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人类与病毒:其复杂关系简史及其对 COVID-19 的影响

人类 没有的话就不会存在 病毒 因为病毒蛋白在病毒的发育中起着关键作用 胚胎。然而,有时它们会以疾病的形式构成生存威胁,就像当前的 COVID-19 大流行一样。讽刺地, 病毒 约占我们基因组的 8%,这是在进化过程中获得的,使我们“几乎是一个嵌合体”。

毫无疑问,2020 年最臭名昭著、最可怕的词是“病毒'。 小说 冠状病毒 是造成当前前所未有的 COVID-19 疾病和世界经济几近崩溃的原因。 所有这一切都是由一个微小的粒子引起的,它甚至不被认为是“完全”活着的,因为它在宿主外部处于非功能状态,而只有在感染宿主后才能在内部永久存在。 更令人惊讶和震惊的是, 人类 自古以来就携带病毒“基因”,目前病毒基因约占人类基因的 8% 基因组(1)。客观来看,只有~1% 基因组在功能上非常活跃,负责制造决定我们是谁的蛋白质。

之间的关系的故事 人类 病毒 始于 20-100 亿年前,当时我们的祖先感染了 病毒。每个内源性逆转录病毒家族均源自外源性逆转录病毒对种系细胞的单次感染,该病毒在整合到我们的祖先中后,不断扩展和进化 (2)。传播之后是从父母到后代的水平转移,今天我们将这些病毒基因组嵌入到我们的 DNA 中 内源性逆转录病毒(HERV)。这是一个持续的过程,甚至可能正在发生。在进化过程中,这些 HERV 获得了突变,并在 基因组并失去了引起疾病的能力。内源性 逆转录病毒 不仅存在于 人类 但在所有生物体中无处不在。所有这些内源性逆转录病毒分为三类(I 类、II 类和 III 类),发生在不同的动物物种中,根据其序列相似性 (3) 表现出系统发育关系,如下图所示。 HERV 属于 I 类组。

存在于细胞中的各种嵌入逆转录病毒 基因组是这里值得一提的一个经典例子,它是一种逆转录病毒蛋白,它是一种高度融合的包膜蛋白,称为合胞素 (5),其最初的功能是 病毒 与宿主细胞融合从而引起感染。这种蛋白质现在已被适应 人类 形成胎盘(细胞融合形成多核细胞),不仅在怀孕期间为胎儿提供母亲的食物,而且由于合胞素蛋白的免疫抑制性质,还可以保护胎儿免受母亲免疫系统的侵害。这种特殊的 HERV 已被证明有益于 种族通过定义其存在来定义。

HERV 还通过防止相关病原体的进一步感染,为宿主提供先天免疫。 病毒 或在被类似类型的病毒再次感染时减轻疾病的严重程度 病毒。 Katzourakis 和 Aswad (2016) 于 6 年发表的一篇评论描述了内生性 病毒 可以作为控制免疫功能的基因的调节元件,从而导致免疫发展。同年,Chuong 等人 (7) 证明某些 HERV 通过调节 IFN(干扰素)诱导基因的表达充当调节增强剂,从而提供先天免疫。 HERV 表达产物还可以充当病原体相关分子模式 (PAMP),触发负责宿主第一道防线的细胞受体 (8-10)。

HERV 的另一个有趣方面是它们中的一些表现出插入多态性,即由于插入事件,基因组中存在不同数量的拷贝。 对属于不同种族的 20 名受试者的研究显示,所有受试者的插入多态性模式在 0-87% 之间 (11)。 这可能会通过激活某些沉默的基因而导致疾病。

某些 HERV 也已被证明与自身免疫性疾病如多发性硬化症的发展有关 (12)。 在正常生理条件下,HERV表达受到严格调控,而在病理条件下,由于外部/内部环境的变化、激素变化和/或微生物相互作用会导致HERV表达失调,从而导致疾病。

HERV 的上述特征表明它们不仅存在于 基因组是不可避免的,但它们具有通过激活或抑制免疫系统来调节免疫系统稳态的能力,从而在宿主中产生不同的影响(从有益到引起疾病)。

