кккДНК
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( июнь 2013 г. ) |
cccDNA ( ковалентно замкнутая кольцевая ДНК ) — особая структура ДНК , которая возникает при размножении некоторых вирусов в ядре клетки и может оставаться там постоянно. Это двухцепочечная ДНК , имеющая линейную форму, которая связана с помощью ДНК-лигазы с ковалентно замкнутым кольцом. В большинстве случаев транскрипция вирусной ДНК может происходить только из кольцевой формы. cccDNA вирусов также известна как эписомальная ДНК или иногда как минихромосома .
cccDNA была впервые описана в бактериофагах , но она также была обнаружена в некоторых культурах клеток, где было обнаружено заражение ДНК-вирусами ( Polyomaviridae ). [1] [2] cccDNA типична для Caulimoviridae и Hepadnaviridae , включая вирус гепатита B (HBV). cccDNA при HBV образуется путем конверсии связанной с капсидом расслабленной кольцевой ДНК (rcDNA). [3] После заражения гепатитом В кзкДНК может оставаться после клинического лечения в клетках печени и редко может реактивироваться. Относительное количество присутствующей кссДНК является индикатором лечения ВГВ. [4]
История создания cccDNA и вируса гепатита B
[ редактировать ]Закрытая ковалентная кольцевая ДНК (cccDNA) представляет собой уникальную структуру ДНК, образующуюся в ответ на инфицирование клетки. Геномная ДНК поступает в ядро клетки, а затем частично двухцепочечная ДНК преобразуется в кзкДНК.
CccDNA в первую очередь встречается в контексте вируса гепатита B (HBV). Примерно 257 миллионов человек во всем мире хронически инфицированы этим вирусом, что подвергает их высокому риску развития цирроза печени и гепатоцеллюлярной карциномы (ГЦК). [5] Хроническая инфекция характеризуется сохранением минихромосомы cccDNA в ядрах гепатоцитов хозяина (клетках печени). [6] Современные методы лечения не способны полностью очистить вирусную минихромосому от гепатоцитов хозяина. [7] и в результате стремятся «функционально вылечить» хозяина, что требует блокады вирусной кзкДНК посредством подавления транскрипции . [5] Инфицированного человека невозможно полностью вылечить без удаления кзкДНК из инфицированных гепатоцитов, что в настоящее время невозможно. [8]
HBV 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 вирус может инфицировать, — это гепатоциты, и после заражения они достигаются с кровотоком. [6] Гепатоциты — это клетки ткани печени, которые участвуют в белка синтезе и хранении . Хотя это заболевание можно предотвратить с помощью вакцинации , у людей из группы высокого риска, таких как младенцы, вероятность развития хронического заболевания печени может достигать 90%, если они ранее не были вакцинированы. [9] В результате CDC первую дозу вакцины против гепатита B сразу при рождении. рекомендует вводить [10] CccDNA и ее сохранение в ядре остаются основным препятствием для эффективного лечения и, следовательно, являются причиной строгого графика вакцинации против гепатита B. [10]
На практике единственным известным организмом, использующим кккДНК, является вирус гепатита В. Более конкретно, cccDNA представляет собой реактивный промежуточный продукт , который в значительной степени способствует инфекциям гепатоцитов. [11] Сохранение cccDNA на протяжении всего периода инфекции было ключевым фактором распространенности HBV. [11] Исследования показывают, что cccDNA на самом деле является основной причиной того, что исторически прогресс в искоренении ВГВ был незначительным. [12] Во многих случаях, даже после устранения инфекции, кссДНК все еще можно обнаружить. [12] В настоящее время терапия ВГВ включает аналоги нуклеотидов (НА), которые впервые были внедрены в клиническую практику в конце 1990-х годов. [ нужна ссылка ] Хотя за прошедшие годы было опробовано множество различных терапевтических методов, лекарство от ВГВ еще не найдено. Исследователи связывают это с продолжающейся невозможностью отключить cccDNA. [ нужна ссылка ] Будущие методы лечения должны быть направлены непосредственно на устранение этого фактора.
