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4.11.3: Virus a DNA a doppio filamento - Herpesvirus - Biologia


I virus dell'herpes causano un'ampia gamma di infezioni ricorrenti e latenti tra cui l'herpes orale e genitale, il citomegalovirus e la varicella.

obiettivi formativi

  • Riconoscere gli attributi dei virus dell'herpes

Punti chiave

  • Herpesviridae è una grande famiglia di virus a DNA che causano malattie negli animali, compreso l'uomo.
  • La struttura dei virus dell'herpes è costituita da un genoma di DNA lineare a doppia elica relativamente grande racchiuso all'interno di una gabbia proteica icosaedrica chiamata capside, che è avvolta in un doppio strato lipidico chiamato involucro.
  • I virus dell'herpes notevoli includono i virus dell'herpes simplex 1 e 2, il virus della varicella zoster (l'agente eziologico del fuoco di Sant'Antonio e della varicella), il citomegalovirus e il virus del sarcoma di Kaposi.
  • Non esiste un metodo per sradicare il virus dell'herpes dal corpo, ma i farmaci antivirali, come l'aciclovir, possono ridurre la frequenza, la durata e la gravità delle epidemie.

Parole chiave

  • tegumento: Rivestimento naturale del corpo o di un organo corporeo.
  • capside: Il guscio proteico esterno di un virus.
  • virione: Una singola particella di un virus (l'equivalente virale di una cellula).

Herpesviridae è una grande famiglia di virus a DNA che causano malattie negli animali, compreso l'uomo. I membri di questa famiglia sono anche conosciuti come virus dell'herpes. Il nome della famiglia deriva dalla parola greca herpes (“to creep”), con riferimento alle infezioni latenti e ricorrenti tipiche di questo gruppo di virus.

I virus dell'herpes animale condividono tutti alcune proprietà comuni. La struttura di questi virus è costituita da un genoma di DNA lineare a doppia elica relativamente grande racchiuso all'interno di una gabbia proteica icosaedrica chiamata capside, che è avvolto in un doppio strato lipidico chiamato involucro. L'involucro è unito al capside mediante un tegumento. Questa particella completa è nota come virione. HSV-1 e HSV-2 contengono ciascuno almeno 74 geni all'interno dei loro genomi, sebbene la speculazione sull'affollamento genico consenta fino a 84 geni codificanti proteine ​​unici per 94 fotogrammi di lettura della penna putativi. Questi geni codificano per una varietà di proteine ​​coinvolte nella formazione del capside, del tegumento e dell'involucro del virus, oltre a controllare la replicazione e l'infettività del virus.

Tipi di virus dell'herpes

Ci sono nove distinti virus dell'herpes che causano malattie negli esseri umani:

  • HHV‑1 Herpes simplex virus-1 (HSV-1)
  • HHV-2 Herpes simplex virus-2 (HSV-2)
  • HHV-3 Virus della varicella zoster (VZV)
  • HHV-4 Virus di Epstein-Barr (EBV)
  • Citomegalovirus HHV-5 (CMV)
  • HHV-6A/B Roseolovirus, virus linfotropico dell'herpes
  • HHV-7 Pitiriasi rosea
  • Herpesvirus associato al sarcoma di Kaposi HHV-8

Di particolare interesse includono HSV-1 e HSV-2, che causano herpes orale e/o genitale, HSV-3 che causa varicella e fuoco di Sant'Antonio, e HHV-5 che causa sintomi simili alla mononucleosi e HHV-8 che causa il sarcoma di Kaposi , un cancro dell'epitelio linfatico.

L'infezione è causata da uno stretto contatto con un individuo infetto. L'infezione inizia quando una particella virale entra in contatto con la cellula bersaglio specifica del singolo virus dell'herpes. Le glicoproteine ​​virali legano le molecole dei recettori della superficie cellulare sulla superficie cellulare, seguite dall'internalizzazione e dal disassemblaggio del virione. Il DNA virale migra quindi nel nucleo cellulare dove avviene la replicazione del DNA virale e la trascrizione dei geni virali.

Durante l'infezione sintomatica, le cellule infette trascrivono i geni virali litici. In alcune cellule ospiti, un piccolo numero di geni virali chiamati trascrizioni associate alla latenza accumulare invece. In questo modo, il virus può persistere nella cellula (e quindi nell'ospite) indefinitamente. Mentre l'infezione primaria è spesso accompagnata da un periodo di malattia clinica autolimitante, la latenza a lungo termine è priva di sintomi.

Riattivazione di virus latenti

Questo è stato implicato in una serie di malattie (ad esempio herpes zoster, pitiriasi rosea). Dopo l'attivazione, la trascrizione dei geni virali passa da trascrizioni associate alla latenza a più geni litici; questi portano a una maggiore replicazione e produzione di virus. Spesso, l'attivazione litica porta alla morte cellulare. Clinicamente, l'attivazione litica è spesso accompagnata dall'emergere di sintomi non specifici come febbre di basso grado, mal di testa, mal di gola, malessere ed eruzione cutanea, nonché segni clinici come linfonodi ingrossati o doloranti e risultati immunologici come livelli ridotti di cellule natural killer.

Non esiste un metodo per sradicare il virus dell'herpes dal corpo, ma farmaci antivirali, come aciclovir, può ridurre la frequenza, la durata e la gravità delle epidemie. Analgesici come ibuprofene e acetaminofene può ridurre il dolore e la febbre. Trattamenti anestetici topici come prilocaina, lidocaina, benzocaina o tetracaina può anche alleviare il prurito e il dolore.


Citazione: Kobiler O, Weitzman MD (2019) Compartimenti di replicazione del virus Herpes simplex: dal rilascio nudo alla ricombinazione insieme. PLoS Pathog 15(6): e1007714. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007714

Editore: Katherine R. Spindler, Facoltà di Medicina dell'Università del Michigan, STATI UNITI

Pubblicato: 3 giugno 2019

Diritto d'autore: © 2019 Kobiler, Weitzman. Questo è un articolo ad accesso aperto distribuito secondo i termini della Creative Commons Attribution License, che consente l'uso, la distribuzione e la riproduzione senza restrizioni con qualsiasi mezzo, a condizione che l'autore e la fonte originali siano citati.

Finanziamento: Gli studi sulla replicazione dell'HSV nel laboratorio di Kobiler sono supportati da fondi per OK della Israel Science Foundation (ISF 1387/14), una sovvenzione CIG dell'UE (FP7-2012-333653) e una borsa di ricerca Marguerite Stolz. La ricerca sui compartimenti di replicazione dell'HSV è supportata nel laboratorio Weitzman da sovvenzioni a MDW dal National Institutes of Health (NS082240 e AI115104) e fondi dal Children's Hospital di Philadelphia. Il lavoro tra i due laboratori è supportato dalla United States-Israel Binational Science Foundation (BSF 2015395). I finanziatori non hanno avuto alcun ruolo nella progettazione dello studio, nella raccolta e nell'analisi dei dati, nella decisione di pubblicare o nella preparazione del manoscritto.

Interessi conflittuali: Gli autori hanno dichiarato che non esistono interessi concorrenti.


Contenuti

Durante il 1986, Syed Zaki Salahuddin, Dharam Ablashi e Robert Gallo hanno coltivato cellule mononucleate del sangue periferico da pazienti con AIDS e malattie linfoproliferative. Sono state documentate cellule di breve durata, grandi e rifrangenti che contenevano frequentemente corpi inclusi intranucleari e/o intracitoplasmatici. La microscopia elettronica ha rivelato un nuovo virus che hanno chiamato Human B-Lymphotrophic Virus (HBLV). [8] [9]

Poco dopo la sua scoperta, Ablashi et al. ha descritto cinque linee cellulari che possono essere infettate dall'HBLV appena scoperto. Hanno pubblicato che HSB-2, una particolare linea di cellule T, è altamente suscettibile alle infezioni. La ricerca pionieristica di Ablashi si è conclusa suggerendo di cambiare il nome del virus da HBLV a HHV-6, in accordo con la classificazione provvisoria pubblicata dei virus dell'herpes. [10] [11]

Anni dopo, HHV-6 è stato suddiviso in sottotipi. Le prime ricerche (1992) hanno descritto due varianti molto simili, ma uniche: HHV-6A e HHV-6B. La distinzione è stata giustificata a causa delle scissioni dell'endonucleasi di restrizione uniche, delle reazioni degli anticorpi monoclonali, [12] e dei modelli di crescita. [13]

L'HHV-6A comprende diversi ceppi di origine adulta e il suo spettro patologico non è ben definito, anche se alcuni ritengono che sia più neurovirulento. [14] [15] L'HHV-6B è comunemente rilevato nei bambini con roseola infantum, poiché è l'agente eziologico di questa condizione. All'interno di questi due virus c'è un'omologia di sequenza del 95%. [16]

Nel 2012, HHV-6A e HHV-6B sono stati ufficialmente riconosciuti come specie distinte. [1]

HHV-6A e HHV-6B sono stati riconosciuti dall'International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV) come specie distinte nel 2012. I Roseolovirus umani includono HHV-6A, HHV-6B e HHV-7. [1]

Herpesvirus è stato istituito come genere nel 1971 nel primo rapporto dell'ICTV. Questo genere consisteva di 23 virus suddivisi in 4 gruppi. [17] Nel 1976 è stato pubblicato un secondo rapporto dell'ICTV in cui questo genere è stato elevato a livello familiare - il erpetoviridae. A causa della possibile confusione con i virus derivati ​​dai rettili, il cognome è stato cambiato nel terzo rapporto (1979) in herpesviridae. In questo rapporto, la famiglia Herpesviridae era divisa in 3 sottofamiglie (alfaherpesvirinae, betaherpesvirinae e gammaherpesvirinae) e 5 virus di genere 21 senza nome sono stati riconosciuti come membri della famiglia. [18]

Nel 2009, l'ordine Herpesvirales è stata creata. Ciò è stato reso necessario dalla scoperta che i virus dell'herpes di pesci e molluschi sono solo lontanamente imparentati con quelli di uccelli e mammiferi. Ordine Herpesvirales contiene tre famiglie, la Herpesviridae, che contiene gli herpesvirus da tempo riconosciuti di mammiferi, uccelli e rettili, oltre a due nuove famiglie: la famiglia Alloherpesviridae che incorpora i virus dell'herpes di pesci ossei e rane, e la famiglia Malacoherpesviridae che contiene virus di molluschi. [19]

A partire dal 2012, questo ordine ha attualmente 3 famiglie, 4 sottofamiglie (1 non assegnato), 18 generi (4 non assegnati) e 97 specie. [1]

Il diametro di un virione HHV-6 è di circa 2000 angstrom. [9] La porzione esterna del virione è costituita da una membrana a doppio strato lipidico che contiene glicoproteine ​​virali ed è derivata da quella dell'ospite. Al di sotto di questo involucro di membrana c'è un tegumento che circonda un capside icosaedrico, composto da 162 capsomeri. Il capside protettivo di HHV-6 contiene DNA lineare a doppio filamento.

Durante la maturazione dei virioni HHV-6, le membrane cellulari umane vengono utilizzate per formare involucri lipidici virali (come è caratteristico di tutti i virus con involucro). Durante questo processo l'HHV-6 utilizza le zattere lipidiche, che sono microdomini membranosi arricchiti da colesterolo, sfingolipidi e proteine ​​ancorate al glicosilfosfatidilinositolo. [20] I primi ricercatori sospettavano che i virioni dell'HHV-6 maturino nel nucleo, alcuni lo hanno persino pubblicato erroneamente, poiché hanno generalizzato e applicato all'HHV-6 ciò che si sapeva di altri virus. Tuttavia, ricerche pubblicate nel 2009 suggeriscono che il virus HHV-6 utilizza vescicole derivate dalla rete trans-Golgi per l'assemblaggio. [20]

Il materiale genetico di HHV-6 è composto da DNA lineare (circolare durante un'infezione attiva), a doppio filamento che contiene un'origine di replicazione, due terminali di ripetizione diretti sinistro e destro di 8-10 kb e un segmento unico che è 143-145 kb . [22]

L'origine della replicazione (spesso etichettata come "oriLyt" in letteratura) è dove inizia la replicazione del DNA. [21] I termini di ripetizione diretta (DRl e DRR) possiedono una sequenza TTAGGG ripetuta, identica a quella dei telomeri umani. La variabilità nel numero di ripetizioni telomeriche è osservata nell'intervallo 15-180. [23] [24] Questi terminali contengono anche segnali di clivaggio e impacchettamento di pac-1 e pac-2 che sono conservati tra gli herpesvirus.

