CccDNA - cccDNA

cccDNA (ковалентно замкнутая кольцевая ДНК) особый ДНК структура, возникающая при распространении некоторых вирусы в ядро клетки и может оставаться там навсегда. Это двухцепочечная ДНК который имеет линейную форму и лигируется с помощью ДНК-лигаза к ковалентно замкнутое кольцо. В большинстве случаев, транскрипция вирусной ДНК может происходить только из кольцевой формы. CccDNA вирусов также известна как эписомальная ДНК или иногда как минихромосома.

кскДНК была впервые описана в бактериофаги, но он также был обнаружен в некоторых культурах клеток, где заражение ДНК-вирусами (Polyomaviridae ) был обнаружен.[1][2] кзкДНК типична для Caulimoviridae и Hepadnaviridae, в том числе гепатит Б вирус (HBV). кскДНК в HBV образуется путем преобразования капсид -ассоциированная релаксированная кольцевая ДНК (ркДНК).[3] После инфицирования гепатитом B кзкДНК может оставаться после клинического лечения в клетках печени и редко может повторно активироваться. Относительное количество присутствующей кзкДНК является индикатором лечения HBV.[4]

Предпосылки создания кзкДНК и вируса гепатита В

Замкнутая ковалентная кольцевая ДНК (кзкДНК) - это уникальная структура ДНК, которая формируется в ответ на инфицирование клетки. Геномная ДНК проникает в ядро ​​клетки, а затем частично двухцепочечная ДНК превращается в кзкДНК.

CccDNA в первую очередь рассматривается в контексте Вирус гепатита В (HBV). Примерно 257 миллионов человек во всем мире хронически инфицированы этим вирусом, что подвергает их высокому риску развития. цирроз и гепатоцеллюлярная карцинома (HCC).[5] Хроническая инфекция характеризуется персистированием минихромосомы кзкДНК в ядрах хозяина. гепатоциты (клетки печени).[6] Современные методы лечения не могут полностью очистить вирусную минихромосому от гепатоцитов хозяина.[7] и, как результат, стремиться «функционально излечить» хозяина, что требует блокады вирусной кзкДНК посредством подавление транскрипции.[5] Инфицированный человек не может быть полностью вылечен без очистки инфицированных гепатоцитов от кзкДНК, что в настоящее время невозможно.[8]

График вакцинации, рекомендованный CDC

ВГВ возбудитель представляет собой небольшой вирус, передающийся через кровь, с высокой тканевой и видовой специфичностью, который передается при контакте с инфицированной кровью или жидкостями организма.[6] Единственные клетки, которые может инфицировать вирус, - это гепатоциты, и они попадают в них через кровоток после заражения.[6] Гепатоциты - это клетки ткани печени, которые участвуют в синтез белка и хранение. Хотя это заболевание можно предотвратить с помощью вакцинация, люди из группы высокого риска, такие как младенцы, могут иметь до 90% вероятности хронического заболевания печени, если не были предварительно вакцинированы.[9] В результате CDC рекомендует первую дозу вакцина против гепатита В вводить сразу при рождении.[10] КскДНК и ее постоянство в ядре остаются основным препятствием для эффективного лечения и, следовательно, причиной строгого графика вакцинации против гепатита В.[10]

На практике единственным известным организмом, использующим кзкДНК, является вирус гепатита В. Более конкретно, кзкДНК представляет собой реактивный промежуточный продукт что значительно способствует инфицированию гепатоцитов.[11] Сохранение кзкДНК на протяжении всей инфекции было ключевым фактором в распространенности HBV.[11] Исследования показывают, что кскДНК на самом деле является основной причиной того, что исторически не было большого прогресса в искоренении HBV.[12] Во многих случаях, даже после того, как инфекция была устранена, кзкДНК все еще может быть обнаружена.[12] В настоящее время терапия HBV включает: аналоги нуклеотидов (НА), которые изначально были внедрены в клиническую практику в конце 1990-х годов.[нужна цитата ] Хотя многие различные терапевтические методы были опробованы на протяжении многих лет, лекарство от HBV еще не найдено. Исследователи связывают это с продолжающейся неспособностью отключить cccDNA.[нужна цитата ] В будущих методах лечения необходимо будет сосредоточиться непосредственно на устранении этого фактора.