Свойства кссДНК
[ редактировать ]
CccDNA способна образовывать стабильную минихромосому в ядре клеток, инфицированных определенным вирусом, связанным с cccDNA. [13] Являясь частью ядра, кзкДНК способна взаимодействовать с гистоновыми и негистоновыми белками, образуя структуры, подобные хроматину . [14] Так же, как и хроматин хозяина, транскрипция cccDNA регулируется посредством контроля двух энхансеров и четырех различных промоторов . Это также зависит от множества регуляторов, включая факторы транскрипции , коактиваторы , корепрессоры модифицирующие хроматин и ферменты, . Кроме того, cccDNA может служить матрицей для репликации вируса и транскрипции ДНК для пяти вирусных РНК, что позволяет производить вирусные антигены . [13]
Количественно определить количество копий кзкДНК в каждой клетке сложно, поскольку оно зависит от типа клетки и типа инфекции. Хотя период полураспада кзкДНК еще не определен, было проверено in vitro, что он сохраняется в течение всей жизни клетки. [13] Результаты недавнего исследования вируса гепатита В in vitro показали, что период полураспада клеток печени человека ( HepG2 ) составляет 40 дней, а предполагаемая продолжительность жизни составляет 58 дней. Период полураспада in vivo клеток печени человека еще не определен. [15]
Роль cccDNA в репликации HBV
[ редактировать ]CccDNA связана с вирусом гепатита B (HBV), где вирус конструирует свою плазмиду посредством ковалентного связывания своих связей. Содержащая гистоны область ядра внутри вируса — это то место, где обычно находится кзкДНК, которая обычно взаимодействует с гистонами, сходными с таковыми в хроматине . Модели, доступные 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 cccDNA. 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 гепатоцитами человека . [18] После того как гепатоцитоподобные клетки подверглись воздействию индукторов дифференцировки, источник вируса был введен из известного носителя HBV, содержащего высокие уровни cccDNA, и были проанализированы уровни поверхностного антигена HBV , что указывало на то, что инфекция успешно реплицировалась в клетках HepaRG. [19] Обычно HBV измеряется по уровням cccDNA с помощью кинетики Саузерн-блоттинга здоровых и инфицированных клеток и количественно оценивается с помощью дот-блоттинга. В этих инфицированных клетках существует сильная корреляция между cccDNA, которая действует как маркер репликации, и уровнями секреции поверхностного антигена HBsAg. [18]
Биологические функции
[ редактировать ]CccDNA образуется из rcDNA (расслабленная кольцевая ДНК) путем удаления вирусной полимеразы на 5'-конце отрицательной цепи ДНК, удаления 5'-конца плюсовой цепи и удаления одной копии короткой цепи. терминальная избыточность минусовой цепи. После того, как эти удаления происходят, положительная цепь завершается и происходит лигирование двух цепей вирусной ДНК. [16] Механизм заражения обусловлен преобразованием расслабленной кольцевой двухцепочечной ДНК (рцДНК) в кзкДНК из вирусных матриц, которая, как предполагается, осуществляется собственными ферментами репарации ДНК клетки. Этот процесс происходит за счет ретротранскрипции транскрипта кзкДНК в геномы ркДНК нормальной клетки. Депротонирование ркДНК затем действует как предшественник кккДНК посредством полимеразной цепной реакции . [20] [21] Хотя ведутся споры относительно следующих шагов в механизмах формирования и метаболизма кзкДНК, известно, что ингибиторы лигазы играют решающую роль в поддержке экспериментов по нокауту. 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]
Такое преобразование частично двухцепочечной ркДНК в кккДНК обычно происходит при инфицировании гепатоцита. [22] cccDNA может производить все оборудование, необходимое для завершения репликации вируса и производства белка, и поэтому ему не нужно использовать полуконсервативный механизм репликации ДНК своего хозяина. [22]
Триггеры и средства контроля производства кккДНК до конца не известны, но считается, что может существовать система, включающая отрицательную обратную связь для подавления производства кккДНК после того, как будет создано около 10-50 копий. Созданные однажды пулы cccDNA легко поддерживать, поэтому нет необходимости многократно заражать клетку для создания пула cccDNA. [23] кккДНК может быть разбавлена или потеряна в результате митоза, но в целом кккДНК может существовать в течение жизненного цикла гепатоцита, не влияя на его жизнеспособность. Предполагается, что такое пожизненное сохранение cccDNA объясняет наблюдаемые пожизненные иммунные реакции на HBV. [24]
Считается , что иммуноопосредованные, эпигенетические и вирусные факторы влияют на активность кзкДНК. Исследование механизмов, посредством которых эти различные факторы влияют на активность кзкДНК in vivo, весьма ограничено из-за избранных доступных животных-хозяев. [25] Что касается иммуноопосредованных факторов, исследования показали, что воспалительные цитокины могут подавлять репликацию вируса и уменьшать пулы cccDNA в инфицированных клетках. Кроме того, , что ацетилирование считается и деацетилирование кзкДНК регулирует транскрипцию кзкДНК и, следовательно, ее репликацию вируса. Было обнаружено, что ацетилирование коррелирует с репликацией вируса, тогда как деацетилирование коррелирует с низкой репликацией вируса in vitro. [22] Необходимы дальнейшие исследования для изучения влияния ацетилирования и деацетилирования на активность кзкДНК in vivo.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мосевицкая Т.В., Павельчук Е.Б., Томилин Н.В. (1976). «[Субстрат системы восстановления, индуцированной УФ-излучением, обеспечивающей W-реактивацию фага лямбда]». Генетика (на русском языке). 12 (8): 131–8. ПМИД 1001892 .
