病毒学的进步

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病毒学的进步/2018/文章

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体积 2018 |文章的ID 4835252 | https://doi.org/10.1155/2018/4835252

Luca Mercuri, Emma C. Thomson, Joseph Hughes, Peter Karayiannis 丙型肝炎病毒内部核糖体进入位点(IRES)的准种变化与来自PBMCs和血浆的独特点突变",病毒学的进步 卷。2018 文章的ID4835252 9 页面 2018 https://doi.org/10.1155/2018/4835252

丙型肝炎病毒内部核糖体进入位点(IRES)的准种变化与来自PBMCs和血浆的独特点突变

学术编辑器:Banerjee Amiya k .
收到了 09年9月2018年
接受 2018年11月11日
发表 2018年11月19日

抽象的

丙型肝炎病毒(HCV)基因组的5 '非翻译区(UTR)包含内部核糖体进入位点(IRES),这是一种高度保守的RNA结构,对于病毒多蛋白的帽独立翻译至关重要。除肝脏外,丙型肝炎病毒被认为与淋巴结和脑组织中外周血单个核细胞(PBMCs)的淋巴细胞亚群有关。本研究采用RT-PCR、克隆和序列分析等方法,从HCV感染者的pbmc和血浆中提取病毒RNA,研究5'UTR的准物种性质。来自PBMCs的IRES序列与血浆序列之间的核苷酸差异表明IRES内部存在多态性位点。HCV分离株有不同的变异,特别是在IRES的107、204和243位点有独特的突变。大多数pbmc衍生序列在这些位置上都含有A-A-A变体。与IRESes相关的突变表明,与血浆相比,PBMCs中存在独特的准物种群体。

1.介绍

丙型肝炎病毒(HCV)的一种Hepacivirus属的家庭,是一种带有ICOSAHEDRAL衣壳的包裹病毒,其包围长度为约9.5 kB的单链阳性感觉基因组RNA [12].病毒基因组由一个大的开放阅读框(ORF)组成,其两侧是存在于5 '和3 '末端的高度保守的非翻译区(UTR) [3.].5 '端UTR长度为341 nt,包含一个内部核糖体进入位点(IRES),这是一个高度保守的区域,由回文互补序列形成广泛的二级结构,形成四个结构域[4].对IRES结构和功能的研究表明,其结构是通过初始招募细胞因子和核糖体亚基来调节cap-independent IRES介导的翻译过程所必需的[5].HCV主要是肝细胞,但其RNA与淋巴结,脑组织和外周血单核细胞(PBMC)特别有关,尤其是巨噬细胞,B细胞和T细胞(CD8 +)[67].HCV在成纤维细胞、已建立的人类B细胞系(如Rajii和Daudi)、t细胞系(如Molt-4和Jurkat)和PBMC亚群(CD4)中复制已被报道+, CD8+, CD19+)从受丙肝病毒感染的病人[8- - - - - -11].HCV阴性链(复制中间体)与pbmc、CD4+、CD8+、CD19+、t细胞、单核细胞和巨噬细胞相关,在HCV感染者中也检测到肝外部位HCV RNA的存在[12].近年来,已有研究表明,在成功接受聚乙二醇化干扰素抗病毒治疗的患者的pbmc中,该病毒持续存在α(PEG-IFNα)与利巴韦林联合使用。在这些患者中,HCV RNA与外周血细胞相关,但不存在于血清中[13- - - - - -15].

来自慢性感染患者的PBMC,肝组织和血清样品的HCV RNA已经显示出由于5'UTR中的突变存在而显示出异质性[16- - - - - -18].优势准种的存在,点突变数量有限,与肝脏和血清不同,IRES区域有相同的核苷酸替换,如G107→a, C204→a和G243→a,通常被称为A-A-A变异,在患者来源的细胞中检测到,此前也在细胞系中检测到,如Daudi B细胞成淋巴细胞和人类t细胞系[19].该变体已与淋巴单元舱感染有关[17],包括单核细胞来源的树突细胞[20.)、单核细胞/巨噬细胞(12]及pbmc [16].对IRES翻译效率的研究表明,与野生型G-C-G变异相比,A-A-A变异在淋巴细胞系中的翻译活性增加,但在单核细胞、粒细胞和肝细胞来源的细胞系中没有[21].IRES的翻译活性在Raji、Bjab和Molt4中显著增强,但在Jurkat细胞、肝细胞(Huh-7)、单核细胞和粒细胞系(如HL-60、KG-1或THP-1)中没有增强[21].在大脑中也检测到a - a - a变体,在小脑中存在的来自HCV RNA的A204和A243突变在同一患者的血清源HCV RNA中缺失,这表明CNS是肝外复制的候选位点[172223].这些研究提供了有证据表明HCV IRESES中有核苷酸取代,与淋巴复制相关。本研究的目的是分析从PBMC获得的HCV 5'UTR序列的时间变化,并将它们与来自HCV感染患者中的血浆中获得的那些进行比较。HCV RNA提取,逆转录PCR(RT-PCR),克隆,序列和RNA结构分析用于确定PBMC中A-A-A变体的存在。