Свойства кзкДНК

Общий график периода полужизни, который можно использовать для моделирования периода полужизни кзкДНК, используя время полужизни для кзкДНК.

CccDNA способна образовывать стабильную минихромосому в ядро клеток, инфицированных определенным вирусом, связанным с кзкДНК.[13] Как часть ядра кзкДНК способна взаимодействовать с гистон и негистоновые белки формировать структуры, подобные хроматин.[14] Так же, как и хроматин хозяина, транскрипция кзкДНК регулируется через контроль двух усилители и четыре различных промоутеры. Это также зависит от нескольких регулирующих органов, включая факторы транскрипции, соактиваторы, сорепрессоры и модифицирование хроматина ферменты. Кроме того, кзкДНК может служить в качестве матрицы для вирусной репликации и транскрипции ДНК для пяти вирусных РНК, что позволяет производить вирусную антигены.[13]

Определить количество копий кзкДНК в каждой клетке сложно, так как это зависит от типа клетки и типа инфекции. Хотя период полураспада кзкДНК еще не определена, она протестирована in vitro длиться в течение всего срока службы клетки.[13] В недавнем in vitro результаты исследования HBV показали, что период полураспада клетки печени человека (HepG2 ) составляет 40 дней и обеспечивает расчетный срок службы 58 дней. Период полураспада in vivo клеток печени человека еще не определено.[15]

Роль кскДНК в репликации ВПЧ

CccDNA связана с вирусом гепатита B (HBV), где вирус конструирует свою плазмиду путем ковалентного связывания своих связей. Гистон-содержащая область ядра внутри вируса - это то место, где обычно находится кзкДНК, обычно взаимодействующая с гистоны аналогично тому из хроматин. Доступные модели для определения бактериальной специфичности в настоящее время ограничены тремя типами клеточных культур: первичными тупайями или гепатоцитами человека (PHH) и дифференцированными. HepaRG (dHepaRG).[16] Именно на этих моделях наблюдалась репликация HBV посредством транскрипции кзкДНК. Именно отсутствие моделей предотвращает медикаментозное лечение из-за недостаточной эффективности уничтожения кзкДНК.[17]

HepaRG была первой клеточной линией, которая успешно поддерживала инфекцию HBV, и продемонстрировала, что инфекция может переноситься только человеком. гепатоциты.[18] После того, как гепатоцитоподобные клетки были подвергнуты действию индукторов дифференцировки, источник вируса был введен из известного носителя HBV, содержащего высокие уровни cccDNA, и поверхность HBV антиген уровни были проанализированы, что указывает на то, что инфекция успешно реплицировалась в клетках HepaRG.[19] Обычно HBV измеряется уровнями cccDNA через Саузерн-блот кинетика здоровых и инфицированных клеток и количественная оценка с помощью дот-блоттинга. В этих инфицированных клетках существует сильная корреляция между кзкДНК, которая действует как маркер репликации, и уровнями секреции поверхностного антигена HBsAg.[18]

Биологические функции

CccDNA образуется из rcDNA (расслабленная кольцевая ДНК) путем удаления вирусного полимераза на 5 ’конце отрицательной цепи ДНК, удаление 5’ конца положительной цепи и удаление одной копии короткой концевой избыточности из минусовой цепи. После этого удаления положительная цепь завершается и происходит лигирование двух цепей вирусной ДНК.[16] Механизм инфицирования проистекает из превращения расслабленной кольцевой двухцепочечной ДНК (ркДНК) в кзкДНК из вирусных матриц, которая предположительно осуществляется собственными ферментами репарации ДНК клетки. Этот процесс происходит из-за ретротранскрипция транскрипта кзкДНК в геномы ркДНК нормальной клетки. Депротонирование ркДНК затем действует как предшественник кзкДНК через полимеразной цепной реакции.[20][21] В то время как ведутся споры относительно следующих шагов в механизмах образования и метаболизма кзкДНК, известно, что ингибиторы лигазы играют решающую роль в поддержке экспериментов с нокаутом. ДНК-лигаза 1 и ДНК лигаза 3 непосредственно уменьшают образование кзкДНК, тогда как ДНК-лигаза 4 имеет решающее значение для образования кзкДНК только в двухцепочечной линейной ДНК.[21]

