Bugün öğrendim ki: İnsanların DNA'larının yaklaşık %8'ini virüslerle paylaştığı, bunun da genomumuzu kalıcı olarak değiştiren eski enfeksiyonlardan kaynaklandığı belirtiliyor.
Bir organizmanın genomunda kodlanmış kalıtsal retrovirüs
"HERV" buraya yönlendiriliyor. Diğer kullanımlar için bkz. Herv (anlam ayrımı).
Endojen retrovirüsler (ERV'ler), retrovirüsleri yakından andıran ve onlardan türemiş olabilen genomdaki endojen viral elementlerdir. Çeneli omurgalıların genomlarında bol miktarda bulunurlar ve insan genomunun %5-8'ini oluştururlar (daha düşük tahminler ~%1'dir).[1][2]
Bir ERV, dikey olarak kalıtılan bir proviral dizidir ve normalde gen ifadesi ve düzenlemede hayati bir rol oynamak üzere genom içinde paketlenebilen ve hareket edebilen bir transpozon adı verilen bir gen türünün bir alt sınıfıdır.[3][4] Ancak ERV'ler, transpozon işlevlerinin çoğundan yoksundur, tipik olarak bulaşıcı değildir ve genellikle retroviral replikasyon döngüsünün kusurlu genomik kalıntılarıdır.[5][6] Konak hücrenin nükleer genomuna entegrasyonları ve ters transkripsiyonları nedeniyle germ hattı provirüs retroelementleri olarak ayırt edilirler.
Araştırmacılar, retrovirüslerin bir retrotranspozon adı verilen bir transpozon türünden, bir Sınıf I elementi olarak evrimleştiğini öne sürmüşlerdir;[7] bu genler mutasyona uğrayabilir ve genomda başka bir konuma hareket etmek yerine eksojen veya patojenik hale gelebilirler. Bu, tüm ERV'lerin bir retrovirüs tarafından bir yerleştirme olarak ortaya çıkmamış olabileceği, ancak bazılarının benzedikleri retrovirüslerdeki genetik bilginin kaynağı olabileceği anlamına gelir.[8] Viral DNA'nın entegrasyonu germ hattında gerçekleştiğinde, daha sonra konak popülasyonun gen havuzunda sabitlenebilecek bir ERV ortaya çıkarabilir.[1][9]
Oluşum
[düzenle]
Bir retrovirüsün replikasyon döngüsü, viral genomun bir DNA kopyasının konak hücrenin nükleer genomuna yerleştirilmesini ("entezgrasyonunu") içerir. Çoğu retrovirüs somatik hücreleri enfekte eder, ancak germ hattı hücrelerinin (yumurta ve sperm üreten hücreler) ara sıra enfeksiyonu da meydana gelebilir. Nadiren, retroviral entegrasyon, yaşayabilir bir organizmaya gelişmeye devam eden bir germ hattı hücresinde meydana gelebilir. Bu organizma, yerleştirilmiş retroviral genomu kendi genomunun ayrılmaz bir parçası olarak taşıyacaktır - yavrularına yeni bir alel olarak miras bırakılabilecek bir "endojen" retrovirüs (ERV). Birçok ERV, milyonlarca yıldır konaklarının genomunda kalmıştır. Bununla birlikte, bunların çoğu, konak DNA replikasyonu sırasında inaktive edici mutasyonlar kazanmıştır ve artık virüs üretememektedir. ERV'ler ayrıca, yeni entegre olmuş retrovirüsleri çevreleyen özdeş diziler arasındaki rekombinasyonun viral genomun iç, protein kodlayan bölgelerinin silinmesine yol açtığı rekombinasyonel silinme olarak bilinen bir süreçle genomdan kısmen çıkarılabilir.