Il segmento unico contiene sette blocchi genici principali (U27-U37, U38-U40, U41-U46, U48-U53, U56-U57, U66EX2-U77 e U81-U82), [21] che è anche caratteristico degli herpesvirus. Questi geni conservati codificano per proteine ​​coinvolte nella replicazione, nella scissione e nel confezionamento del genoma virale in un virione maturo. [23] Inoltre, codificano per un certo numero di proteine ​​immunomodulatorie. Il segmento unico possiede anche un blocco di geni (U2-U19) che sono conservati tra HHV-6, HHV-7 e Cytomegalovirus (i betaherpesvirus). Alcuni dei geni del segmento univoco sono associati, ad esempio, alla famiglia HCMV US22 (InterPro: IPR003360). La tabella seguente illustra alcune delle loro proprietà note. [21]

Geni Modifica

Gene Palcoscenico Proprietà
IE-A (IE1? U89?) Immediato in anticipo Parte del locus IE [25] - altera l'espressione del gene dell'interferone per limitare lo sviluppo di misure antivirali cellulari, favorendo un'infezione di successo - non nella membrana - attiva le DNA polimerasi virali, coinvolte nella replicazione del circolo rotante - l'espressione di questo gene può essere modulata da micro RNA [26]
IE-B Immediato presto Parte del locus IE [25] Attiva la DNA polimerasi virale, coinvolta nella replicazione del rolling circle
DR1 Famiglia di geni HCMV US22
DR6 Famiglia di geni HCMV US22, transattivatore, oncogene
DR7/U1 Dominio SR, attività di trasformazione maligna, si lega a p53
U2 Famiglia di geni HCMV US22 — proteina del tegumento
U3 Omologo HCMV UL24, famiglia genica HCMV US22, proteina tegumentale — attività transattivante [25]
U4 Resistenza all'HCMV Maribavir
U7 Famiglia di geni HCMV US22
U10 famiglia dUTPase
U11 Proteina virionica fortemente immunoreattiva [21] — proteina antigenica del tegumento
U12 Recettore accoppiato a proteine ​​chemochine G
U13 CMV: reprime la trascrizione US3
U14 Lega e incorpora p53 nelle particelle virali - famiglia di geni HCMV UL25 - proteina antigenica del tegumento
U15 Famiglia di geni HCMV UL25
U17 Famiglia di geni HCMV UL25 — proteina del tegumento
U18 IE-B Glicoproteina di membrana
U19 proteina IE-B Glicoproteina
U20 Glicoproteina (specifica per Roseolovirus) struttura immunoglobulinica prevista
U21 Si lega alle molecole MHC-1 e impedisce alle cellule che presentano l'antigene di presentare i peptidi HHV-6 - glicoproteina, sottoregola l'HLA I (specifico per Roseolovirus)
U22 Gene tardivo Glicoproteina (assente da HHV-7, specifica per Roseolovirus)
U23 Glicoproteina (specifica per Roseolovirus)
U24 Inibisce la corretta attivazione delle cellule T, riducendo la secrezione di citochine nel sito di infezione — bersaglio di fosforilazione per le chinasi — glicoproteina M (gM) (specifica per Roseolovirus)
U25 Famiglia di geni HCMV UL22, proteina del tegumento
U26 Ipotetica proteina transmembrana multipla
U27 Fabbrica di processività della DNA polimerasi
U28 Ribonucleotide reduttasi subunità grande, proteina del tegumento
U29 Assemblaggio del capside e maturazione del DNA
U30 Proteina del tegumento
U31 Proteina del grande tegumento
U32 Proteina del capside, punte di esoni
U33 Proteina del virione
U34 Fosfoproteina associata alla membrana, involucro primario
U35 Componente terminase, confezione del DNA
U36 Confezione DNA
U37 Proteina del tegumento, involucro primario, fosfoproteina
U38 DNA polimerasi
U39 (gB, gp116) Glicoproteina
U40 Trasporto, montaggio del capside
U41 Gene precoce Principali proteine ​​leganti il ​​DNA
U42 Proteina del tegumento, blocco del ciclo cellulare, transattivatore
U43 Complesso DNA elicasi-primasi
U44 Proteina del tegumento
U45 dUTPase
U46 Glicoproteina N, proteina di membrana
U47 (vai, O) La glicoproteina O, associata ai raft lipidici, esiste in due forme, gO-120K e gO-80K, e gO-80K contiene oligosaccaridi complessi di tipo N-linked che sono incorporati nelle particelle virali
U48 (gH, gp100) Glicoproteina gH, costituente del virione, parte del complesso ligando CD46 gQ1/gQ2/gL/gH, si associa a zattere lipidiche
U49 Proteina regolatrice associata al virione, proteina di fusione
U50 Confezione DNA
U51 Gene precoce Il recettore delle chemochine accoppiato a proteine ​​G, che impedisce l'espressione, riduce notevolmente la replicazione - aumenta i livelli intracellulari di inositolo fosfato secondo messaggero, promuove la chemiotassi - gene precoce, insieme a U41 e U69 [7]
U52
U53 Proteasi, [25] proteina di assemblaggio del capside
U54 Proteina del tegumento, transattivatore del virione
U55 Ruolo nella sintesi dell'RNA, dUTPasi
U56 proteine ​​del capside
U57 Principali proteine ​​del capside
U58
U59 Proteina del tegumento
U61
U62
U63
U64 Imballaggio del DNA: proteine ​​del tegumento
U65 Proteina del tegumento
U66 Termina componente
U69 Gene precoce Proteina chinasi del tegumento (Ganciclovir chinasi) coinvolta nella replicazione [25]
U70 Esonucleasi alcalina
U71 Proteina virionica miristilata
U72 (GM) Glicoproteina M
U73 Proteina legante l'origine
U74 Complesso DNA elicasi-primasi
U75 Proteina del tegumento
U76 Imballaggio del DNA, proteina virionica
U77 Complesso elicasi-primasi
U79 Attivazione trascrizionale
U80 Struttura prevista dell'immunoglobulina
U81 Uracil-DNA glicosilasi
U82 (gL, gp80) Glicoproteina L, costituente del virione, parte del complesso ligando CD46 gQ1/gQ2/gL/gH, si associa a zattere lipidiche
U83 Glicoproteina chemiotattica secreta (chemiotattica), si lega ai recettori delle chemochine, recluta cellule ospiti che secernono chemochine specifiche per U51
U85 Glicoproteina (specifica per Roseolovirus)
U86 IE-2 Transattivatore IE-2
U88 IE-A
U90 IE-A (IE 1) Transattivatore
U91 IE-A, Glicoproteina
U94 Latenza (gene precoce immediato o precoce) Coinvolto nella repressione trascrizionale dei geni litici - aiuta nell'integrazione specifica di HHV-6A/HHV-6B nei telomeri - altamente espresso durante la latenza - parvovirus rep omolog (assente in HHV-7)
U95 Famiglia di geni CMV US22 – colocalizza e interagisce con la proteina mitocondriale GRIM-19, un componente essenziale del sistema di fosforilazione ossidativa [7] – si lega al fattore nucleare-kappa B (NF-κB), la cui deregolamentazione è stata ipotizzata contribuire a cancro [14]
U100 (Gp82-105) Gene tardivo La glicoproteina Q, costituente del virione, si associa alle zattere lipidiche
gQ1 Glicoproteina, complessi con gH e gL per formare il ligando virale al recettore CD46 – modificato dalla N-glicosilazione – espresso in due diverse forme: una forma da 80 kDa (gQ1-80K) e una forma da 74 kDa (gQ1-74K) – solo gQ1-80K, ma non gQ1-74K, forma il complesso ligando CD46 con gQ2, gH e gL [27] Si associa ai raft lipidici.
gM1 Gangliosidi specifici per la zattera lipidica, incorporati nel virione
gQ2 La glicoproteina, forma il complesso gH/gL/gQ1/gQ2, parte del ligando del recettore – essenziale per la crescita virale, associata ai raft lipidici – esiste in due forme: gQ2-34K e gQ2-37K
Micro RNA hhv6b-miR-Ro6-1, -Ro6-2, -Ro6-3 e -Ro6-4. Può regolare la trascrizione precoce
P100 alias p101 Immunogeno, costituente del tegumento
ORF-1 (DR7) Lega e inibisce l'attività trascrizionale di p53 – può trasformare i cheratinociti epidermici umani e le cellule NIH 3T3 in vitro – le cellule che esprimono la proteina ORF-1 producono fibrosarcomi quando iniettate in topi nudi

Recettore HHV-6 Modifica

Quando un virione HHV-6 extracellulare incontra le cellule umane, incontra il cluster proteico di differenziazione del recettore umano 46 (CD46), che svolge un ruolo nella regolazione del sistema del complemento. La proteina CD46 possiede una singola regione variabile, come risultato di splicing alternativo. Pertanto, esistono almeno quattordici isoforme di CD46, che legano tutte HHV-6a. [28]

La regione extracellulare di CD46 contiene quattro brevi ripetizioni di consenso di circa 60 amminoacidi che si ripiegano in un dominio beta-barile compatto circondato da anelli flessibili.[23] Come è stato dimostrato per CD46 con altri ligandi, la struttura della proteina CD46 si linearizza legandosi a HHV-6. Sebbene la loro interazione precisa non sia stata ancora determinata, è stato dimostrato che il secondo e il terzo dominio SCR sono necessari per il legame del recettore HHV-6 e l'ingresso cellulare.

Ligando del recettore HHV-6 Modifica

Mori et al. per primo ha identificato il prodotto genico gQ1, una glicoproteina unica di HHV-6, e ha scoperto che forma un complesso con le glicoproteine ​​gH e gL. [12] [29] Credevano che questo complesso eterotrimero servisse da ligando virale per CD46. [22] Poco dopo, un'altra glicoproteina denominata gQ2 è stata identificata e trovata essere parte del complesso del ligando gH/gL/gQ1, formando un eterotetramero che è stato identificato positivamente come ligando virale CD46. [29] L'esatto processo di ingresso non è ancora ben compreso.

Ghiandole salivari Modifica

Le ghiandole salivari sono state descritte come un serbatoio in vivo per l'infezione da HHV-6. [23]

Leucociti Modifica

I ricercatori [30] hanno condotto uno studio per dimostrare che le cellule T sono altamente infettabili da HHV-6.