Это преобразование частично двухцепочечной ркДНК в кзкДНК обычно происходит при инфицировании гепатоцита.[22] cccDNA может производить все оборудование, необходимое для завершения репликации вируса и производства белка, и поэтому не требует использования своего хозяина. полуконсервативная репликация ДНК машины.[22]

Триггеры и механизмы контроля производства кзкДНК до конца не известны, но предполагается, что может существовать система, включающая негативный отзыв для подавления производства кзкДНК после создания примерно 10-50 копий. Созданные пулы кзкДНК легко поддерживаются, поэтому нет необходимости в многократном заражении клетки для создания пула кзкДНК.[23] кскДНК может быть разбавлена ​​и / или потеряна в процессе митоза, но в целом кзкДНК может существовать в течение жизненного цикла гепатоцита, не влияя на его жизнеспособность. Предполагается, что эта пожизненная стойкость кзкДНК объясняет наблюдаемые пожизненные иммунные ответы на HBV.[24]

Иммунно-опосредованный, эпигенетический, и считается, что все вирусные факторы влияют на активность кзкДНК. Изучение механизмов, посредством которых эти различные факторы влияют на активность кзкДНК in vivo, довольно ограничено из-за выбора доступных животных-хозяев.[25] Что касается факторов, опосредованных иммунной системой, исследования показали, что воспалительные цитокины может подавлять репликацию вируса и уменьшать пулы кзкДНК в инфицированных клетках. Кроме того, ацетилирование и считается, что деацетилирование кзкДНК регулирует транскрипцию кзкДНК и, следовательно, ее репликацию в вирусах. Было обнаружено, что ацетилирование коррелирует с вирусной репликацией, в то время как деацетилирование коррелирует с низкой вирусной репликацией in vitro.[22] Дальнейшие исследования необходимы для изучения эффектов ацетилирования и деацетилирования на активность кзкДНК in vivo.