2.材料和方法

2.1.患者样本

24例患者(均为男性,24-62岁)通过RT-PCR检测HCV抗体和HCV RNA呈阳性,自最后一次预约就诊以来首次出现肝功能异常,提示急性丙肝感染(以前为阴性)。患者被纳入圣玛丽急性HCV队列,纳入标准如前所述[25].所有患者均未合并乙型肝炎病毒(HBV)感染或有其他肝病原因。大多数患者感染的HCV基因型为1a型。

所有涉及患者材料的工作均在知情同意后进行。此外,所有这些工作都得到了圣玛丽医院伦理委员会的批准。

2.2.RNA提取和RT-PCR

血液样本用磷酸盐缓冲盐水(PBS)(1:1)稀释,在Ficoll Histopaque 1077 (Sigma-Aldrich)上分层,室温下400g离心30分钟。去除PBMC层;PBS冲洗2次,100g沉淀2次,静置10分钟。

根据制造商说明,使用QIAmp病毒RNA MiniKit (Qiagen)从血浆中提取病毒RNA,使用TRIzol®试剂(Invitrogen)从pbmc中提取总RNA。用Turbo DNA-free Dnase处理(Ambion)从总RNA中去除基因组DNA。总RNA的质量和数量在NanoDrop ND-1000分光光度计上进行评估,并在1%琼脂糖凝胶上进行分析,以检查大小和完整性。在42°C,用0.5°C, 60 min,逆转录为互补DNA (cDNA)μ50 U Moloney鼠白血病病毒逆转录酶(MMLV RT) (RETROscript kit, Ambion),体积为20μL遵循制造商的协议。使用罗氏快速启动高保真PCR系统(Fast Start High Fidelity PCR System, Roche)进行HCV 5’UTR扩增,从HCV 5’UTR区域扩增一个243 bp的片段。引物为义引物(5 ' -GCTTAGCCATGGCGTTAG-3 ')和反义引物(5 ' -GCACGGTCTACGAGACCT-3 ')。阴性对照包括无模板对照(NTC)和无逆转录酶对照(NRT),以排除污染。

PCR条件为:预扩增变性(一个循环),95℃2 min;放大(35个循环)包括在95°C变性30秒,在56°C退火30秒,在72°C延伸40秒。最后一个延伸步骤(1个周期)在72℃下进行7分钟。PCR产物在2%琼脂糖凝胶上分离和显示,并按照制造商的协议使用QIAquick凝胶提取试剂盒(Qiagen)进行纯化。

2.3.克隆

将纯化的PCR产物用T4 DNA Ligase (3u/ .)连接到pGEM-T Easy克隆载体(Promega)μL)转化为有能力的人大肠杆菌DH5α细胞表达载体。未插入DNA的试管作为阴性对照。重组菌落用5-溴-4-氯-3-吲哚基- β - d -半乳糖-吡喃糖苷(X-Gal) (Promega)通过白色/蓝色选择检测到最终浓度为40mg/ml,使用GenElute质粒Miniprep试剂盒(Sigma)按照制造商的协议提取质粒DNA。使用ABI3730xl测序仪(MRC CSC Genomics Core Laboratory, London, United Kingdom)对15份血浆样本(n=225)和15份PBMC样本(n=225)各15个克隆进行测序。

2.4.序列分析

使用BioEdit软件(版本7.1.3)进行序列比对和熵(Hx)计算,使用MEGA软件(版本5.1)使用Kimura 2参数模型进行系统发育分析,使用克隆获得的所有序列(来自pbmcs的n=225,来自血浆的n=225)。

大多数病人感染了丙肝病毒亚型1 438丙肝病毒的基因组序列1亚型分离获得的病毒生物信息学资源中心数据库和基因库与BioEdit软件使许多丙肝病毒亚型1为了确定最常表示核苷酸序列在每个位置获得了最佳的一致序列,用于PBMC和血浆IRES扩增子的多序列比对。此外, G采用Turner模型在37°C下计算[2326]对于具有RNAeval Web服务器的RNA参数(http://rna.tbi.univie.ac.at/cgi-bin/RNAWebSuite/RNAeval.cgi).

