Хората would not have existed without вируси because viral protein plays a key role in the development of човешки embryo. However, at times, they pose existential threats in the form of diseases as in the case of current COVID-19 pandemic. Ironically, вируси comprise ~8% of our genome, that has been acquired during the course of evolution, making us “virtually a chimera”.
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 have been carrying the viral “genes” since times immemorial and currently viral genes constitutes ~8% of the човешки genome (1). Just to put this in perspective, only ~1% човешки genome is functionally active responsible for making proteins that determine who we are.
The story of relationship between хората намлява вируси започна преди 20-100 милиона години, когато нашите предци са се заразили от 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 човешки 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 човешки genome and lost their ability to cause the disease. The endogenous ретровируси are not only present in хората 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 човешки 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 хората 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 човешки race by defining its very existence.
HERVs have also been implicated in providing innate immunity to the host by preventing further infection from related вируси 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 вируси 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.
The above characteristics of HERVs suggest that not only their presence in човешки genome is inevitable but they possess the ability to regulate the homeostasis of the immune system either by activating or suppressing it, thereby causing differential effects (from being beneficial to causing a disease) in hosts.
Пандемията от COVID-19 също се причинява от ретровирус SARS-nCoV-2, който принадлежи към семейството на грипа, и може да е правдоподобно, че в хода на еволюцията геномите, свързани с това семейство вируси got integrated into the човешки 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. Endogenous retroviruses in the човешки genome sequence. Genome Biol. (2001); 2(6) Reviews 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. Classification and characterization of човешки endogenous retroviruses; mosaic forms are common. Retrovirology (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 човешки ендогенен ретровирус HERV-W се експресира в човешката плацента и слива клетки, експресиращи тип D ретровирусен рецептор на бозайници. J. Virol. 74 (7): 3321–9. DOI: https://doi.org/10.1128/jvi.74.7.3321-3329.2000.
6. Кацуракис А и Асуад А. Еволюция: Ендогенна Вирусите Осигурете преки пътища за антивирусен имунитет. Актуална биология (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. Активиране на вродения имунен отговор от ендогенни 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 и Nermin G. Human endogenous ретровирус-H скрининг на вмъкване. Доклади за молекулярна медицина (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
***
