Хората не биха съществували без вируси тъй като вирусният протеин играе ключова роля в развитието на човешкия ембрион. Въпреки това, понякога те представляват екзистенциални заплахи под формата на заболявания, както в случая на настоящата пандемия от COVID-19. По ирония на съдбата вирусите съставляват ~8% от нашия геном, който е придобит в хода на еволюцията, което ни прави „на практика химера“.
Без съмнение най-скандалната и ужасна дума на 2020 г. е "вирус'. Романът коронавирус е отговорен за настоящата безпрецедентна болест COVID-19 и почти срива на световната икономика. Всичко това е причинено от малка частица, която дори не се счита за „напълно“ жива, тъй като е в нефункционално състояние извън гостоприемника, като същевременно се запазва вътре само при заразяване на гостоприемника. По-изненадващ и шокиращ е фактът, че хората са носители на вирусните „гени“ от незапомнени времена и в момента вирусните гени съставляват ~8% от човешкия геном (1). Само за да представим това в перспектива, само ~1% човешки геном е функционално активен, отговорен за производството на протеини, които определят кои сме.
Историята на връзката между хората и вируси started 20-100 million years ago when our ancestors got infected by вируси. Each endogenous retrovirus family is derived from a single infection of the germline cells by an exogenous retrovirus that after integrating into our ancestor, expanded and evolved (2). The propagation followed by the horizontal transfer from parents to offspring and today we have these viral genomes embedded in our DNA as human endogenous retroviruses (HERVs). This is a continuous process and may even be happening at the moment. Over the course of evolution, these HERVs acquired mutations, became stabilised in the human genome and lost their ability to cause the disease. The endogenous ретровируси are not only present in humans but are omnipresent in all living organisms. All these endogenous retroviruses grouped into three classes (Class I, II and III) occurring across different animal species exhibit a phylogenetic relationship based on their sequence similarity (3) as depicted in Figure below. HERVs belong to the Class I group.
Of the various embedded retroviruses present in the human genome, a classic example worth mentioning here, is that of a retroviral protein that is highly fusogenic envelope protein called syncytin, (5) whose original function in the вирус was to fuse with host cells to cause infection. This protein has now been adapted in humans to form placenta (fusion of cells to make multinucleated cells) that not only provides food to foetus from the mother during pregnancy but also protects the foetus from the mother’s immune system due to the immunosuppressive nature of the syncytin protein. This particular HERV has proven to be beneficial to the human race by defining its very existence.
HERVs have also been implicated in providing innate immunity to the host by preventing further infection from related viruses or reducing the severity of the disease upon re-infection by similar type of вируси. A 2016 review by Katzourakis and Aswad (6) describes that endogenous viruses can act as regulatory elements for genes that control immune function, thereby leading to immunity development. In the same year, Chuong et al (7) demonstrated that certain HERVs act as regulatory enhancers by modulating the expression of IFN (interferon) inducible genes thereby providing innate immunity. HERV expression products can also act as pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), triggering the cellular receptors responsible for host first line of defences (8-10).
Друг интересен аспект на HERVs е, че някои от тях показват инсерционни полиморфизми, т.е. различен брой копия присъстват в генома поради събития на вмъкване. Изследване на 20 субекта, принадлежащи към различни етнически групи, разкрива модели на полиморфизъм на вмъкване между 0-87% при всички субекти (11). Това може да има последици за причиняване на заболявания чрез активиране на определени гени, които иначе са тихи.
Доказано е също, че някои HERV са свързани с развитието на автоимунни заболявания като множествена склероза (12). При нормални физиологични условия експресията на HERV е строго регулирана, докато при патологични състояния поради промени във външната/вътрешната среда, хормоналните промени и/или микробното взаимодействие могат да причинят дисрегулация на експресията на HERV, което води до заболяване.
Горните характеристики на HERV предполагат, че не само тяхното присъствие в човешкия геном е неизбежно, но те притежават способността да регулират хомеостазата на имунната система чрез активиране или потискане, като по този начин причиняват различни ефекти (от благоприятни към причиняване на заболяване) в домакини.
The COVID-19 pandemic is also caused by a retrovirus SARS-nCoV-2, that belongs to the influenza family, and it may be plausible that, during the course of evolution, genomes related to this family of вируси got integrated into the human genome and are now present as HERVs. It is surmised that these HERVs might exhibit different polymorphisms, as mentioned above, among people of different ethnicity. These polymorphisms may be in the form of differential copy number of these HERVs and/or presence or absence of mutations (changes in the genome sequence) accumulated over a period of time. This variability in the integrated HERVs may offer an explanation for the differential mortality rates and the severity of COVID-19 disease in different countries effected by the pandemic.
***
Литература:
1. Griffiths DJ 2001. Ендогенни ретровируси в последователността на човешкия геном. Геном Биол. (2001); 2(6) Рецензии 1017. DOI: https://doi.org/10.1186/gb-2001-2-6-reviews1017
2. Boeke, JD; Стойе, JP (1997). „Ретротранспозони, ендогенни ретровируси и еволюцията на ретроелементите“. In Coffin, JM; Хюз, SH; Вармус, Н. П. (ред.). Ретровируси. Лабораторна преса Cold Spring Harbor. PMID 21433351.
3. Vargiu L, et al. Класификация и характеризиране на човешки ендогенни ретровируси; мозаечни форми са често срещани. Ретровирусология (2016); 13: 7. DOI: 10.1186 / s12977-015-0232-у
4. Classes_of_ERVs.jpg: Jern P, Sperber GO, Blomberg J (производна работа: Fgrammen (беседа)), 2010 г. Предлага се онлайн на https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Classes_of_ERVs.svg Посетен на 07 май 2020 г
5. Blond, JL; Lavillette, D; Cheynet, V; Bouton, O; Oriol, G; Chapel-Fernandes, S; Mandrandes, S; Mallet, F; Cosset, FL (7 April 2000). “An envelope glycoprotein of the human endogenous ретровирус HERV-W is expressed in the human placenta and fuses cells expressing the type D mammalian retrovirus receptor”. J. Virol. 74 (7): 3321–9. DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.74.7.3321-3329.2000.
6. Katzourakis A, and Aswad A. Evolution: Endogenous Вирусите Provide Shortcuts in Antiviral Immunity. 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. Регулаторна еволюция на вродения имунитет чрез коопция на ендогенни ретровируси. Наука (2016) том. 351, брой 6277, стр. 1083-1087. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aad5497
8. Wolff F, Leisch M, Greil R, Risch A, Pleyer L. Ночът с две остриета на (ре)експресията на гени чрез хипометилиращи агенти: от вирусна мимикрия до експлоатация като първични агенти за целенасочена модулация на имунната контролна точка. Cell Commun Signal (2017) 15:13. DOI: https://doi.org/10.1186/s12964-017-0168-z
9. Hurst TP, Magiorkinis G. Activation of the innate immune response by endogenous ретровируси. 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. Инхибирането на метилирането на ДНК причинява интерферонов отговор при рак чрез dsRNA, включително ендогенни ретровируси. Cell (2015) 162:974–986. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.07.011
11. Mehrab G, Sibel Y, Kaniye S, Sevgi M and Nermin G. Human endogenous ретровирус-H insertion screening. Molecular Medicine Reports (2013). DOI: https://doi.org/10.3892/mmr.2013.1295
12. Gröger V и Cynis H. Човешки ендогенни ретровируси и тяхната предполагаема роля в развитието на автоимунни заболявания като множествена склероза. Преден микробиол. (2018 г.); 9: 265. DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.00265
***