- ^ Кунисада, Т.; Х. Ямагиши (ноябрь 1984 г.). «Повторение последовательностей и геномное распределение небольшой полидисперсной кольцевой ДНК, очищенной из клеток HeLa». Джин . 31 (1–3): 213–223. дои : 10.1016/0378-1119(84)90212-9 . ПМИД 6098526 .
- ^ Го Х.; Д. Цзян; Т. Чжоу; А. Куконати; ТМ Блок; Дж. Ти Го (ноябрь 2007 г.). «Характеристика внутриклеточной депротеинизированной расслабленной кольцевой ДНК вируса гепатита В: промежуточный продукт образования ковалентно замкнутой кольцевой ДНК» . Дж Вирол . 81 (22): 12472–12484. дои : 10.1128/JVI.01123-07 . ПМК 2169032 . ПМИД 17804499 .
- ^ Борн, Э.Дж.; Динстаг, JL; Лопес, Вирджиния; и др. (январь 2007 г.). «Количественный анализ кзкДНК ВГВ из клинических образцов: корреляция с клиническим и вирусологическим ответом во время противовирусной терапии». Журнал вирусного гепатита . 14 (1): 56–63. дои : 10.1111/j.1365-2893.2006.00775.x . ПМИД 17212645 . S2CID 21563920 .
- ^ Jump up to: а б Ся, Юйчэнь; Го, Хайтао (август 2020 г.). «КзкДНК вируса гепатита В: формирование, регуляция и терапевтический потенциал» . Противовирусные исследования . 180 : 104824. doi : 10.1016/j.antiviral.2020.104824 . ПМЦ 7387223 . ПМИД 32450266 .
- ^ Jump up to: а б с Олвейс, Лена; Дандри, Маура (21 июня 2017 г.). «Роль cccDNA в поддержании HBV» . Вирусы . 9 (6): 156. дои : 10.3390/v9060156 . ПМК 5490831 . ПМИД 28635668 .
- ^ Китамура, Коичи; Цюэ, Миюки; Исихара, Юки; Накамура, Такаши; Вакита, Мурамацу, Масамичи (21 июня 2018 г.) . участвует в образовании кзкДНК вируса гепатита В» . PLOS Pathogens . 14 (6): e1007124. : 10.1371 /journal.ppat.1007124 . PMC 6013022. . PMID 29928064 doi
- ^ Донг, Дж; Инь, Дж; Цю, Х; Чжан М. (19 ноября 2017 г.). «Передовые стратегии устранения кзкДНК ВГВ» . Пищеварительные заболевания и науки . 63 (1): 7–15. дои : 10.1007/s10620-017-4842-1 . ПМИД 29159681 . S2CID 21656087 .
- ^ «Информация о гепатите В» . Центры по контролю и профилактике заболеваний США . Проверено 6 октября 2020 г.
- ^ Jump up to: а б «Рекомендуемый график иммунизации детей и подростков в возрасте до 18 лет, США, 2020 г.» . Центры по контролю и профилактике заболеваний США . Проверено 6 октября 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Верле-Лапостоль, Беттина; Боуден, Скотт; Локарнини, Стивен; Вурстхорн, Карстен; Петерсен, Йорг; Лау, Джордж; Трепо, Кристиан; Марселлин, Патрик; Гудман, Закари; Делани, Уильям Э.; Сюн, Шелли (июнь 2004 г.). «Сохранение кзкДНК в естественном течении 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 . ПМИД 15188170 . S2CID 16927207 .
- ^ Jump up to: 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): е64. дои : 10.1038/emi.2014.64 . ISSN 2222-1751 . ПМЦ 4185362 . ПМИД 26038757 .
- ^ Jump up to: а б с Олвейс, Лена; Дандри, Маура (21 июня 2017 г.). «Роль cccDNA в поддержании HBV» . Вирусы . 9 (6): 156. дои : 10.3390/v9060156 . ISSN 1999-4915 . ПМК 5490831 . ПМИД 28635668 .
- ^ Беллони, Лаура; Полличино, Тереза; Никола, Франческа Де; Геррьери, 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. Бибкод : 2009PNAS..10619975B . дои : 10.1073/pnas.0908365106 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 2775998 . ПМИД 19906987 .