3.结果

3.1.PBMC与血浆分离株的序列变异

的核苷酸差异225序列来自PBMC,所有的225序列来自血浆样品的RNA二级结构突出显示5 'utr丙肝病毒(nt。1 - 383基因型1 b(基因库,AJ238799.1)数据显示IRES核苷酸位置相对于应变丙肝病毒(基因库,NC_004102)(图1).随着HCV基因型1B 5'UTR的二维结构用作定位在HCV IRESES中检测到的核苷酸取代的轮廓,主要是基因型1a(图1),将HCV IRES 1b基因型与共识序列1a基因型进行比对,以查明两种IRES之间的差异。唯一的差异是在1a基因型中存在11U、12G、13A、34G、35A、204A和243A的替换(数据未包括在内)。

pbmc衍生的IRES序列比血浆衍生的IRES序列有更多的核苷酸取代位点(27对20)。108、113、115、124、130、198、200、216、234和255位的核苷酸替换仅与pbm衍生的ires相关。另一方面,核苷酸替换A152, G185和A207只存在于血浆衍生的ires中。在107、119、179、183、187、204、205、210、214、220、223、224、243、247、248、262和270位点的核苷酸替换与PBMC和血浆衍生ires相关(图)1).

核苷酸频率有助于鉴定PBMC和血浆衍生HCV射线之间发生核苷酸频率差异的核苷酸位置。由于沿着IRES序列获得了相似的核苷酸频率,因此在PBMC和血浆样品之间保守了大部分IRES基序。核苷酸位置179,183,187,205,210,220,223,224,234,247,248,262和270(图1(绿色突出显示)包含两种核苷酸频率的变化,在PBMC和血浆来源的样本中都很常见。然而,107、119、124、152、200、204、207、214、216和243位点的核苷酸频率在PBMC和血浆样本之间存在差异(图)1,以黄色突出显示)。总的来说,大部分的变化发生在核苷酸位置179到187和200到224之间,偶尔从234到270之间。

3.2.PBMC与等离子体序列之间的熵估计

我们检测了PBMC和血浆来源的ires之间的熵差,以量化单个核苷酸位置的多样性(图)2).为了计算pbmc -和等离子体衍生的IRESes之间的熵差,将熵数据集随机替换100次,并对每个随机集计算熵差。将这个差异与真实集合中PBMC和血浆的差异进行比较,以确定熵的差异是否高于基于随机抽样序列的预期。当熵值为正值时,PBMC的熵值高于血浆,当熵值为负值时,PBMC的熵值低于血浆。根据随机分组,显著的熵差与特定的核苷酸位置有关。PBMC在104、108、119、124、200、205、216、221、243、245和282核苷酸位置检测到高熵,而血浆(PBMC较低)在107、152、163、207、210、211、214、220、223、224、262和270核苷酸位置检测到高熵(图)2).

在PBMCs和血浆IRES序列中发现了保守的核苷酸序列。在pbmc衍生的IRES序列中鉴定出两个保守区域(131-CTCCCGGGAGAGCCATAGTGGTCTGCGGA accggtgtacaccggaa -178和271-GCGAAAGGCCTTGTGGTACTGCCTGATAGG-300)。在等离子体来源的IRES序列中检测到5个保守区域(120-CCCCCCCTCCCGGGAGAGCCATAGTGGTCTGC-151, 153-GAACCGGTGAGTACACCGGAATTGCC-178, 188- gggcctttcttggat -203, 225-ATTTGGGCGTGCCCCCGC-242和271-GCGAAAGGCCTTGTGGTACTGCCTGATAGG-300)。编号是基于1b序列和登录号。AJ238799.1。