Sistema nervoso Modifica

Durante l'anno 2011, i ricercatori del National Institutes of Health hanno tentato di chiarire il metodo allora sconosciuto con cui l'HHV-6a entra nel sistema nervoso. Pertanto, hanno autopsiato il cervello di circa 150 soggetti. Quando varie regioni anatomiche sono state analizzate per la loro carica virale, è stato riscontrato che i tessuti olfattivi avevano il più alto contenuto di HHV-6. Hanno concluso che questi tessuti sono il punto di ingresso per HHV-6a. [16]

I risultati di cui sopra sono coerenti con quelli di studi precedenti che hanno coinvolto l'HSV-1 (e un certo numero di altri virus), che si diffonde anche nel SNC attraverso il tessuto olfattivo. [31]

I ricercatori hanno anche ipotizzato che le cellule olfattive di rivestimento (OEC), un gruppo di cellule gliali specializzate presenti nella cavità nasale, possano avere un ruolo nell'infettività dell'HHV-6. [16] Sospettavano questa associazione come risultato di OEC con proprietà simili a quelle degli astrociti, un altro tipo di cellula gliale che era stata precedentemente identificata come suscettibile all'infezione da HHV-6. [32] La ricerca è proseguita infettando gli OEC in vitro con entrambi i tipi di HHV-6. In definitiva, solo gli OEC in cui è stato utilizzato l'HHV-6a sono risultati positivi per i segni di sintesi virale de novo, come è anche caratteristico degli astrociti. [32]

Una volta dentro, sono stati descritti due esiti: infezioni attive e inattive.

Infezione attiva Modifica

Le infezioni attive coinvolgono il genoma lineare del dsDNA che circola mediante legami covalenti end-to-end. Questo processo è stato segnalato per la prima volta per il virus dell'herpes simplex. [24] Una volta circolarizzato, l'HHV-6 inizia ad esprimere i cosiddetti geni "immediati precoci". Si ritiene che questi prodotti genici siano attivatori della trascrizione [7] e possano essere regolati dall'espressione di micro RNA virali. [26] La successiva espressione di "geni precoci" si verifica quindi e attiva, ad esempio, le DNA polimerasi virali. I primi geni sono anche coinvolti nella replicazione del circolo rotante che segue. [23]

La replicazione dell'HHV-6 porta alla formazione di concatemeri, che sono lunghe molecole che contengono diverse ripetizioni di una sequenza di DNA. [33] Questi lunghi concatemeri vengono quindi scissi tra le regioni pac-1 e pac-2 dai ribozimi per il confezionamento del genoma in singoli virioni. [24]

Infezione inattiva Modifica

Non tutte le cellule appena infettate iniziano la replicazione circolare. Gli herpesvirus possono entrare in uno stadio latente, infettando in modo inattivo il loro ospite umano. Dalla sua scoperta nel 1993, questo fenomeno è stato riscontrato tra tutti i betaherpesvirus. [34]

Altri betaherpesvirus stabiliscono la latenza come episoma nucleare, che è una molecola di DNA circolare (analoga ai plasmidi). Per HHV-6, si ritiene che la latenza avvenga esclusivamente attraverso l'integrazione di ripetizioni telomeriche virali nelle regioni subtelomeriche umane. [15] Solo un altro virus, il virus della malattia di Marek, è noto per raggiungere la latenza in questo modo. [7] Questo fenomeno è possibile a causa delle ripetizioni telomeriche trovate all'interno dei terminali di ripetizione diretta del genoma di HHV-6.

Il terminale destro della ripetizione diretta si integra tra 5 e 41 ripetizioni telomeriche umane e lo fa preferibilmente nell'estremità prossimale [35] dei cromosomi 9, 17, 18, 19 e 22, ma è stato anche occasionalmente trovato nei cromosomi 10 e 11. [33] Si sospetta che quasi 70 milioni di individui siano portatori di HHV-6 cromosomicamente integrato. [15] [33]

Un certo numero di geni espressi da HHV-6 sono unici per la sua fase di latenza inattiva. Questi geni implicano il mantenimento del genoma e l'evitare la distruzione della cellula ospite. [35] Ad esempio, si ritiene che la proteina U94 reprima i geni coinvolti nella lisi cellulare (apoptosi) e possa anche favorire l'integrazione telomerica. [23] Una volta immagazzinato nei telomeri umani, il virus viene riattivato a intermittenza. [35]

Riattivazione Modifica

I trigger specifici per la riattivazione non sono ben compresi. Alcuni ricercatori hanno suggerito che potrebbero essere coinvolti lesioni, stress fisico o emotivo e squilibri ormonali. [36]

I ricercatori nel corso del 2011 hanno scoperto che la riattivazione può essere attivata positivamente in vitro dagli inibitori dell'istone deacetilasi. Una volta iniziata la riattivazione, viene avviato il processo del cerchio rotante e vengono formati i concatenatori come descritto sopra. [23]

Interazioni Modifica

L'herpesvirus umano 6 vive principalmente sugli esseri umani e, mentre le varianti del virus possono causare malattie da lievi a fatali, può vivere commensalmente sul suo ospite. [13] È stato dimostrato che l'HHV-6 favorisce la progressione dell'HIV-1 in seguito alla coinfezione nelle cellule T. [37] HHV-6 sovraregola l'espressione del recettore primario dell'HIV CD4, ampliando così la gamma di cellule sensibili all'HIV. Diversi studi hanno anche dimostrato che l'infezione da HHV-6 aumenta la produzione di citochine infiammatorie che migliorano l'espressione in vitro dell'HIV-1, come TNF-alfa, [38] IL-1 beta e IL-8. [39] Uno studio in vivo più recente mostra che la coinfezione da HHV-6A accelera notevolmente la progressione dall'HIV all'AIDS nei macachi dal codino. [40]

È stato anche dimostrato che l'HHV-6 transattiva il virus di Epstein-Barr. [31]

Età Modifica

Gli esseri umani acquisiscono il virus in tenera età, alcuni già a meno di un mese di età. Le infezioni primarie da HHV-6 rappresentano fino al 20% delle visite al pronto soccorso infantile per la febbre negli Stati Uniti [41] [42] e sono associate a diverse complicanze più gravi, come encefalite, linfoadenopatia, miocardite e mielosoppressione. La prevalenza del virus nell'organismo aumenta con l'età (i tassi di infezione sono più alti tra i bambini tra i 6 e i 12 mesi) e si ipotizza che ciò sia dovuto alla perdita di anticorpi materni in un bambino che lo proteggono dalle infezioni . [13]

Ci sono incongruenze con le correlazioni tra età e sieropositività: secondo alcuni rapporti c'è una diminuzione della sieropositività con l'aumento dell'età, mentre alcuni non indicano un calo significativo, e altri riportano un aumento del tasso di sieropositività per gli individui di età pari o superiore a 62 anni. Dopo l'infezione primaria, la latenza si stabilisce nelle ghiandole salivari, nelle cellule staminali ematopoietiche e in altre cellule ed esiste per tutta la vita dell'ospite.

Distribuzione geografica Modifica

Il virus è noto per essere diffuso in tutto il mondo. È stato riportato un tasso di infezione da HHV-6 del 64-83% all'età di 13 mesi in paesi come Stati Uniti, Regno Unito, Giappone e Taiwan. [13] [43] Gli studi hanno riscontrato che la sieroprevalenza varia "dal 39 all'80% circa tra le popolazioni adulte etnicamente diverse di Tanzania, Malesia, Tailandia e Brasile". [13] Non ci sono differenze significative tra i gruppi etnici che vivono nella stessa posizione geografica o tra i sessi. Mentre l'HHV-6B è presente in quasi tutte le popolazioni del mondo, l'HHV-6A sembra essere meno frequente in Giappone, Nord America ed Europa. [13]

Modifica trasmissione

Si ritiene che la trasmissione avvenga più frequentemente attraverso lo spargimento di particelle virali nella saliva. Sia l'HHV-6B che l'HHV-7 si trovano nella saliva umana, essendo il primo a una frequenza inferiore. Gli studi riportano tassi variabili di prevalenza dell'HHV-6 nella saliva (tra il 3-90%), [13] e hanno anche descritto le ghiandole salivari come un serbatoio in vivo per l'HHV-6. Il virus infetta le ghiandole salivari, stabilisce la latenza e si riattiva periodicamente per diffondere l'infezione ad altri ospiti. [23]

È stata anche descritta la trasmissione verticale, che si verifica in circa l'1% delle nascite negli Stati Uniti. [7] [44] Questa forma è facilmente identificabile poiché il genoma virale è contenuto all'interno di ogni cellula di un individuo infetto.

La diagnosi di infezione da HHV-6 viene eseguita con metodi sia sierologici che diretti. La tecnica più importante è la quantificazione del DNA virale nel sangue, in altri fluidi corporei e negli organi mediante PCR in tempo reale. [45]

La presentazione classica dell'infezione primaria da HHV-6b è come esantema subitum (ES) o "roseola", caratterizzato da un'alta temperatura seguita da un'eruzione cutanea. Tuttavia, uno studio (1997) ha indicato che un'eruzione cutanea non è una caratteristica distintiva dell'infezione da HHV-6, con tassi simili alle infezioni non-HHV-6 (10-20% dei bambini febbrili in entrambi i gruppi). Le infezioni da HHV-6 si presentano più frequentemente con temperature elevate (oltre 40 °C), a un tasso di circa due terzi rispetto a meno della metà nei pazienti non HHV-6. Allo stesso modo sono state osservate differenze significative nel malessere, nell'irritabilità e nell'infiammazione della membrana timpanica. [13]

L'infezione primaria negli adulti tende ad essere più grave. [13]

La diagnosi del virus, in particolare dell'HHV-6B, è vitale per il paziente a causa degli effetti negativi dell'infezione. I sintomi che indicano questa infezione, come le eruzioni cutanee, passano inosservati nei pazienti che ricevono antibiotici perché possono essere interpretati erroneamente come un effetto collaterale del medicinale. [13] L'HHV-6B è noto per essere associato alla malattia infantile roseola infantum, così come ad altre malattie causate dall'infezione. Questi includono epatite, convulsioni febbrili ed encefalite. I bambini che soffrono di esantema subitum, causato da un'infezione da HHV-6B, manifestano febbri che durano da 3 a 5 giorni eruzioni cutanee sul busto, collo e viso e talvolta convulsioni febbrili, tuttavia, i sintomi non sono sempre presenti insieme. Le infezioni primarie negli adulti sono rare poiché la maggior parte dei casi si verifica nei bambini. Quando l'infezione si verifica per la prima volta in un adulto, i sintomi possono essere gravi.

Il virus si riattiva periodicamente dal suo stato latente, con il DNA dell'HHV-6 rilevabile nel 20-25% degli adulti sani negli Stati Uniti. Nell'ambiente immunocompetente, queste riattivazioni sono spesso asintomatiche, ma negli individui immunodepressi possono esserci gravi complicazioni. La riattivazione dell'HHV-6 causa una grave malattia nei trapiantati e può portare al rigetto del trapianto, spesso in associazione con altri betaherpesviridae. Allo stesso modo nell'HIV/AIDS, le riattivazioni di HHV-6 causano infezioni disseminate che portano alla fine di malattie d'organo e morte. Sebbene fino al 100% della popolazione sia esposta (sieropositiva) all'HHV-6, la maggior parte entro i 3 anni di età, ci sono rari casi di infezioni primarie negli adulti. Negli Stati Uniti, questi sono stati collegati maggiormente all'HHV-6a, che si ritiene sia più patogeno e più neurotropico ed è stato collegato a diversi disturbi del sistema nervoso centrale.

L'HHV-6 è stato segnalato in pazienti con sclerosi multipla [46] ed è stato implicato come cofattore in diverse altre malattie, tra cui la sindrome da stanchezza cronica, [47] fibromialgia, AIDS, [48] neurite ottica, cancro e lobo temporale epilessia. [49]

Sclerosi multipla Modifica

La sclerosi multipla (SM) è una malattia autoimmune e infiammatoria del sistema nervoso che provoca la demielinizzazione degli assoni nel cervello e nel midollo spinale. La storia della SM nel contesto dell'HHV-6 è iniziata nel 1995 quando Peter Challoner, uno scienziato della PathoGenesis Corporation di Seattle, ha iniziato a cercare sequenze genetiche non umane nel cervello dei pazienti con SM. Ha trovato un'espressione insolitamente alta del DNA di HHV-6 all'interno degli oligodendrociti. Notò anche una maggiore concentrazione di cellule infette nelle aree in cui si era verificata la demielinizzazione. [50] La sua ricerca è stata probabilmente il primo studio pubblicato a suggerire un collegamento tra HHV-6 e MS.