Рекомендации

  1. ^ Мосевицкая Т.В., Павелчук Е.Б., Томилин Н.В. (1976). «[Субстрат УФ-индуцированной системы репарации, обеспечивающей W-реактивацию фага лямбда]». Генетика (на русском). 12 (8): 131–8. PMID  1001892.
  2. ^ Кунисада, Т .; Х. Ямагиши (ноябрь 1984 г.). «Повторение последовательности и геномное распределение малой полидисперсной кольцевой ДНК, очищенной из клеток HeLa». Ген. 31 (1–3): 213–223. Дои:10.1016/0378-1119(84)90212-9. PMID  6098526.
  3. ^ Guo H .; Д. Цзян; Т. Чжоу; А. Куконати; Т.М. Блокировать; J.T. Го (ноябрь 2007 г.). «Характеристика внутриклеточной депротеинизированной расслабленной кольцевой ДНК вируса гепатита В: промежуточного звена образования ковалентно замкнутой кольцевой ДНК». J Virol. 81 (22): 12472–12484. Дои:10.1128 / JVI.01123-07. ЧВК  2169032. PMID  17804499.
  4. ^ Bourne, E.J .; Dienstag, J.L .; Lopez, V.A .; и другие. (Январь 2007 г.). «Количественный анализ кзкДНК HBV из клинических образцов: корреляция с клиническим и вирусологическим ответом на противовирусную терапию». Журнал вирусных гепатитов. 14 (1): 56–63. Дои:10.1111 / j.1365-2893.2006.00775.x. PMID  17212645.
  5. ^ а б Ся, Юйчэнь; Го, Хайтао (август 2020 г.). «КзкДНК вируса гепатита B: формирование, регуляция и терапевтический потенциал». Противовирусные исследования. 180: 104824. Дои:10.1016 / j.antiviral.2020.104824. ЧВК  7387223. PMID  32450266.
  6. ^ а б c Аллвейс, Лена; Дандри, Маура (21 июня 2017 г.). «Роль кскДНК в поддержании HBV». Вирусы. 9 (6): 156. Дои:10.3390 / v9060156. ЧВК  5490831. PMID  28635668.
  7. ^ Китамура, Коити; Que, Lusheng; Шимаду, Миюки; Коура, Мики; Исихара, Юки; Вакаэ, Коушо; Накамура, Такаши; Ваташи, Коичи; Вакита, Такадзи; Мурамацу, Масамичи (21 июня 2018 г.). «Эндонуклеаза лоскута 1 участвует в образовании кзкДНК вируса гепатита B». Патогены PLOS. 14 (6): e1007124. Дои:10.1371 / journal.ppat.1007124. ЧВК  6013022. PMID  29928064.
  8. ^ Донг, Дж; Инь, Дж; Цю, X; Чжан, М. (19 ноября 2017 г.). «Передовые стратегии устранения кзкДНК HBV». Пищеварительные заболевания и науки. 63 (1): 7–15. Дои:10.1007 / s10620-017-4842-1. PMID  29159681.
  9. ^ «Информация о гептите В». Центры по контролю и профилактике заболеваний США. Получено 6 октября, 2020.
  10. ^ а б «Рекомендуемый график иммунизации детей и подростков в возрасте 18 лет и младше, США, 2020 г.». Центры по контролю и профилактике заболеваний США. Получено 6 октября, 2020.
  11. ^ а б Верле-Лапостолле, Беттина; Боуден, Скотт; Локарнини, Стивен; Вурстхорн, Карстен; Петерсен, Йорг; Лау, Джордж; Трепо, Кристиан; Марселлин, Патрик; Гудман, Захари; Делани, Уильям Э .; Сюн, Шелли (июнь 2004 г.). «Сохранение кзкДНК во время естественного течения хронического гепатита В и снижение во время терапии адефовиром дипивоксилом». Гастроэнтерология. 126 (7): 1750–1758. Дои:10.1053 / j.gastro.2004.03.018. ISSN  0016-5085. PMID  15188170.
  12. ^ а б Ян, Хун-Чжи; Као, Цзя-Хорнг (сентябрь 2014 г.). «Персистенция ковалентно замкнутой кольцевой ДНК вируса гепатита В в гепатоцитах: молекулярные механизмы и клиническое значение». Новые микробы и инфекции. 3 (9): e64. Дои:10.1038 / emi.2014.64. ISSN  2222-1751. ЧВК  4185362. PMID  26038757.
  13. ^ а б c Аллвейс, Лена; Дандри, Маура (21.06.2017). «Роль кскДНК в поддержании HBV». Вирусы. 9 (6): 156. Дои:10.3390 / v9060156. ISSN  1999-4915. ЧВК  5490831. PMID  28635668.