3.3.准物种在患者体内的分布

为了确定在哪个腔室(PBMC或血浆)中107、204和243位的每个核苷酸组合的分布更有变数,我们对每个患者的PBMC和血浆来源的样本进行了分析(图)3.).血浆来源的样本在变异群体中比pbmc来源的样本有更多的变异,除了病人3和7中只有一种特定的变异存在于血浆样本中。在每个病人中,GAA和GAG变异存在于血浆中,但在pbmc衍生的样本中不存在。

3.4.HCV IRES人群的系统发育分析

从PBMC-和血浆来源的样本的所有克隆获得的序列数据被用来构建一个无根的系统发生树(图4),发现了含有相关的PBMC-和血浆来源的HCV株的谱系,以及一个与分离的血浆来源的HCV株不同的谱系(图)4(a)).与PBMC和血浆相关的A-A-A变异提示可能的选择(图4(b)).

单点突变对RNA热力学稳定性的影响在相关IRES结构域上进行了检测(图)5).减少 G表示相关域的稳定性增加,而在增加 G表示稳定性下降。突变G200A、A204C、A214U、U216C和G243A对RNA二级结构的稳定性没有影响。然而,IRES结构域II中的A107G、A108C突变和IRES结构域III中的A152G、C207A、U262C、U270C突变增加了IRES结构的稳定性。G200A和U216C仅在pbmc中检测到,而G152A和C207A仅在等离子体来源的ires中检测到(图)5).

4.讨论

与等离子体衍生的样品相比,pbmc衍生的样品在II域突变的数量要高得多(7个突变vs 2个突变),尤其是在nt107和130之间(图)1).最近的研究表明,结构域II诱导40S核糖体亚基的构象变化,并可能在翻译机制组装期间将编码RNA控制在核糖体的解码中心[2728].因此,可以单独或与在结构域II中检测到的G107a组合的核苷酸取代C108a可能影响导致PBMC中的翻译引起的初始步骤。仅在PBMC衍生的晶片中检测到突变C108A,可以帮助HCV可能降低HCV平移并避免免疫检测。

序列变异性在结构域III更明显,特别是在根尖部分,在4路连接(IIIa, b,和c)之上,以及在IIIc和IIId子结构域之间(图)1).结构域III的顶端部分与eIF3、40S核糖体亚基和一些交易因子相互作用[29],并可能促进核糖体向IRES募集。在以前的研究中也发现了新台币175至187及新台币210至224之间的序列多态性[30.].此外,接近40 s亚基的螺旋结IIIabc第三域的原因可能是替换的浓度在这个IRES地区,一个地区一个重要的角色在48的形成年代始发前复杂而在43 s亚基的招聘和eIF34].茎环IIIa和IIIc在pbmc和血浆来源的ires中是保守的,除了在pbmc来源的样本中检测到茎环IIIc在234位的单一突变(图)1).

每位患者107、204和243位点的核苷酸组合分布(图)3.)表明血浆样品在变异群体中比PBMC样品更多样化。这些结果可能是由于在PBMC中的病毒暴露于免疫系统而导致的病毒,被动地逃避其反应。因此,似乎是PBMCs的天然野生型的A-A-A变体可能显示出这些细胞的优先的热度和/或在这些细胞中的翻译更功能适应。先前的研究表明,免疫系统可以选择具有序列变化的低和高的翻译变体,可以通过免疫系统选择[31].

在同一患者的血浆中未检测到的PBMC变异(因此来自他/她的肝脏)的存在,可能表明其来源为PBMC或其他肝外部位的复制,或可能代表过去的准种储存的HCV RNA,不再存在于血浆中,或者可能是由pbmc中或与之相关的病毒变异的选择引起的。

根据PBMC-和血浆衍生序列的随机化,显著的熵差(图)2)显示PBMCs (nt位置104、108、119、124、200、205、216、221、243、245和282)和等离子体(nt位置107、152、163、207、210、211、214、220、223、224、262和270)的高熵。PBMC和血浆熵之间的这些显著差异表明这些特定位置的核苷酸多样性,表明可能的选择和每个位置的病毒多样性。

在pbmc中,具有高熵值的显著差异位于域II,且仅位于预测的IRES域III的右侧。另一方面,等离子体中的高熵只涉及IRES结构域II和结构域III两侧的107位,特别是结构域IIIb和IIId,它们参与eIF3a和40S核糖体亚基的结合[32].这表明这些区域中的选择性压力和熵变化与IRES活动的关系。关于NT位置107,204和243,熵仅在位于位置107和243处的等离子体中较高,而在位置204处没有显着差异(图2).