Dati epidemiologici Modifica

La prevalenza della SM aumenta nelle popolazioni man mano che sono più lontane dall'Equatore. [51] [52] L'incidenza è tre volte superiore nei nati a 42 gradi di latitudine nord e superiori rispetto a quelli nati a 37 gradi nord e inferiori. Gli individui hanno anche meno probabilità di presentarsi con la SM da adulti se la loro infanzia è stata trascorsa in una regione a bassa incidenza. La possibilità di un agente infettivo causativo in associazione con la SM è stata valutata attraverso la lente di questi risultati epidemiologici.

Per spiegare i dati di cui sopra, sono state proposte due ipotesi. [53] La prima è nota come ipotesi della poliomielite e suggerisce che l'infezione in giovane età conferisce immunità, ma l'infezione adulta aumenta il rischio di SM. La seconda è nota come ipotesi di prevalenza e suggerisce che la SM sia causata da un agente patogeno più comune nelle regioni con alti tassi di SM. Questo agente patogeno sarebbe diffuso e causerebbe un'infezione asintomatica (latente) nella maggior parte degli individui. Solo raramente e anni dopo l'infezione primaria questo ipotetico agente causa i sintomi neurologici della SM. Una terza ipotesi essenzialmente combina questi due e suggerisce anche il coinvolgimento di più agenti patogeni. Il terzo può applicarsi meglio ai dati epidemiologici. [53] [54]

Possibile coinvolgimento virale Modifica

Anche il paradosso del virus Epstein-Barr (EBV) è degno di nota, poiché è stato riportato che HHV-6 transattiva EBV. [31] Gli individui hanno un rischio 10 volte inferiore di SM se sono sieronegativi per EBV. Tuttavia, tra gli individui positivi, quelli che acquisiscono l'infezione da EBV più tardi nella vita hanno un rischio 3 volte maggiore di SM.

La ricerca suggerisce che le infezioni virali possono essere ancora più legate alla SM. Gli anticorpi EBV negli individui sani rimangono costanti, mentre i livelli anticorpali negli individui che successivamente sviluppano la SM iniziano ad aumentare e stabilizzarsi tra i 20 ei 30 anni di età, indipendentemente dall'età di esordio.

Più specificamente per l'HHV-6, i ricercatori nel 2004 hanno scoperto che le fasi iniziali della SM sono associate ad alti livelli del virus attivo. [55] Poco dopo, i ricercatori hanno scoperto che i livelli di HHV-6 attivo sono elevati anche durante le ricadute/esacerbazioni della SM. [4]

I ricercatori hanno dimostrato che i livelli di anticorpi HHV-6 IgG1 e IgM sono elevati nei pazienti con SM rispetto ai controlli. [23] In effetti, una ricerca pubblicata nel 2014 ha rilevato che l'aumento dei titoli di IgG e IgM anti-HHV-6A/B è predittivo della ricaduta della SM. [56]

L'analisi dei dati epidemiologici, sierologici e immunologici di cui sopra supporta l'associazione tra un agente infettivo e la SM. Tuttavia, l'esatto meccanismo di una possibile influenza virale sulla manifestazione della SM è meno chiaro. Tuttavia, sono stati suggeriti alcuni meccanismi: mimetismo molecolare, vie di fosforilazione e citochine. [16] [57] [58] [59] [60]

Mimetismo molecolare Modifica

Il primo studio per indagare specificamente sulla demielinizzazione correlata all'HHV-6 è apparso in letteratura nel 1996, quando un bambino di 19 mesi precedentemente sano ha sviluppato un'encefalopatia acuta. I livelli della proteina basica della mielina erano elevati nel suo liquido cerebrospinale, suggerendo che si stava verificando la demielinizzazione. [57] Questo collegamento è stato quasi dimenticato, fino a quattro anni dopo, quando è stato pubblicato uno studio relativo alla SM che mostrava una prevalenza dell'HHV-6 del 90% tra i tessuti cerebrali demielinizzati. In confronto, solo il 13% dei tessuti cerebrali liberi da malattia possedeva il virus. [61]

L'ipotesi del mimetismo molecolare, in cui le cellule T confondono essenzialmente una proteina virale HHV-6 con la proteina basica della mielina, è apparsa per la prima volta in questo periodo. All'inizio dello sviluppo di questa ipotesi (2002), i ricercatori italiani hanno utilizzato la variante HHV-6a insieme alla proteina basica della mielina bovina per generare linee di cellule T cross-reattive. Questi sono stati confrontati con le cellule T di individui con SM e con quelle dei controlli e non è stata trovata alcuna differenza significativa tra i due. Le loro prime ricerche hanno suggerito che il mimetismo molecolare potrebbe non essere un meccanismo coinvolto nella SM. [58]

Pochi mesi dopo, i ricercatori negli Stati Uniti hanno creato un peptide sintetico con una sequenza identica a quella di un peptide HHV-6. Sono stati in grado di dimostrare che le cellule T sono state attivate da questo peptide. Queste cellule T attivate hanno anche riconosciuto e avviato una risposta immunitaria contro una sequenza peptidica creata sinteticamente che è identica a parte della proteina basica della mielina umana. Durante la loro ricerca, hanno scoperto che i livelli di queste cellule T cross-reattive sono significativamente elevati nei pazienti con SM. [59] La loro ricerca si è conclusa suggerendo che l'HHV-6 potrebbe effettivamente essere un agente eziologico per la SM.

Seguirono diversi studi simili. Uno studio dell'ottobre 2014 ha sostenuto il ruolo dell'infezione da HHV-6 a lungo termine con demielinizzazione nelle malattie neurologiche progressive. [62]

Vie di fosforilazione Modifica

La proteina basica della mielina (MBP) scambia regolarmente gruppi fosfato con l'ambiente e la sua capacità di farlo ha implicazioni per la corretta integrità della guaina mielinica. Più specificamente, due residui di treonina su MBP sono stati identificati come bersagli di fosforilazione della glicogeno sintasi chinasi e della proteina chinasi attivata da mitogeni. Si dice che la loro azione su MBP aiuti nella sua capacità di polimerizzare e legare la mielina. L'MBP fosforilato è anche più resistente a diverse proteasi. [60]

Tra gli individui con SM, è stato riscontrato che queste treonine bersaglio sono fosforilate meno spesso. Infatti, HHV-6 produce una proteina transmembrana, nota come U24, che è anche un bersaglio di fosforilazione delle chinasi menzionate in precedenza. Le nostre chinasi agiscono su una proteina HHV-6 grazie a una sequenza condivisa di sette amminoacidi (MBP92–104=IVTPRTPPPSQGK U241–13=MDPPRTPPPSYSE). Di conseguenza, le modifiche post-traduzionali essenziali potrebbero non verificarsi per gli MBP in individui con infezioni attive da HHV-6. [60]

È stato dimostrato che l'HHV-6 infetta le cellule di rivestimento olfattivo (OEC). Gli OEC sono stati studiati a fondo in relazione a lesioni del midollo spinale, sclerosi laterale amiotrofica e altre malattie neurodegenerative. I ricercatori suggeriscono che queste cellule possiedono una capacità unica di rimielinizzare i neuroni danneggiati. [16]

Alcuni dei geni espressi da HHV-6 manipolano i livelli dell'ospite di varie citochine (vedere la sezione sui prodotti genici). Ad esempio, le cellule infette hanno livelli aumentati di interleuchina-8, che si ritiene induca la repressione dell'MMP-9. Livelli elevati di MMP-9 sono stati trovati tra gli individui con SM. [63]

La riattivazione dell'HHV-6 è stata anche implicata nell'esacerbazione della SM attraverso uno spostamento nei sottogruppi di linfociti Th. [64]

Sindrome da stanchezza cronica Modifica

La sindrome da stanchezza cronica (CFS) è una malattia debilitante [65] la cui causa è sconosciuta. I pazienti con CFS hanno risultati neurologici, immunologici e metabolici anormali.

Per molti, ma non tutti, i pazienti che soddisfano i criteri per la CFS, la malattia inizia con una sindrome acuta di tipo infettivo. I casi di CFS possono seguire infezioni ben documentate con diversi agenti infettivi. [66] Uno studio su 259 pazienti con una malattia "simile alla CFS" pubblicato poco dopo la scoperta dell'HHV-6 ha utilizzato colture di linfociti primari per identificare le persone con replicazione attiva dell'HHV-6. Tale replicazione attiva è stata riscontrata nel 70% dei pazienti contro il 20% dei soggetti di controllo ( P < 10 − 8 > ). [67] La ​​domanda sollevata ma senza risposta da questo studio era se la malattia causasse una sottile immunodeficienza che portava alla riattivazione dell'HHV-6, o se la riattivazione dell'HHV-6 portasse ai sintomi della malattia.

Studi successivi che impiegano solo tecniche sierologiche che non distinguono l'infezione attiva da quella latente hanno prodotto risultati contrastanti: la maggior parte, ma non tutti, hanno trovato un'associazione tra CFS e infezione da HHV-6. [66] [68] [69]

Altri studi hanno impiegato test in grado di rilevare l'infezione attiva: coltura cellulare primaria, PCR di siero o plasma o test di anticorpi IgM precoci. La maggior parte di questi studi ha mostrato un'associazione tra CFS e infezione attiva da HHV-6, [68] [70] [71] [72] [73] [74] anche se alcuni non l'hanno fatto. [69] [75]

In sintesi, l'infezione attiva con HHV-6 è presente in una frazione sostanziale di pazienti con CFS. Inoltre, è noto che l'HHV-6 infetta le cellule del sistema nervoso e del sistema immunitario, sistemi di organi con anomalie dimostrabili nella CFS. Nonostante questa associazione, non è dimostrato che l'infezione da HHV-6 riattivata sia una causa di CFS.

Tiroidite di Hashimoto Modifica

La tiroidite di Hashimoto è la malattia tiroidea più comune ed è caratterizzata da abbondante infiltrato linfocitario e compromissione tiroidea. Ricerche recenti suggeriscono un potenziale ruolo dell'HHV-6 (possibilmente variante A) nello sviluppo o nell'innesco della tiroidite di Hashimoto. [76]

Gravidanza Modifica

È stato studiato il ruolo dell'HHV-6 durante la gravidanza che porta all'infiammazione nella cavità amniotica. [77]

Infertilità Modifica

Il DNA dell'HHV-6A è stato trovato nell'endometrio di quasi la metà di un gruppo di donne infertili, ma in nessuna del gruppo di controllo fertile. Cellule natural killer specifiche per HHV-6A e alti livelli uterini di alcune citochine sono state trovate anche nell'endometrio delle donne infertili positive per HHV-6A. Gli autori suggeriscono che l'HHV-6A potrebbe rivelarsi un fattore importante nell'infertilità femminile. [78]

Cancro Modifica

Sono stati identificati molti virus oncogeni umani. Ad esempio, l'HHV-8 è collegato al sarcoma di Kaposi, [79] il virus Epstein-Barr al linfoma di Burkitt e l'HPV al cancro cervicale. Infatti, l'Organizzazione Mondiale della Sanità ha stimato (2002) che il 17,8% dei tumori umani è stato causato da un'infezione. [80] I metodi tipici con cui i virus iniziano l'oncogenesi implicano la soppressione del sistema immunitario dell'ospite, causando infiammazione o alterazione dei geni.

