномом ретровируса типа D Мейзона-Пфайзера — MPMV (GenBank accession AF033815, gi:2801479) и геномом ретровируса SRV-2 (GenBank accession AF126468, gi:5442108).
В результате поиска по программе GenBank с помощью программы BLAST было установлено, что последовательность клона № 1 соответствует участку гена prt ретровируса типа D. В провирус-ной вставке клона № 1 были обнаружены две одно нуклеотидные замены (A2577G и G2625A) в сравнении с прототипным геномом ретровируса SRV-1 обезьян. В транслируемом полипептиде выявлена одна аминокислотная замена, соответствующая выявленной мутации в позиции 2577 вирусной вставки (A2577G): изолейцин был заменен на метионин в позиции 94 аминокислотной последовательности. Следует отметить, что в аминокислотной последовательности продукту гена pro вируса Мейзона-Пфайзера также в аналогичной последовательности находится метионин. По-видимому, такая аминокислотная замена (Ile ^ Met) не влияет отрицательно на структуру и функцию транслируемого белка. Для второй нуклеотидной замены (G2625A) не было выявлено аминокислотных замен в транслируемом белке.
Описанные выше нуклеотидные замены вирусной последовательности клона №1 (A^ G и G^A) совпадают с литературными данными, полученными по другим ретровирусам, так замена гуанина на аденин была описана ранее для вирусов HTLV-1 и HIV-1 [9]. Выявленные одно нуклеотидные отличия последовательностей провирусного генома (клон № 1) от генома SRV-1, возможно, приводят к минимальным изменениям аминокислотной последовательности транслируемого вирусного белка или вовсе не влияют на его структуру. Аминокислотная замена Ile94M (по с SRV-1) в белковом продукте гена prt приближает изучаемую последовательность к вирусу Мейзона-Пфайзера, белковый продукт которого в данной позиции также имеет метионин. Данный факт может свидетельствовать в пользу отбора, элиминирующего нефункциональные вирусы и отбирающего его адаптированные варианты при переходе его от обезьян в популяцию человека. Однако выводы о функциональной компетентности вирусов, участки интегрированной ДНК которых были про-
анализированы в данной работе, требуют формирования большей выборки, достаточной для статистического анализа значительного числа копий вирусного генома и построения эволюционного древа.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иткес А.В., Мяндина Г.И., Гурьянова О.И., Сивов И.Г., Галактионова Т.С., Лебедев Ю.Б. Интеграция ДНК ретровирусов обезьян в хромосомы человека // Русский журнал «ВИЧ/СПИД и родственные проблемы». 2004. Т. 8, № 2. С. 25.
2. Лебедев Ю.Б., Болорма В., Кжишковска Ю.Г., Осташкин А. С., Ильин К.В., Мяндина Г.И., Пягай П.Э., Иткес А.В. Интеграция генома ретровируса типа D Мейзона-Пфайзера в хромосому человека // Молекулярная биология. 2002. Т. 36, № 6. С. 1012—1014.
3. Мяндина Г.И., Гурьянова О.И., Пягай П.Э., Иткес А.В, Лебедев Ю.Б. Компьютерный анализ сайта интеграции ретровируса типа типа D Мейзона-Пфай-зера в хромосомы человека// Вестник РУДН. Серия «Медицина». 2003. № 5. С. 41—46.
4. Мяндина Г.И. Анализ генетической вариабельности генома ретровируса типа, интегрированного в ДНК человека // Технологии живых систем. 2012. Т. 9, № 7. С. 30—33.
5. Morozov V.A., Lagaye S., Lyakh L., Meulen J. Type D retrovirus markers in healthy Africans from Guinea // Res. Virol. 1996. V. 147. P. 341—351.
6. Ford R.J., Donehover L.A., Bohannon R.C. Studies on a type D retrovirus isolated from an AIDS patient lymphoma // AIDS Res. Hum. Retroviruses. 1992. V. 8. P. 742—751.
7. Ilyin KV, Kzhyshkowska JG, Imamova LR, Mashkova TD, Ostashkin AS, Kiselev AV, Gordina GA, Kurmashow VI, Itkes AV. Type D retrovirus specific sequences in lymphocytes of the children with Burkitt-type lymphoma and their parents // Immunol Lett. 2001. V. 78. P. 51—54.
8. Lerche N.W., Switzer W.M., Yee J.L., et al. Evidence of infection with simian type D retrovirus in persons occupationally exposed in nonhuman primates // Journal of Virology. 2001. V. 75. N. 4. P. 492—497.