- ^ Литгоу, Катрина А.; Ламли, Шейла Ф.; Пеллис, Лоренцо; Маккитинг, Джейн А.; Мэтьюз, Филиппа К. (2020). «Оценка персистенции кзкДНК вируса гепатита В при хронической инфекции» . Эволюция вирусов . 7 (1): veaa063. дои : 10.1093/ve/veaa063 . ПМЦ 7947180 . ПМИД 33732502 .
- ^ Jump up to: а б Люцифора, Джули; Протцер, Ульрика (01 апреля 2016 г.). «Атака кссДНК вируса гепатита В – Святой Грааль для лечения гепатита В» . Журнал гепатологии . Молекулярная биология вируса гепатита В. 64 (1, Дополнение): С41–С48. дои : 10.1016/j.jhep.2016.02.009 . ISSN 0168-8278 . ПМИД 27084036 .
- ^ Ли, Фэн; Ченг, Лян; Мерфи, Кристофер М.; Решка-Бланко, Наталья Ю.; Ву, Ясюй; Чи, Лицюнь; Ху, Цзяньмин; Су, Лишань (07.11.2016). «Мини-кольцо кзкДНК ВГВ с репортером люциферазы Gaussia для исследования биологии кккДНК ВГВ и разработки препаратов, нацеленных на кккДНК» . Научные отчеты . 6 (1): 36483. Бибкод : 2016NatSR...636483L . дои : 10.1038/srep36483 . ISSN 2045-2322 . ПМК 5098228 . ПМИД 27819342 .
- ^ Jump up to: а б Грипон, Филипп; Рюмин, Сильви; Урбан, Стефан; Сейек, Жак Ле; Глейз, Дениз; Кэнни, Изабель; Гийомар, Клэр; Лукас, Жозетт; Трепо, Кристиан; Гуген-Гийузо, Кристиана (26 ноября 2002 г.). «Инфекция клеточной линии гепатомы человека вирусом гепатита В» . Труды Национальной академии наук . 99 (24): 15655–15660. Бибкод : 2002PNAS...9915655G . дои : 10.1073/pnas.232137699 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 137772 . ПМИД 12432097 .
- ^ Грипон, Филипп; Диот, Кристиан; Гуген-Гийузо, Кристиана (1 февраля 1993 г.). «Воспроизводимое заражение высокого уровня культивируемых гепатоцитов взрослого человека вирусом гепатита В: влияние полиэтиленгликоля на адсорбцию и проникновение» . Вирусология . 192 (2): 534–540. дои : 10.1006/виро.1993.1069 . ISSN 0042-6822 . ПМИД 8421898 .
- ^ Го, Хайтао. «Молекулярные механизмы образования кзкДНК ВГВ» . Грантоме . Проверено 1 декабря 2020 г.
- ^ Jump up to: а б Лонг, Цюаньсинь; Ян, Ран; Ху, Цзели; Цай, Давэй; Митра, Бидиша; Ким, Елена С.; Маркетти, Александр; Чжан, Ху; Ван, Суджуан; Лю, Юаньцзе; Хуан, Айлун (декабрь 2017 г.). «Роль ДНК-лигаз хозяина в образовании ковалентно замкнутой кольцевой ДНК гепаднавируса» . ПЛОС Патогены . 13 (12): e1006784. дои : 10.1371/journal.ppat.1006784 . ISSN 1553-7374 . ПМЦ 5747486 . ПМИД 29287110 .
- ^ Jump up to: а б с Левреро, Массимо; Полличино, Тереза; Петерсен, Йорг; Беллони, Лаура; Раймондо, Джованни; Дандри, Маура (1 сентября 2009 г.). «Контроль функции кссДНК при инфекции вируса гепатита В» . Журнал гепатологии . 51 (3): 581–592. дои : 10.1016/j.jhep.2009.05.022 . ISSN 0168-8278 . ПМИД 19616338 .
- ^ Таттлман, Ян С.; Пурсель, Кристина; Саммерс, Джесси (7 ноября 1986 г.). «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 . ПМИД 3768961 . S2CID 44818698 .
- ^ 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 . ПМЦ 4386630 . ПМИД 18302164 .
- ^ Дандри, Маура; Лютгехетманн, Марк; Фольц, Тассило; Петерсен, Йорг (май 2006 г.). «Модельные системы мелких животных для изучения репликации и патогенеза вируса гепатита В» . Семинары по заболеваниям печени . 26 (2): 181–191. дои : 10.1055/s-2006-939760 . ISSN 0272-8087 . ПМИД 16673296 . S2CID 260316512 .