L'HHV-6 è stato rilevato in linfomi, leucemie, tumori del collo dell'utero e tumori cerebrali. [14] È stato dimostrato che varie linee cellulari di medulloblastoma e cellule di altri tumori cerebrali esprimono il recettore CD46. Il DNA virale è stato identificato anche in molti altri tessuti cerebrali non patologici, ma i livelli sono inferiori. [14]

La proteina P53 umana funziona come soppressore del tumore. Gli individui che non producono correttamente questa proteina sperimentano una maggiore incidenza di cancro, un fenomeno noto come sindrome di Li-Fraumeni. Uno dei prodotti del gene dell'HHV-6, la proteina U14, lega la P53 e la incorpora nei virioni. Un altro prodotto genico, la proteina ORF-1, può anche legare e inattivare P53. È stato anche dimostrato che le cellule che esprimono il gene ORF-1 producono fibrosarcomi quando iniettate nei topi. [14]

Un altro prodotto dell'HHV-6, la proteina U95 immediatamente precoce, ha dimostrato di legare il fattore nucleare kappa B. La deregolamentazione di questo fattore è associata al cancro. [14]

Neurite ottica Modifica

L'infiammazione oculare indotta da HHV-6 è stata segnalata tre volte. Tutti e tre sono stati segnalati in soggetti anziani, due nel 2007 e uno nel 2011. I primi due sono stati segnalati in Giappone e Francia, il più recente in Giappone. [81] [82] [83]

Si credeva che questi si fossero verificati a seguito di una riattivazione, poiché i livelli di anticorpi IgM anti-HHV-6 erano bassi. [83]

Epilessia del lobo temporale Modifica

L'epilessia del lobo temporale mesiale è associata all'infezione da HHV-6. All'interno di questa regione del cervello esistono tre strutture: l'amigdala, l'ippocampo e il giro paraippocampale. L'epilessia del lobo temporale mesiale (MTLE) è la forma più comune di epilessia cronica e il suo meccanismo sottostante non è completamente compreso. [84]

I ricercatori riferiscono costantemente di aver trovato il DNA dell'HHV-6 nei tessuti che sono stati rimossi da pazienti con MTLE. Gli studi hanno dimostrato una tendenza dell'HHV-6 ad aggregarsi nel lobo temporale, [85] con le più alte concentrazioni negli astrociti dell'ippocampo. [84]

Tuttavia, un gruppo di ricercatori alla fine ha concluso che l'HHV-6 potrebbe non essere coinvolto nell'MTLE correlato alla sclerosi temporale mesiale. [86]

Insufficienza epatica Modifica

Il virus è una causa comune di disfunzione epatica e insufficienza epatica acuta ed è stato recentemente collegato alla necrosi confluente periportale. Inoltre, il DNA dell'HHV-6 è spesso rilevabile solo nei tessuti della biopsia poiché i livelli di DNA scendono al di sotto del livello di rilevamento nel sangue in casi persistenti. [87]

Non ci sono prodotti farmaceutici approvati specificamente per il trattamento dell'infezione da HHV-6, sebbene l'uso di Citomegalovirus i trattamenti (valganciclovir, ganciclovir, [88] cidofovir e foscarnet) hanno mostrato un certo successo. [7] Questi farmaci vengono somministrati con l'intento di inibire la corretta polimerizzazione del DNA competendo con i nucleotidi deossi trifosfato [88] o inattivando specificamente le DNA polimerasi virali. [2]

Trovare un trattamento può essere difficile quando si verifica la riattivazione dell'HHV-6 dopo un intervento chirurgico di trapianto perché i farmaci per il trapianto includono immunosoppressori. [89]

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APOBEC e Herpesvirus

La famiglia APOBEC di DNA citosina deaminasi fornisce una difesa ampia e sovrapposta contro le infezioni virali. I patogeni virali di successo, per definizione, hanno evoluto strategie per sfuggire alla restrizione da parte degli enzimi APOBEC dei loro ospiti. Si ritiene che l'HIV-1 e i relativi retrovirus siano i substrati naturali predominanti degli enzimi APOBEC a causa degli intermedi obbligati della replicazione del DNA a singolo filamento, abbondanti prove per l'editing del filamento C-to-U del cDNA (ipermutazione del filamento G-a-A genomico) e un potente meccanismo di degradazione APOBEC. Al contrario, si osservano tassi di mutazione molto più bassi negli herpesvirus a DNA a doppio filamento e le prove per la mutazione APOBEC sono state meno convincenti. Tuttavia, lavori recenti hanno rivelato che il virus di Epstein-Barr (EBV), l'herpesvirus del sarcoma di Kaposi (KSHV) e l'herpes simplex virus-1 (HSV-1) sono potenziali substrati per gli enzimi APOBEC cellulari. Per prevenire la restrizione mediata da APOBEC, questi virus hanno riproposto le loro grandi subunità ribonucleotide reduttasi (RNR) per legare, inibire e rilocalizzare direttamente almeno due distinti enzimi APOBEC: APOBEC3B e APOBEC3A. L'importanza di questa interazione è evidenziata dall'inattivazione genetica dell'EBV RNR (BORF2), che si traduce in una minore infettività virale e livelli più elevati di ipermutazione C/G-T/A. Questo meccanismo mediato da RNR quindi probabilmente funziona per proteggere gli intermedi di replicazione del DNA virale in fase litica dalla deaminazione C-to-U del DNA catalizzata da APOBEC. L'interazione RNR-APOBEC definisce un nuovo conflitto ospite-patogeno che il virus deve vincere in tempo reale per la trasmissione e la patogenesi. Tuttavia, perdite parziali nel tempo evolutivo possono anche avvantaggiare il virus fornendo carburante mutazionale per l'adattamento.

Parole chiave: APOBEC DNA citosina deaminazione DNA editing evoluzione herpesvirus immunità antivirale innata mutazione fattori di restrizione ribonucleotide reduttasi.


La virosfera del DNA a doppio filamento come rete gerarchica modulare di condivisione genica

I genomi dei virus sono soggetti a perdite, guadagni e scambi genetici estesi e non condividono geni universali. Pertanto, in uno studio su larga scala dell'evoluzione dei virus, le analisi della rete genica e genomica possono integrare la filogenetica tradizionale. Abbiamo eseguito un'analisi comparativa esauriente dei genomi dei virus a DNA a doppio filamento (dsDNA) utilizzando l'approccio di rete bipartita e abbiamo trovato una robusta modularità gerarchica nella virosfera dsDNA. Le reti bipartite sono costituite da due classi di nodi, con nodi in una classe, in questo caso genomi, essendo collegati tramite nodi della seconda classe, in questo caso geni. Tale rete può essere partizionata in moduli che combinano nodi di entrambe le classi. La rete bipartita di virus dsDNA comprende 19 moduli che formano 5 supermoduli maggiori e 3 minori. Di questi moduli, 11 includono batteriofagi a coda, che riflettono la diversità di questo più grande gruppo di virus. L'analisi del modulo convalida quantitativamente e perfeziona le relazioni evolutive non banali proposte in precedenza. Un ampio supermodulo combina i virus grandi e giganti dell'ordine putativo "Megavirales" con diversi virus di dimensioni moderate e relativi elementi mobili. Tutti i virus in questo supermodulo condividono un distinto kit di strumenti morfogenetici con una proteina del capside principale a doppio rotolo di gelatina. Herpesvirus e batteriofagi muniti di coda comprendono un altro supermodulo, tenuto insieme da un insieme distinto di proteine ​​morfogenetiche incentrate sulla proteina del capside principale simile a HK97. Insieme, questi due supermoduli coprono la grande maggioranza dei virus dsDNA attualmente conosciuti. Identifichiamo formalmente un insieme di 14 geni caratteristici virali che comprendono gli hub della rete e rappresentano la maggior parte delle connessioni tra i moduli.

Importanza: I virus ei relativi elementi genetici mobili sono le entità biologiche dominanti sulla terra, ma la loro evoluzione non è sufficientemente compresa e la loro classificazione non è adeguatamente sviluppata. La ragione principale è il caratteristico alto tasso di evoluzione del virus che coinvolge non solo il cambiamento di sequenza, ma anche un'ampia perdita, guadagno e scambio di geni. Pertanto, nello studio dell'evoluzione dei virus su larga scala, gli approcci filogenetici tradizionali hanno un'applicabilità limitata e devono essere integrati da analisi di reti geniche e genomiche. Abbiamo applicato metodi all'avanguardia di tale analisi per rivelare una solida modularità gerarchica nei genomi dei virus a DNA a doppio filamento. Alcuni dei moduli identificati combinano virus altamente diversi che infettano batteri, archaea ed eucarioti, a sostegno di precedenti ipotesi sulle relazioni evolutive dirette tra virus dei tre domini della vita cellulare. Identifichiamo formalmente un insieme di 14 geni caratteristici virali che tengono insieme la rete genomica.

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Cifre

Il mondo dei virus dsDNA come rete bipartita. I nodi corrispondenti ai genomi sono...

Struttura nucleo-shell-nube del gene virale...

Struttura core-shell-cloud delle famiglie di geni virali. Per ogni contenitore, la barra indica il…

Robustezza e similarità dei moduli…

Robustezza e cross-similarità dei moduli nella rete bipartita dei virus. (A e B)…

Struttura di ordine superiore del virus...

Struttura di ordine superiore della rete dei virus. (A) Rete bipartita definita da moduli (numerati...

La struttura interna del…

La struttura interna del supermodulo PL-“Megavirales”. Un modulo è collegato a un...

Struttura interna del Caudovirales…

Struttura interna del Caudovirales supermodulo. Un modulo è collegato a un connettore...

Caratterizzazione dei geni caratteristici virali...

Caratterizzazione dei geni caratteristici virali e dei geni firma specifici del modulo. (A) Tutto il gene centrale...


Genomi di virus a DNA a filamento singolo e loro mosaicismo

I virus con genomi di DNA a singolo filamento infettano gli ospiti che appartengono a tutti e tre i domini della vita e sono considerati patogeni importanti dal punto di vista economico, medico e ambientale. Recenti studi hanno dimostrato che questi virus a DNA a singolo filamento esistono in gran numero in habitat molto diversi, che vanno dalle sorgenti geotermiche estreme all'intestino degli esseri umani e di altri animali. Il Comitato internazionale sulla tassonomia dei virus ha attualmente classificato i virus a DNA a singolo filamento in 10 diversi taxa. Tuttavia, sono stati isolati diversi virus che possono essere classificati in gruppi aggiuntivi e molti dei loro genomi sono stati sequenziati. Tutti i virus a DNA a filamento singolo sono patogeni sugli eucarioti, possiedono capsidi icosaedrici non avvolti, insieme ai membri della famiglia Microviridae, che infettano i batteri. I virus a DNA a filamento singolo patogeni su altri procarioti hanno virioni filamentosi ( Inovirus), a forma di bastoncino ( Plectrovirus), a forma di spirale ( Spiraviridae) o pleomorfi (famiglia proposta“Pleolipoviridae”) (Tabella 1.2).

Tabella 1.2

Diversità morfologica dei virus a DNA a filamento singolo

Taxon del virus dell'ospiteMorfologia del virioneTopologia del genomaDimensione del genoma
Microviridae icosaedrica Circolare4.4�.1
Inoviridae
Inovirus filamentoso 5.8𠄲.4
pletrovirus A forma di asta 4.5𠄸.2
Pleolipoviridae pleomorfoCircolare7�.6
Spiraviridae A forma di bobinaCircolare24.9
anelloviridae icosaedrica Circolare2𠄴
BidnaviridaeicosaedricaLineare, segmentato, 6,5 per segmento
CircoviridaeicosaedricaCircolare1.7�.3
GeminiviridaeicosaedricaCircolare, segmentata 3 per segmento
NanoviridaeicosaedricaCircolare, segmentato 0,98‱,1 per segmento
ParvoviridaeicosaedricaLineare4�.3

I virus a DNA a filamento singolo sono il gruppo che comprende i virus più piccoli e i loro genomi sono piccoli quanto 1𠄲 kb, codificando due proteine ​​una per la formazione del capside e l'altra per la replicazione del genoma. Tale irriducibile semplicità dei virus a DNA a singolo filamento incarna la loro essenza di virus e li rende un modello attraente per studiare le origini e l'evoluzione dei virus. Numerosi studi metagenomici hanno rivelato un'elevata gamma di diversità genetica esistente nei virus a DNA a singolo filamento nell'ambiente, suggerendo un'interazione altamente dinamica tra questi virus e i rispettivi ospiti. Inoltre, è stato scoperto che i virus a DNA a singolo filamento con i genomi più piccoli e i proteomi più semplici sono diffusi nei cromosomi cellulari, fornendo nuove importanti informazioni sull'evoluzione di questi virus.