9. Mansky L.M. In vivo analysis of Human T-cell Leukemia virus type 1 reverse transcription accuracy // Journal of Virology. 2000. V. 74. N. 20. P. 9525—9531.
10. Sonigo Р., Barker C., Hunter E., et al. Nucleotide sequence of Mason-Pfizer monkey virus: an immunosuppressive D-type retrovirus // Cell. 1986. V. 45. N. 3. P. 375—385.
—---------- —
~ 43 ~
Издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации СМИ ПИ № ФС77-49390 Журнал представлен в НАУЧНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ БИБЛИОТЕКЕ — головном исполнителе проекта по созданию Российского индекса научного цитирования (РИНЦ)
Since 1999 ISSN 2226-7425
The journal of scientific articles “Health & education millennium”, 2014, volume 16, no. 3
—--------- —
11. Woolhouse M.E.J., Taylor L.H. Population biology of multihost pathogens // Science. 2001. V. 292. P. 1109—1112.
12. Журнал научных статей. Здоровье и образование в XXI веке. 2012. Т. 14. № 2.
13. Электронный научно-образовательный вестник «Здоровье и образование в XXI веке». 2013. Т. 15. № 8. URL: http://e-pubmed.org/isu15-8.html
REFERENCES
1. Itkes A.V., Myandina G.I., Gur'yanova O.I., Sivov I.G., Galaktionova T.S., Lebedev Yu.B. Russkiy zhurnal «VICh/SPID i rodstvennye problemy», 2004, volume 8, no. 2, pp. 25.
2. Lebedev Yu.B., Bolorma V., Kzhishkovska Yu.G., Ostashkin A.S., Il'in K.V., Myandina G.I., Pyagay P.E., Itkes A.V. Molekulyarnaya biologiya, 2002, volume 36, no. 6, pp. 1012—1014.
3. Myandina G.I., Gur'yanova O.I., Pyagay P.E., Itkes A.V, Lebedev Yu.B. Vestnik RUDN, Seriya «Meditsina», 2003, no. 5, pp. 41—46.
4. Myandina G.I. Tekhnologii zhivykh sistem, 2012, volume 9, no. 7, pp. 30—33.
5. Morozov V.A., Lagaye S., Lyakh L., Meulen J. Type D retrovirus markers in healthy Africans from Guinea, Res. Virol., 1996, volume 147, pp. 341—351.
6. Ford R.J., Donehover L.A., Bohannon R.C. Studies on a type D retrovirus isolated from an AIDS patient
lymphoma, AIDS Res. Hum. Retroviruses, 1992, volume 8, pp. 742—751.
7. Ilyin KV, Kzhyshkowska JG, Imamova LR, Mashkova TD, Ostashkin AS, Kiselev AV, Gordina GA, Kurmashow VI, Itkes AV. Type D retrovirus specific sequences in lymphocytes of the children with Burkitt-type lymphoma and their parents, Immunol Lett, 2001, volume 78, pp. 51—54.
8. Lerche N.W., Switzer W.M., Yee J.L., et al. Evidence of infection with simian type D retrovirus in persons occupationally exposed in nonhuman primates, Journal of Virology, 2001, volume 75, no. 4, pp. 492—497.
9. Mansky L.M. In vivo analysis of Human T-cell Leukemia virus type 1 reverse transcription accuracy, Journal of Virology, 2000, volume 74, no. 20, pp. 9525— 9531.
10. Sonigo P., Barker C., Hunter E., et al. Nucleotide sequence of Mason-Pfizer monkey virus: an immunosuppressive D-type retrovirus, Cell, 1986, volume 45, no. 3, pp. 375—385.
11. Woolhouse M.E.J., Taylor L.H. Population biology of multihost pathogens, Science, 2001, volume 292, pp. 1109—1112.
12. Zhurnal nauchnykh statey. Zdorov’e i obrazo-vanie v XXI veke, 2012, volume 14, no. 2.
13. Elektronnyy nauchno-obrazovatel'nyy vestnik «Zdorov’e i obrazovanie v XXI veke», 2013, volume 15, no. 8, available at: http://e-pubmed.org/isu15-8.html
Рецензенты:
1. Пашков Евгений Петрович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой микробиологии, вирусологии и иммунологии ГБОУ ВПО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова г. Москва, 119991, ул. Трубецкая, д. 8, стр. 2
2. Сяткин Сергей Павлович — доктор биологических наук, профессор кафедры биохимии ГБОУ ВПО «Российский университет дружбы народов», г. Москва, 117198, ул. Миклухо-Маклая, д. 8.