COVID-19 大流行也是由属于流感家族的逆转录病毒 SARS-nCoV-2 引起的,在进化过程中,与该家族相关的基因组可能是合理的。 病毒 融入到了 基因组,现在以 HERV 形式存在。据推测,如上所述,这些 HERV 在不同种族的人中可能表现出不同的多态性。这些多态性可能表现为这些 HERV 的拷贝数差异和/或在一段时间内积累的突变(基因组序列的变化)的存在或不存在。综合 HERV 的这种变异性可能可以解释受大流行影响的不同国家中 COVID-19 疾病的死亡率和严重程度的差异。

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参考文献:

1. Griffiths DJ 2001。内源性逆转录病毒 基因组序列。基因组生物学。 (2001); 2(6) 评论 1017.DOI: https://doi.org/10.1186/gb-2001-2-6-reviews1017

2. 博克,JD; Stoye, JP (1997)。 “逆转录转座子、内源性逆转录病毒和逆转录元件的进化”。 在棺材里,JM; 休斯,SH; Varmus,他(编辑)。 逆转录病毒。 冷泉港实验室出版社。 PMID 21433351。

3. Vargiu L 等人。分类和表征 内源性逆转录病毒;马赛克形式很常见。逆转录病毒学(2016); 13:7。DOI: 10.1186 / s12977-015 - 0232-Y

4. Classes_of_ERVs.jpg:Jern P、Sperber GO、Blomberg J(衍生作品:Fgrammen(谈话)),2010 年。可在线获取: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Classes_of_ERVs.svg 07 年 2020 月 XNUMX 日访问

5. 金发女郎,JL;拉维莱特,D;切尼特,V;布顿,O;奥里奥尔,G;查佩尔-费尔南德斯,S;曼德兰德斯,S;马莱特,F;佛罗里达州科塞特(7 年 2000 月 XNUMX 日)。 “一种包膜糖蛋白 内源性 逆转录病毒 HERV-W 在人类胎盘中表达,并融合表达 D 型哺乳动物逆转录病毒受体的细胞”。 J.维罗尔。 74(7):3321-9。数字编号: https://doi.org/10.1128/jvi.74.7.3321-3329.2000.

6. Katzourakis A 和 Aswad A. 进化:内生 病毒 提供抗病毒免疫的捷径。当前生物学(2016)。 26:R427-R429。 http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.03.072

7. Chuong EB、Elde NC 和 Feschotte C。通过内源性逆转录病毒的共同选择调节先天免疫的进化。 科学 (2016) 卷。 351,第 6277 期,第 1083-1087 页。 DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad5497

8. Wolff F、Leisch M、Greil R、Risch A、Pleyer L。通过低甲基化试剂(重新)表达基因的双刃剑:从病毒模拟到作为靶向免疫检查点调节的启动剂的开发。 细胞通讯信号 (2017) 15:13。 DOI: https://doi.org/10.1186/s12964-017-0168-z

9. Hurst TP,Magiorkinis G。内源性先天免疫反应的激活 逆转录病毒。 J Gen Virol。 (2015)96:1207-1218。数字编号: https://doi.org/10.1099/vir.0.000017

10. Chiappinelli KB、Strissel PL、Desrichard A、Chan TA、Baylin SB、Correspondence S。抑制 DNA 甲基化通过包括内源性逆转录病毒在内的 dsRNA 在癌症中引起干扰素反应。 细胞 (2015) 162:974-986。 DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.011

11. Mehrab G、Sibel Y、Kaniye S、Sevgi M 和 Nermin G。人类内源性 逆转录病毒-H插入筛选。分子医学报告(2013)。数字编号: https://doi.org/10.3892/mmr.2013.1295

12. Gröger V 和 Cynis H。人类内源性逆转录病毒及其在自身免疫性疾病(如多发性硬化症)发展中的推定作用。 前微生物。 (2018); 9:265。DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00265

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拉杰夫·索尼
拉杰夫·索尼https://www.RajeevSoni.org/
Rajeev Soni 博士 (ORCID ID : 0000-0001-7126-5864) 拥有博士学位。 拥有英国剑桥大学生物技术学士学位,并在斯克里普斯研究所、诺华、诺维信、Ranbaxy、Biocon、Biomerieux 等全球多家机构和跨国公司工作 25 年,并担任美国海军研究实验室的首席研究员在药物发现、分子诊断、蛋白质表达、生物制造和业务发展方面。

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