Genomi di batteriofagi

I batteriofagi sono i virus più piccoli con genomi semplici. Dalla loro scoperta nel 1915 e nel 1917 da parte rispettivamente di Fredrick Twort e Felix d’Herelle, i batteriofagi sono stati studiati in molti laboratori e vengono utilizzati in una varietà di applicazioni pratiche. La densità dei virus fagici presenti negli oceani è 10 6 𠌐 7 particelle per ml. È stato stimato che la popolazione totale dei batteriofagi è di 10 31 particelle e il rapporto tra virus e batteri ambientali è 5�:1, dopo la convalida di 10 30 cellule batteriche nella biosfera. Complessivamente, la popolazione procariotica è altamente dinamica, con un numero stimato di

10 23 infezioni globali al secondo. È stato ipotizzato che i batteriofagi oceanici infettino le cellule batteriche al ritmo di 10 29 infezioni fagiche al giorno, che rilasciano oltre 10 11  kg di carbonio dal pool biologico al giorno. Negli ultimi tre decenni, la ricerca sui batteriofagi ha rivelato la loro abbondanza in natura, la diversità del genoma, l'impatto sull'evoluzione della diversità microbica, il loro utilizzo nel controllo delle malattie infettive e la loro influenza nella regolazione dell'equilibrio microbico nell'ecosistema, portando ad una rinascita di interesse per la ricerca sui fagi. La ricerca sui fagi ha svolto un ruolo centrale nelle scoperte più significative, che sono state fatte nelle scienze biologiche fin dall'identificazione del DNA come materiale genetico, nella delucidazione del codice genetico, che ha portato allo sviluppo della biologia molecolare. La ricerca sui fagi ha continuamente aperto nuovi orizzonti nella nostra comprensione dei meccanismi molecolari di base dell'espressione genica e della loro struttura. In tempi recenti, la genomica dei fagi ha rivelato nuovi meccanismi biochimici per la replicazione, il mantenimento e l'espressione del materiale genetico e sta fornendo nuove informazioni sull'origine delle malattie infettive, sull'utilizzo dei prodotti genici dei fagi e persino sull'intero fago come agente per la terapia genica. .

Oltre all'uccisione delle cellule batteriche, i genomi dei fagi temperati trasportano anche tossine e altri geni critici del fattore di virulenza che sono importanti per molti agenti patogeni batterici per infettare gli esseri umani. I fagi contribuiscono anche alla diversità della comunità batterica fungendo da vettori per la trasduzione di diversi alleli genetici, come i geni di resistenza agli antibiotici, tra cellule batteriche. I fagi hanno anche un grande potenziale medico e nanotecnologico. Strategie per l'utilizzo di fagi a coda per rilevare batteri, curare malattie batteriche attraverso la terapia fagica o decontaminare le superfici sono state implementate per quasi 100  anni in Russia e Georgia. Questi fagi sono attualmente utilizzati per il trattamento delle malattie dell'agricoltura e per la prevenzione della contaminazione alimentare nei paesi occidentali. I virioni fagici vengono sviluppati come nanocontenitori per carichi chimici specifici che possono essere consegnati a bersagli specifici.

Le piccole dimensioni e la semplicità di isolamento hanno reso i batteriofagi la scelta primaria per il sequenziamento completo del genoma. Il fago φX174 è il primo organismo con la sequenza completa del genoma di 5386 basi di DNA a singolo filamento e il genoma del fago λ è il primo organismo con DNA a doppio filamento di 48,502਋p, seguito dal genoma del fago T7 di 39.936਋p . Il micobatteriofago L5 con coda dsDNA è il primo tra iE. coli genomi fagici da sequenziare completamente. Inoltre, il sequenziamento dei genomi dei batteriofagi è spinto in modo esponenziale con due obiettivi principali

Per comprendere la relazione tra i genomi dei fagi, i meccanismi evolutivi che hanno modellato queste popolazioni di batteriofagi.

Per un maggiore utilizzo dei batteriofagi nello sviluppo di strumenti, utilità e tecniche relative alla genetica e alla biotecnologia.

I genomi dei fagi mostrano una notevole quantità di variazioni nelle loro dimensioni, che variano da Leuconostoc fago L5 (2435਋p) a Pseudomonas fago 201 (316.674਋). I fagi a coda con genomi di DNA a doppio filamento variano nelle loro dimensioni da 㸐 kbp a 㰕 kbp, coerentemente con la loro struttura virionica complessiva e l'assemblaggio genico, che comprendono fino a 15 kbp dello spazio genomico. della dimensione del genoma 1.5𠄶 kbp sono caratterizzati da una lunga coda flessibile non contrattile con un gene proteico di misura di nastro, la cui lunghezza corrisponde alla lunghezza della coda del fago Molti fagi con le morfologie simili a Sifovirus hanno genomi più lunghi di 20 kbp. Al contrario, miovirus con code contrattili sono i fagi con genomi più grandi di 𾄥 kbp e il Bacillo fago SPBc2, è il più grande genoma di Siphoviral della lunghezza 134.416਋p. Il motivo principale per l'assenza di grandi Sifovirus è ancora sconosciuto.

Diversità della sequenza del genoma dei fagi

Si stima che i batteriofagi siano l'entità biologica più ampiamente distribuita della biosfera. Si trovano in tutti gli habitat del mondo, dove i batteri proliferano. La maggior parte della popolazione virale è dominata da batteriofagi, con fagi a coda di DNA a doppio filamento, o Caudovirales, che rappresentano il 95% di tutti i fagi, forse costituendo la maggior parte dei fagi del pianeta. Tuttavia, anche fagi appartenenti ad altri gruppi si trovano abbondantemente nella biosfera, come fagi con virioni, genomi e stili di vita diversi. Sono stati fatti due approcci chiave per studiare la diversità virale sono la metagenomica di campioni di fagi concentrati totali raccolti dall'ambiente e una strategia genoma per genoma di fagi isolati individualmente. Questi due approcci sono compatibili, avendo esiti distinti. La metagenomica genera una grande quantità di dati di sequenza, che forniscono una buona visione della loro diversità. Il sequenziamento e l'analisi di fagi isolati individualmente generano piccoli set di dati, che sono strutturati in interi genomi. Poiché i genomi dei fagi sono architettonicamente a mosaico, la disponibilità di genomi completi contestualizza le complessità delle loro relazioni. Le sequenze nucleotidiche dei genomi dei fagi con ospiti non sovrapposti raramente condividono la somiglianza di sequenza, come notato nei genomi pubblicati di quattro Streptomices fagi e raccolta disponibile di 50 genomi di micobatteriofagi. I fagi che infettano un ospite batterico comune sono in contatto genetico tra loro,  e condividono sequenze nucleotidiche comuni. I genomi di oltre 30 fagi con ospite comune sono stati isolati e sequenziati da Pseudomonas, Stafilococco, e Micobatterio contenente sequenze correlate, con poche eccezioni. La maggior parte di questi fagi condivide una somiglianza di sequenza molto bassa o assente, come illustrato dai confronti della sequenza nucleotidica di micobatteriofagi e Pseudomonas phages .

Mosaicismo del genoma dei fagi

I fagi si sono evoluti non solo dall'accumulo di mutazioni, ma anche attraverso gli eventi di ricombinazione, durante i quali hanno scambiato materiale genetico con altri fagi. Questi eventi sono stati suggeriti per spiegare la struttura a mosaico dei fagi, sorta dal confronto di due o più genomi fagici. Durante il confronto dei genomi, sequenze quasi identiche si alternano a sequenze semplicemente simili oa sequenze completamente divergenti. Questo tipo di scambi nei batteriofagi è stato ottenuto mediante mappatura eteroduplex nei primi anni '90. Da allora, sono stati identificati numerosi mosaici mediante confronto di sequenze e la struttura a mosaico dei batteriofagi è ora un fenomeno ben documentato. Questo mosaicismo si trova anche ubiquitario tra i batteri, dove i geni vengono acquisiti attraverso lo scambio genetico orizzontale principalmente attraverso la trasduzione, la trasformazione e la coniugazione. Ma l'estensione del mosaicismo è molto notevole nei genomi dei fagi, come evidenziato dal numero crescente di genomi disponibili per l'analisi genomica comparativa.

Il meccanismo del mosaicismo del genoma nei batteriofagi può essere compreso a due livelli 1. confrontando la sequenza nucleotidica attraverso la mappatura dell'eteroduplex del DNA, 2. confrontando le loro sequenze di DNA. Esistono due modelli che spiegano i meccanismi di ricombinazione responsabili di questi modelli. Il modello 1 descrive il ruolo di brevi sequenze di confine conservate che si trovano alle giunzioni geniche nel prendere di mira vari eventi di scambio che sono catalizzati da ricombinazioni omologhe, utilizzando le ricombinasi sintetizzate dall'ospite o dai fagi. Il modello 2 tenta di spiegare che gli eventi di ricombinazione omologa non sono specificamente mirati e si verificano in modo casuale con la preferenza di alcune brevi sequenze in modo che la maggior parte degli eventi si traduca in rifiuti genomici non funzionali. Il confronto delle sequenze amminoacidiche previste che codificano i prodotti dei geni dei fagi è una manifestazione alternativa del mosaicismo. Questo è un approccio informativo, poiché molti fagi, compresi quelli che infettano gli ospiti comuni, potrebbero non condividere alcuna informazione sulla sequenza nucleotidica. In tal caso, i dati sulla sequenza proteica rivelano geni che condividono antenati molto più antichi.

Genomi di enterobatteri fagi M13 e λ fagi

M13 Enterobatteri infetta da fago E. coli. Il genoma del fago M13 è costituito da 6.4 kb DNA circolare a singolo filamento, (+), che codifica per 10 geni. A differenza della maggior parte dei virioni icosaedrici, il capside del fago M13 è filamentoso, che può essere espanso con l'aggiunta di ulteriori subunità proteiche. Quindi, la dimensione del genoma può anche essere aumentata mediante l'aggiunta di sequenze extra nella regione intergenica non essenziale senza diventare incapace di essere impacchettata nel capside (Fig. 1.3).

Nel fago λ, i vincoli di confezionamento sono molto più rigidi con il DNA di �� kbp della normale dimensione del genoma può essere impacchettato nel capside del virus e il substrato confezionato nelle teste fagiche durante l'assemblaggio è costituito da lunghi concatemeri di DNA fagico che vengono prodotti durante le fasi successive della replicazione vegetativa. Il DNA viene apparentemente avvolto nella testa del fago e dopo l'incorporazione del genoma completo, il DNA viene scisso in una sequenza specifica da un'endonucleasi codificata dai fagi, lasciando una sporgenza di 12 bp 5¢ all'estremità di ciascuno dei filamenti scissi , Conosciuto come il cos posto. La formazione di legami idrogeno tra queste 𠆎stremità appiccicose’ può portare alla formazione di una molecola circolare (Fig. 1.4).

In una cellula appena infettata, gli spazi su entrambi i lati del cos sono chiusi dalla DNA ligasi e il DNA circolare risultante subisce la replicazione vegetativa e l'integrazione nel cromosoma batterico.