  14. ^ Беллони, Лаура; Полличино, Тереза; Никола, Франческа Де; Герриери, Франческа; Раффа, Джузеппина; Фанчулли, Маурицио; Раймондо, Джованни; Левреро, Массимо (24 ноября 2009 г.). «Ядерный HBx связывает минихромосому HBV и изменяет эпигенетическую регуляцию функции кзкДНК». Труды Национальной академии наук. 106 (47): 19975–19979. Bibcode:2009PNAS..10619975B. Дои:10.1073 / pnas.0908365106. ISSN  0027-8424. ЧВК  2775998. PMID  19906987.
  15. ^ Lythgoe, Katrina A .; Ламли, Шейла Ф .; Пеллис, Лоренцо; McKeating, Jane A .; Мэтьюз, Филиппа С. (2020). «Оценка персистенции кзкДНК вируса гепатита В при хронической инфекции». Эволюция вирусов. Дои:10.1093 / ve / veaa063.
  16. ^ а б Люцифора, Джули; Протцер, Ульрике (2016-04-01). "Атака cccDNA вируса гепатита B - Святой Грааль для лечения гепатита B". Журнал гепатологии. Молекулярная биология вируса гепатита В. 64 (1, Приложение): S41 – S48. Дои:10.1016 / j.jhep.2016.02.009. ISSN  0168-8278. PMID  27084036.
  17. ^ Ли, Фэн; Ченг, Лян; Мерфи, Кристофер М .; Решка-Бланко, Наталья Дж .; Ву, Ясу; Чи, Ликунь; Ху, Цзяньминь; Су, Лишань (07.11.2016). «Миникольцевая кзкДНК HBV с репортером люциферазы Gaussia для исследования биологии кзкДНК HBV и разработки лекарств, нацеленных на кзкДНК». Научные отчеты. 6 (1): 36483. Bibcode:2016НатСР ... 636483Л. Дои:10.1038 / srep36483. ISSN  2045-2322. ЧВК  5098228. PMID  27819342.
  18. ^ а б Грипон, Филипп; Рюмин, Сильви; Урбан, Стефан; Сейек, Жак Ле; Глез, Дениз; Канни, Изабель; Гайомар, Клэр; Лукас, Жозетта; Трепо, Кристиан; Гуген-Гийоузо, Кристиан (26 ноября 2002). «Заражение клеточной линии гепатомы человека вирусом гепатита В». Труды Национальной академии наук. 99 (24): 15655–15660. Bibcode:2002PNAS ... 9915655G. Дои:10.1073 / pnas.232137699. ISSN  0027-8424. ЧВК  137772. PMID  12432097.
  19. ^ Грипон, Филипп; Диот, Кристиан; Гуген-Гийоузо, Кристиан (1 февраля 1993 г.). «Воспроизводимая высокоуровневая инфекция культивируемых гепатоцитов взрослого человека вирусом гепатита B: влияние полиэтиленгликоля на адсорбцию и проникновение». Вирусология. 192 (2): 534–540. Дои:10.1006 / viro.1993.1069. ISSN  0042-6822. PMID  8421898.
  20. ^ Го, Хайтао. «Молекулярные механизмы образования кзкДНК HBV». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  21. ^ а б Лонг, Quanxin; Ян, Ран; Ху, Джиели; Цай, Давэй; Митра, Бидиша; Ким, Елена С .; Маркетти, Александр; Чжан, Ху; Ван, Суджуань; Лю, Юаньцзе; Хуанг, Айлонг (декабрь 2017 г.). «Роль лигаз ДНК хозяина в формировании ковалентно замкнутой кольцевой ДНК гепаднавируса». Патогены PLOS. 13 (12): e1006784. Дои:10.1371 / journal.ppat.1006784. ISSN  1553-7374. ЧВК  5747486. PMID  29287110.
  22. ^ а б c Левреро, Массимо; Полличино, Тереза; Петерсен, Йорг; Беллони, Лаура; Раймондо, Джованни; Дандри, Маура (2009-09-01). «Контроль функции кзкДНК при вирусной инфекции гепатита В». Журнал гепатологии. 51 (3): 581–592. Дои:10.1016 / j.jhep.2009.05.022. ISSN  0168-8278. PMID  19616338.
  23. ^ Tuttleman, Jan S .; Пурсель, Кристина; Саммерс, Джесси (1986-11-07). «Формирование пула ковалентно замкнутой кольцевой вирусной ДНК в клетках, инфицированных гепаднавирусом». Клетка. 47 (3): 451–460. Дои:10.1016/0092-8674(86)90602-1. ISSN  0092-8674. PMID  3768961.
  24. ^ Нгуен, Дэвид Х .; Ладгейт, Лори; Ху, Цзяньмин (2008). «Взаимодействие вируса гепатита В с клетками и патогенез». Журнал клеточной физиологии. 216 (2): 289–294. Дои:10.1002 / jcp.21416. ISSN  1097-4652. ЧВК  4386630. PMID  18302164.
  25. ^ Дандри, Маура; Lutgehetmann, Марк; Фольц, Тассило; Петерсен, Йорг (май 2006 г.). «Модельные системы мелких животных для изучения репликации и патогенеза вируса гепатита В». Семинары по заболеванию печени. 26 (2): 181–191. Дои:10.1055 / с-2006-939760. ISSN  0272-8087. PMID  16673296.