所有PBMC-和血浆来源的IRES序列的系统发育分析(图4)表明,从整体上看,pbmc衍生的IRESes是分枝长度最长、分化最大的变异,似乎起源于等离子体。此外,树表明PBMC和血浆来源的ires的非随机分布。系统发育树显示A-A-A变异可能来自血浆。然而,需要更多的数据来了解不同的系统发育多切分之间的关系。

未来的化学和酶探测分析将是验证和解释RNA结构或建模的关键。总的来说,本研究的结果表明,IRES在pbmc中比在血浆中受到更多的修饰,因为更多的突变仅在pbmc衍生的IRES中被识别。与pbmc和血浆相关的一些不同突变可能与释放病毒颗粒的来源有关,这些病毒颗粒可能来自肝脏或淋巴细胞,根据获得的突变可能允许病毒在肝外部位复制或抑制。这一假设也可以解释克隆研究中与每个种群相关的微小变异。以往关于丙肝b细胞感染的研究表明,在慢性感染期间,b细胞和/或单核细胞经常携带特定的HCV变异[33].

2个保守的IRES区域与pbmc衍生的IRES相关,5个与等离子体衍生的IRES相关。如前所述,其中一些区域位于核糖体结合位点[34].nt271 - 300之间的保守区域在PBMC和血浆来源的ires中都很常见,因为这个区域是与40S亚基结合的关键[35].该区域包含亚结构域IIId,这是HCV IRES的重要组成部分,因为先前的研究表明,IIId域的突变破坏了由HCV IRES的结构重组引起的IRES介导的起始,导致IRES活性降低[3236].与等离子体来源的IRES相比,pbmc来源的样品有更多的IIId域突变,这表明在pbmc中获得的IIId域突变可能降低了IRES的活性。

对检测到的突变对IRES热力学稳定性影响的分析表明,IRES II域和III域很少发生突变(图)5)增加或降低IRES的稳定性。仅在152、207和270位等离子体衍生IRES中检测到的单点突变影响了预测的IRES结构和热力学稳定性(图)5).核苷酸替换C270U位于已知的一个区域(nt 277至295),该区域对结合40S亚基至关重要[35].一种突变对IRES稳定性的影响可能会被另一种突变的发生抵消。例如,A107G和/或A108C的效应可能会被G107A和/或C108A的效应一起或组合抵消(图5).IRES可能获得单点突变,因为C207A只发现在plasma-derived IRES减少IRES的热力学稳定性,从而可能降低等离子体或获得突变病毒翻译如G107A G152A和C207A增加IRES稳定并可能增加病毒的翻译。

热力学稳定性值可能不能预测RNA与核糖体亚基结合的亲和力,但IRES的稳定性可能影响HCV的复制。因此,HCV可能获得突变以降低IRES的热力学稳定性,并控制其在免疫特权位点的复制。这可能解释了HCV患者的不同疾病结局。确定的突变有可能发生在病毒的生命周期中,在一定的细胞环境条件下,点突变在IRES上的位置可能会扰乱IRES的功能或降低翻译效率,这在以前的研究中已经看到[172137].另外,具有所获得的突变的群体可能会随着时间的推移而增加,导致长期的临床后果。

5.结论

综上所述,本研究结果提示,准物种动力学是HCV通过IRES多样性适应宿主环境的机制,可能调控不同细胞中的翻译活性和趋向性。本研究发现的突变和相似区域可能是IRES序列之间功能、结构或进化关系的结果,这可能会影响细胞因子的结合,从而降低或提高翻译效率。结果提高了这些菌株通过IRES的效率进行竞争的可能性,因为以前的研究表明,在肝细胞中,血浆IRES比B细胞IRES更有能力,这表明肝外菌株有选择性压力,因此,肝外复制[38].HCV变异可能在免疫特权位点具有选择性优势,并允许病毒在不经免疫检测的情况下在这些位点持续存在[20.].这可以解释为什么核苷酸取代在PBMC中更常见于血浆衍生的样品。

数据可用性

用于支持本研究结果的DNA和RNA测序数据可根据要求从通讯作者处获得。

的利益冲突

作者声明他们没有利益冲突。

致谢

这项研究由肝脏研究基金资助,艾玛·汤姆森博士是欢迎信托奖学金的获得者。

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