Il genoma del fago T4

I batteriofagi T2 e T4 sono gli organismi modello che giocano un ruolo strumentale nello sviluppo della genetica moderna e della biologia molecolare dagli anni '40. Sono stati coinvolti nello sviluppo di molti concetti salienti legati alle scienze biologiche, compreso il riconoscimento degli acidi nucleici come materiale genetico, l'identificazione di un gene attraverso analisi strutturali, mutazionali, ricombinanti e funzionali, nel codice genetico di tripletta dimostrativa, nell'identificazione dell'mRNA e stabilire l'importanza della ricombinazione nella replicazione del DNA, nei meccanismi di riparazione del DNA dipendenti dalla luce e indipendenti dalla luce, restrizione e modifica del DNA, introni auto-splicing nei procarioti, ecc. Il vantaggio principale dell'utilizzo del fago T4 come un sistema modello è la sua capacità di inibire totalmente l'espressione genica del suo ospite, consentendo ai ricercatori di identificare le differenze tra sintesi macromolecolari specifiche dell'ospite e specifiche dei fagi. L'analisi dell'assemblaggio del capside T4 e del funzionamento dei suoi complessi di sintesi nucleotidica, replisoma e ricombinazione ha portato a importanti informazioni sulle interazioni macromolecolari, sulla canalizzazione del substrato e sulla cooperazione tra fago e proteine ​​ospiti all'interno di tali complessi.

Il genoma del fago T4 è considerato la via migliore per comprendere e valutare il genoma completo di un sistema biologico ben organizzato. Sulla base di tutte le informazioni disponibili, il genoma del fago T4 comprende

300 probabili geni, impacchettati in un genoma di 168.903਋p. Questo genoma comprende 289 geni che esprimono, 8 geni tRNA e un minimo di 2 geni che codificano RNA piccoli e stabili con funzione sconosciuta. I geni 16, 17 e 49 contengono più regioni codificanti che codificano più di una proteina. Il genoma del fago T4 è quattro volte superiore a quello di Herpesvirus e lievito, due volte superiore a E. coli. Un numero molto piccolo di geni contiene regioni non codificanti di

9 kb, che rappresenta il 5,3% del genoma. Le regioni regolatorie in questo genoma fagico sono compatte, occasionalmente con regioni codificanti sovrapposte. Un'altra caratteristica significativa di questo genoma è la sovrapposizione del codone di terminazione di un gene con il codone di inizio del successivo. Il fago T4 ha diversi gruppi di geni annidati. È stato scoperto che solo 62 geni in questo organismo sono assolutamente essenziali in condizioni standard di laboratorio (terreno ricco, aerazione, da 30 a 37 ଌ). I mutanti generati dall'alterazione di alcuni altri geni hanno prodotto placche molto piccole in condizioni di laboratorio standard simili. Molti dei 62 geni essenziali sono più grandi di un gene T4 medio, occupando metà del genoma. I geni essenziali codificano per proteine ​​del complesso replisoma e precursore nucleotidico, fattori regolatori trascrizionali e proteine ​​coinvolte nella struttura e nell'assemblaggio della particella fagica. Il genoma del fago T4 illustra un'altra rara caratteristica molecolare di alcuni genomi virali lineari, la ridondanza terminale. La replicazione di questo genoma fagico produce lunghi concatemeri di DNA che, scissi da una specifica endonucleasi, viene incorporato nella particella con lunghezza superiore al suo genoma completo a causa della ripetizione di alcuni geni a ciascuna estremità del genoma. Il genoma del fago T4 risultante contenente informazioni reiterate viene impacchettato nella testa del fago.

Tre geni dei fagi T4 che codificano per la timidilato sintasi (td), la subunità della ribonucleotide reduttasi aerobica (nrdB) e la ribonucleotide reduttasi anaerobica (nrdD) contengono introni che vengono successivamente separati da questi trascritti. Una possibilità di una relazione insolita tra la sequenza dell'acido nucleico e la sequenza proteica che si verifica attraverso il bypass traslazionale è dimostrata nel gene 60 del genoma del fago T4. Un segmento di mRNA di 50਋p nella regione codificante di questo gene non viene tradotto dal meccanismo regolare. Questo segmento di mRNA è l'unico sito di bypass traslazionale ad alta efficienza noto e unico nell'intero genoma del fago T4.

Il DNA nel genoma di questo fago contiene solo il 34,5% di GC, rispetto al genoma ospite di E. coli composto da 50% GC. Nel genoma, 18 dei geni noti o previsti contenenti meno del 60% di AT e 4 geni previsti hanno meno del 58%. Le proteine ​​del capside, che sono le più conservate tra i fagi correlati a T4, hanno il contenuto di AT più basso. Il gene 23, che codifica per la principale proteina della testa, ha il contenuto di AT più basso del 55%. È stata identificata una sostanziale diminuzione dell'accoppiamento di G contro C nei filamenti codificanti delle regioni tradotte. 4 geni che hanno più del 20% di C nel filamento codificante, mentre più di 130 geni hanno più del 20% di G e 37 geni hanno più del 22% di G. A e T sono equamente divisi tra i filamenti codificanti. Tuttavia, alcuni bias AT sono stati identificati nel genoma del fago T4, che è più forte nella terza posizione dei codoni, come previsto nei genomi con un'elevata quantità di regioni ricche di AT.


Dimensione del genoma e potenziale oncogeno dei virus a DNA

Grandi virus a DNA a doppio filamento

Come discusso in precedenza, la capacità di causare un'infezione persistente dipende molto dalla dimensione del genoma dei virus a DNA. I grandi virus a DNA a doppio filamento, quindi, avrebbero naturalmente il più alto potenziale oncogeno. Poiché questi tipi di virus hanno una maggiore capacità di codifica a causa dei loro genomi più grandi, sarebbero in grado di infettare due diverse linee cellulari per due risultati diversi. Una delle linee cellulari verrebbe utilizzata per un'infezione permanente nell'ospite primario e un'altra linea cellulare verrebbe utilizzata per la diffusione delle infezioni litiche all'ospite secondario. Ciò che è più importante per noi è la scelta delle cellule che questi virus a DNA preferiscono per causare infezioni persistenti. La selezione naturale favorisce l'infezione di tipi cellulari che hanno caratteristiche favorevoli alla persistenza virale. Nel modello sarebbe stato rivelato in seguito che è l'infezione persistente di questi lignaggi cellulari ad alto rischio che porta alla trasformazione maligna dopo decenni di infezione.

Le intuizioni del pensiero evolutivo suggeriscono che le cellule con i seguenti tratti sarebbero le più adatte per un'infezione persistente

La maggior parte delle cellule del corpo umano ha una durata di vita breve e limitata e quindi non è un buon candidato per infezioni persistenti [14]. Le cellule del sistema immunitario a vita lunga possono fornire un rifugio ideale per infezioni virali persistenti, come nel caso del virus di Epstein�rr (EBV), che risiede nel compartimento delle cellule B della memoria a riposo [22]. La lunga vita della cellula assicurerebbe che il virus all'interno della cellula sopravviva naturalmente più a lungo [22]. Le cellule differenziate terminali del sistema neurologico sono anche un candidato ideale per le infezioni latenti [22]. I neuroni sono cellule longeve, differenziate in modo terminale, che forniscono al virus una dimora virtualmente eterna all'interno dell'ospite.

La selezione naturale potrebbe anche favorire l'infezione di cellule che proliferano con maggiore frequenza come cellule staminali o linfociti. La maggiore frequenza di proliferazione significherebbe che più copie dei genomi virali sono mantenute nel corpo dell'ospite primario.

La terza categoria di cellule potrebbe avere entrambe queste proprietà, ovvero sono longeve e hanno una maggiore frequenza di divisione cellulare. L'infezione persistente e la successiva trasformazione di tali tipi di cellule li manderebbero naturalmente sull'orlo del Cancro.

Secondo questa logica evolutiva, i virus con un ampio genoma di DNA a doppio filamento sarebbero associati in modo sproporzionato al Cancro. Questa categoria di virus avrebbe il più alto potenziale oncogeno. Ciò è dovuto principalmente al fatto che questi virus disregolano i prodotti genici associati all'apoptosi e all'arresto del ciclo cellulare nelle linee cellulari che infettano per persistenza [11]. Interferiscono anche con i checkpoint cellulari che si occupano dei meccanismi di riparazione del DNA [6]. Esempi di questa famiglia includono virus come l'EBV che causa il linfoma di Burkitt, il linfoma di Hodgkin, l'Herpes Simplex 8 che causa il sarcoma di Kaposi [41]. La famiglia dei virus dell'herpes è anche ampiamente associata al cancro tra animali come il coniglio silvilago, le scimmie e i polli [19]. Un altro esempio è il citomegalovirus del topo che infetta le cellule delle ghiandole salivari per le infezioni acute e quello del legame mieloide per le infezioni latenti [42]. Altri virus della famiglia Herpes come il virus Varicella-Zoster mostrano latenza nei neuroni a vita lunga [9].


MODELLO COMPLESSIVO PER LA REPLICA DEL DNA DI HSV

Inizio della sintesi del DNA virale

Si ritiene che la sintesi del DNA di HSV inizi in una delle tre origini virali di replicazione, OriL o una delle due copie di OriS con UL9 e ICP8 che agiscono per distorcere la regione spaziatrice di origine ricca di AT. I complessi contenenti ICP8 e UL9 possono essere visualizzati su plasmidi superavvolti negativamente contenenti OriS (Makhov et al. 2003) suggerendo che il superavvolgimento negativo può facilitare lo svolgimento all'origine. In un altro esperimento in vitro, è stato scoperto che UL9 e ICP8 svolgono un oligonucleotide a doppio filamento di 80 bp contenente un minimo di OriS portando a un modello in cui UL9 e ICP8 attraversano una serie di cambiamenti conformazionali che portano alla distorsione di un'origine. Nella prima fase, due dimeri UL9 sembrano legarsi cooperativamente alle scatole I e II in una seconda fase, UL9, in combinazione con ICP8 in presenza di ATP, può indurre la formazione della forcina OriS* (Aslani et al. 2002 Macao et al. 2004 Olsson et al. 2009). Questo passaggio è accompagnato da cambiamenti conformazionali in UL9 che spostano la specificità di legame dal legame di origine duplex al legame non specifico di ssDNA (Macao et al. 2004 Olsson et al. 2009). Poiché il legame all'origine è specificato dal terminale carbossilico e il dominio di legame ssDNA richiede il motivo Ia all'interno del terminale amminico (Marintcheva e Weller 2003b), i cambiamenti conformazionali in UL9 sarebbero importanti. L'esposizione del DNA a singolo filamento può anche causare un cambiamento conformazionale in ICP8 che lo rilascia da UL9 e lo posiziona sul DNA a singolo filamento dove può agire per prevenire la riappacificazione dei filamenti complementari. Aspetti di questo modello sono stati supportati da un'analisi biofisica del dominio carbossi-terminale di UL9 e una versione troncata di ICP8 in complesso con una scatola I contenente DNA a doppio filamento di 15 mer (Manolaridis et al. 2009). Questo studio suggerisce che un interruttore conformazionale del dominio di legame UL9 si verifica quando si lega al riquadro I seguito dal reclutamento di un complesso UL9-ICP8. Rimangono diverse domande su quanto bene questi esperimenti in vitro mimino le condizioni che si verificano in una cellula infetta. Altri fattori virali o cellulari possono essere necessari per l'attivazione dell'origine sul genoma virale nel contesto dell'infezione virale.

Gli esperimenti nelle cellule infette supportano anche l'idea che i cambiamenti conformazionali in UL9 giochino ruoli critici durante l'infezione. Ad esempio, UL9 è richiesto nei primi momenti post-infezione, ma sembra non essere richiesto negli ultimi tempi. In effetti, in tempi recenti, UL9 è inibitorio (rivisto in Ward e Weller 2011). Le proprietà inibitorie di UL9 sono correlate almeno in parte con la sua capacità di legarsi alle origini della replicazione, poiché l'inibizione può essere alleviata da mutazioni che annullano il legame al DNA (Marintcheva e Weller 2003a Chattopadhyay e Weller 2006). Il legame di UL9 all'origine della replicazione è presumibilmente desiderabile per iniziare la sintesi del DNA ma meno desiderabile in tempi successivi. I cambiamenti conformazionali in UL9 possono essere causati dall'interazione con proteine ​​virali come ICP8 come descritto sopra. È interessante notare che sono state riportate anche altre modificazioni post-traduzionali di UL9 come la fosforilazione e la scissione da parte delle catepsine (Isler e Schaffer 2001 Link et al. 2007). Sarà interessante analizzare le proprietà strutturali e conformazionali delle versioni intere e troncate di UL9 in cellule infette per determinare le basi meccanicistiche per la regolazione di UL9 durante l'infezione.

Allungamento

Una volta che ICP8 e UL9 hanno avviato la distorsione o la destabilizzazione a un'origine virale come descritto sopra, si pensa che il complesso H/P venga reclutato per svolgere il DNA duplex e sintetizzare brevi primer di RNA per avviare la replicazione del DNA (Fig. 1A). Aspetti di questa reazione possono essere ricostituiti in vitro. Il complesso H/P ricombinante può svolgere il DNA duplex ma solo se viene fornita una regione a filamento singolo di almeno sei nucleotidi (Chen et al. 2011). L'attività primasica può essere rilevata in saggi che utilizzano un oligonucleotide a filamento singolo come substrato, tuttavia, l'attività primasica è inefficiente nei saggi che utilizzano substrati biforcuti (KL Graves-Woodward e SK Weller, unpubl. KA Ramirez-Aguilar e RD Kuchta, unpubl.) . Una possibile ragione di questa discrepanza è stata recentemente rivelata. Sebbene sia stato precedentemente riportato che in assenza di DNA, il complesso H/P esiste come monomero in soluzione, lo spostamento elettroforetico e l'analisi della risonanza plasmonica di superficie hanno ora indicato che in presenza di DNA biforcuto, possono formarsi complessi di ordine superiore tra l'H/P e un substrato biforcuto (Chen et al. 2011). I saggi di spostamento della mobilità elettroforetica rivelano due complessi discreti con mobilità diversa solo quando H/P è legato al DNA contenente una regione a filamento singolo e l'analisi della risonanza plasmonica di superficie conferma quantità maggiori del complesso legato a substrati biforcuti rispetto a substrati a sbalzo singolo. Inoltre, l'attività della primasi mostra una dipendenza cooperativa dalla concentrazione proteica, mentre le attività dell'ATPasi e dell'elicasi no (Chen et al. 2011). Presi insieme, questi dati suggeriscono che l'attività primasica dell'H/P richiede la formazione di un dimero o di una struttura di ordine superiore, mentre l'attività dell'ATPasi no. Come illustrato nella Figura 1A, la forma funzionale del complesso H/P contiene probabilmente almeno due copie del complesso H/P.

L'ultima delle proteine ​​di replicazione dell'herpes reclutate nel fork sembra essere la polimerasi a due subunità, Pol e UL42. Nelle cellule infette, il reclutamento di Pol richiede la presenza di una primasi attiva, indicando che i cambiamenti conformazionali che si verificano in un complesso H/P attivo e/o nel primer stesso dell'RNA sono importanti per portare la polimerasi al DNA virale (Carrington-Lawrence e Weller 2003). Il reclutamento della polimerasi alla forcella può comportare interazioni dirette tra Pol e H/P. È stato riportato che la subunità UL8 di H/P interagisce con Pol (Marsden et al. 1996). Inoltre, è stato recentemente scoperto che la subunità UL5 interagisce con Pol sulla base della coimmunoprecipitazione e dell'analisi di due ibridi di lievito (P Bai, G Liu, J Liu, et al., in prep.). Una volta che il complesso della polimerasi viene reclutato nella forcella di replicazione, si ritiene che catalizza la sintesi del DNA del filamento principale e ritardato, tuttavia, i tentativi iniziali di ricostituire la sintesi del DNA dell'HSV su substrati innescati hanno mostrato un'efficiente sintesi del filamento principale ma una sintesi del filamento ritardato molto meno efficiente (Graves-Woodward et al. 1997 Falkenberg et al. 2000). La sintesi accoppiata del DNA a filamento principale e ritardato è stata ora ricostituita per la prima volta su modelli sintetici di DNA minicircolari con H/P, ICP8 e la polimerasi virale (Pol/UL42) (Stengel e Kuchta 2011). Per ottenere una sintesi efficiente del filamento principale e ritardato, era necessario fornire elevate concentrazioni di H/P e uno stampo del filamento ritardato la cui sequenza assomigliava a quella del DNA virale (Stengel e Kuchta 2011). La presenza di due complessi H/P alla forcella di replicazione può fornire un semplice meccanismo per reclutare due polimerasi alla forcella di replicazione (Fig. 1B). Si prevede che questo sistema faciliterà futuri esperimenti per esaminare come altre proteine ​​virali e cellulari influenzeranno la sintesi del DNA. Si spera che alla fine sarà possibile sviluppare un sistema per ricostituire la replicazione dipendente dall'origine.

Formazione del DNA concatemerico

La produzione di DNA concatemerico dell'HSV è un passaggio essenziale per la generazione del virus della progenie poiché il macchinario di confezionamento deve riconoscere concatemeri più lunghi dell'unità durante l'incapsidazione. Sebbene sia stato proposto che il genoma virale circolizzi e la replicazione del circolo rotante porti alla formazione di concatemeri, diverse linee di evidenza suggeriscono che la replicazione del DNA dell'HSV è più complessa e può comportare la replicazione dipendente dalla ricombinazione.

Per analogia con il fago , l'HSV può utilizzare proteine ​​di ricombinazione virale e/o cellulare durante la replicazione del DNA. Gli herpesvirus hanno sviluppato una complessa relazione con i percorsi di risposta al danno del DNA dell'ospite (rivisto in Weitzman e Weller 2011). Diversi fattori cellulari coinvolti nella riparazione della rottura del doppio filamento (DSB), inclusi Mre11, Rad50, Nbs1 e Rad51, vengono reclutati nei siti prereplicativi virali e nei compartimenti di replicazione. Molti di questi sono importanti per un'efficiente produzione di virus, portando a suggerire che uno o più percorsi di riparazione del DSB possono essere utilizzati durante l'infezione da HSV. Utilizzando saggi reporter cromosomicamente integrati progettati per distinguere tra questi percorsi, è stato riscontrato che l'annealing a filamento singolo (SSA) era aumentato nelle cellule infettate da HSV, mentre la ricombinazione omologa (HR), l'unione dell'estremità non omologa (NHEJ) e l'unione dell'estremità non omologa alternativa (A-NHEJ) sono diminuiti (Schumacher et al. 2012). L'aumento di SSA è stato abolito quando le cellule sono state infettate con un mutante virale privo di UL12. Inoltre, l'espressione di UL12 da sola ha causato un aumento di SSA. UL12 e ICP8 ricordano il sistema di ricombinazione dei fagi λ che è stato utilizzato come strumento per stimolare l'ingegneria genetica mediata dalla ricombinazione nei batteri (Szczepanska 2009, e riferimenti ivi contenuti). Inoltre, questo sistema svolge un ruolo importante nella produzione di concatenatori di DNA virale necessari per l'incapsidazione e la produzione di progenie infettiva (Lo Piano et al. 2011). Le somiglianze tra λ e la replicazione del DNA di HSV aumentano la possibilità che la formazione di concatemeri durante l'infezione da HSV coinvolga la replicazione dipendente dalla ricombinazione.

Oltre al sistema di ricombinazione virale UL12/ICP8 e al potenziale ruolo della via SSA durante la replicazione del DNA, sono state implicate diverse altre vie di riparazione necessarie per una replicazione efficiente (Muylaert and Elias 2007, 2010 Muylaert et al. 2011). È stato segnalato che la DNA ligasi IV/XRCC4 è importante per un'efficiente replicazione del virus (Muylaert e Elias 2007) suggerendo un ruolo benefico per NHEJ, tuttavia, nelle cellule carenti di DNA-PK o Ku70, HSV-1 cresce meglio che in loro presenza, suggerendo questo la conclusione può essere eccessivamente semplificata (Parkinson et al. 1999 K Mohni e S Weller, unpubl.). Come descritto in precedenza, l'interazione tra HSV-1 polimerasi e HSV uracil-DNA-glicosilasi (UL2) può indicare un ruolo per la riparazione dell'escissione della base (Bogani e Boehmer 2008 Bogani et al. 2009, 2010). Rapporti recenti secondo cui MSH2 e MLH1 sono necessari per la replicazione efficiente di HSV-1 nelle cellule umane normali e sono localizzati nei compartimenti di replicazione virale possono indicare un ruolo per la riparazione del disadattamento nella replicazione dell'HSV (Mohni et al. 2011). Saranno necessarie ulteriori indagini sulla complessa relazione tra HSV e le vie di riparazione/ricombinazione dell'ospite per chiarire il ruolo delle varie vie di riparazione nella replicazione del DNA di HSV.


4.11.3: Virus a DNA a doppio filamento - Herpesvirus - Biologia

Cinque virus a DNA sono noti per causare tumori negli esseri umani. Questi sono il virus del papilloma umano, il virus dell'epatite B, il virus di Epstein-Barr, il virus dell'herpes del sarcoma di Kaposi e il poliomavirus delle cellule di Merkel. Si stima che, insieme, questi siano responsabili di oltre un milione di nuovi casi di cancro ogni anno in tutto il mondo. Interessante è anche l'adenovirus: sebbene non causi il cancro nell'uomo, produce tumori maligni negli animali da esperimento. Questo lo rende uno strumento molto potente per studiare i meccanismi dell'oncogenesi virale. Negli ultimi anni sono stati fatti grandi passi avanti nella nostra comprensione della biologia molecolare di questi virus a DNA e delle interazioni virus-ospite che determinano la cancerogenicità. Questi nuovi dati sono i primi passi essenziali nello sviluppo di nuove strategie terapeutiche.

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Nonostante la grande conoscenza della biologia dei tipi di HPV HR della mucosa, sono necessarie ulteriori ricerche per caratterizzare la biologia della maggior parte dei tipi di HPV che sono stati finora poco studiati, con l'obiettivo finale di valutare i loro potenziali ruoli in altre malattie umane.

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Risultati

Per determinare la struttura dell'unico vertice 5 volte che comprende il portale e il tegumento associato al vertice portale (PVAT), abbiamo ripreso i virioni HSV-1 purificati mediante cryoEM (S1 Fig). Sono state acquisite un totale di 3.702 micrografie, da cui è stato estratto un set di dati di 6.069 immagini virioniche per la ricostruzione 3D. È stata calcolata una ricostruzione 3D iniziale con la piena simmetria icosaedrica imposta al fine di definire con precisione le origini e gli orientamenti delle particelle in ciascuna immagine (Fig 1a). La ricostruzione icosaedrica ha raggiunto una risoluzione di 6,3 (S2 Fig, S1 Data) e assomigliava molto a strutture pubblicate di recente con una risoluzione simile, rivelando una densità CATC ben definita con un chiaro fascio di cinque eliche che ha dimostrato di comprendere eliche donate da un singola copia di pUL17, due copie di pUL25 e due copie di pUL36 (Fig 1d e 1e) [5,32]. Alla soglia isosuperficiale inferiore, vediamo due distinti domini globulari per CATC, uno sopra il pUL19 pentonale e uno che giace a lato. È stato dimostrato che queste densità sono il dominio C-terminale di pUL25, quindi ci sono 10 molecole di pUL25 per vertice di 5 volte (Fig 1c) [5].


Guarda il video: BIOL2421 Chapter 8 Viruses and Their Replication (Dicembre 2021).