Genel retrovirüs genomu, viral genomun istilası, replikasyonu, kaçışı ve yayılması için hayati öneme sahip üç gen içerir. Bu üç gen gag (viral çekirdek için yapısal proteinleri kodlar), pol (ters transkriptaz, integrase ve proteazı kodlar) ve env (virüsün dış kısmı için kaplama proteinlerini kodlar)'dır. Bu viral proteinler poliproteinler olarak kodlanır. Yaşam döngülerini gerçekleştirmek için retrovirüs, konak hücrenin makinesine büyük ölçüde güvenir. Proteaz, viral poliproteinlerdeki peptit bağlarını parçalayarak ayrı proteinleri işlevsel hale getirir. Ters transkriptaz, viral RNA'dan viral DNA'yı, çekirdeğe girmeden önce konak hücrenin sitoplazmasında sentezlemek için işlev görür. Entegrase, viral DNA'nın konak genomuna entegrasyonunu yönlendirir.[9][10]
Zamanla, ERV'lerin genomu sadece nokta mutasyonları kazanmakla kalmaz, aynı zamanda diğer ERV'lerle de karışır ve rekombine olur.[11] env için bozulmuş bir diziye sahip ERV'lerin çoğalma olasılığı artar.[12]
Genomik evrimdeki rolü
[düzenle]
Endojen retrovirüsler genomları şekillendirmede aktif bir rol oynayabilir. Bu alandaki çalışmaların çoğu insan ve yüksek primatların genomlarına odaklanmış olsa da, fareler ve koyunlar gibi diğer omurgalılar da derinlemesine incelenmiştir.[13][14][15][16] ERV genomlarını çevreleyen uzun terminal tekrar (LTR) dizileri genellikle alternatif promotörler ve güçlendiriciler olarak hareket eder ve genellikle dokuya özgü varyantlar üreterek transkriptoma katkıda bulunur. Ek olarak, retroviral proteinlerin kendileri, özellikle üreme ve gelişimde olmak üzere yeni konak işlevlerine hizmet etmek üzere eşleştirilmiştir. Homolog retroviral diziler arasındaki rekombinasyon da gen karışmasına ve genetik varyasyonun oluşmasına katkıda bulunmuştur. Dahası, retroviral dizilerin potansiyel olarak antagonist etkileri durumunda, onlarla savaşmak için repressor genler birlikte evrimleşmiştir.
Endojen retrovirüslerin yaklaşık %90'ı, tüm açık okuma çerçevelerinden (ORF'ler) yoksun olan solo LTR'lerdir. Solo LTR'lerin ve tam retroviral dizilerle ilişkili LTR'lerin konak genler üzerinde transkripsiyonel elementler olarak hareket ettiği gösterilmiştir. Etki alanları çoğunlukla protein kodlayan genlerin 5' çevrilmemiş bölgelerine (UTR'ler) yerleşmek yoluyladır; ancak, genlerden 70-100 kb uzağa kadar etkili oldukları bilinmektedir.[13][17][18][19] Bu elementlerin çoğunluğu, ilgili genlerine göre anlam yönünde (5' ila 3') yerleştirilmiştir, ancak LTR'lerin antisense yönde (3' ila 5') ve komşu genler için iki yönlü bir promotör olarak hareket ettiğine dair kanıtlar vardır.[20][21][22] Birkaç durumda, LTR gen için ana promotör olarak işlev görür.
Örneğin, insanlarda amilaz alfa 1C (AMY1C), promotör bölgesinde tam bir ERV dizisine sahiptir; ilişkili LTR, sindirim enzimi amilazın tükürük spesifik ifadesini verir.[23] Ayrıca, safra asidi-CoA:amino asit N-asiltransferaz (BAAT) için birincil promotör, safra metabolizmasında temel bir enzim kodlayan, LTR kökenlidir.[18][24]
Solo bir ERV-9 LTR'nin yerleştirilmesi, işlevsel bir açık okuma çerçevesi üreterek insan immünoloji ile ilgili GTPaz geni (IRGM)'nin yeniden doğuşuna neden olmuş olabilir.[25] ERV yerleştirmelerinin, insan leptin hormonu reseptöründe olduğu gibi doğrudan gen içine yerleştirilerek veya fosfolipaz A-2 benzeri proteininde olduğu gibi yukarı akış bir LTR'nin ifadesiyle yönlendirilerek alternatif bağlanma bölgeleri ürettiği de gösterilmiştir.[26]
Ancak çoğu zaman, LTR, genellikle üreme ve gelişimle ilgili dokuya özgü ifade veren birçok alternatif promotörden biri olarak işlev görür. Aslında, LTR ile teşvik edilen transkripsiyon varyantlarının %64'ü üreme dokularında ifade edilir.[27] Örneğin, CYP19 geni, östrojen sentezi için önemli bir enzim olan aromatase P450'yi kodlar ve bu, çoğu memelinin beyin ve üreme organlarında normal olarak ifade edilir.[18] Bununla birlikte, primatlarda, bir LTR ile teşvik edilen transkripsiyonel varyant, plasentaya ifade verir ve gebelik sırasında östrojen seviyelerini kontrol etmekten sorumludur.[18] Ayrıca, normalde yaygın olan nöronal apoptoz inhibitör proteini (NAIP), testis ve prostatta ifade veren bir promotör olarak işlev gören insan ERV-P (HERV-P) ailesinden bir LTR'ye sahiptir.[28] Diğer proteinler, nitrik oksit sentaz 3 (NOS3), interlökin-2 reseptör B (IL-2RB) ve östrojen sentezinin bir başka mediatörü olan HSD17B1, ayrıca plasental ifade veren LTR'ler tarafından alternatif olarak düzenlenir, ancak spesifik işlevleri henüz bilinmemektedir.[24][29] Üreme ifadesindeki yüksek derecenin, endojenize edildikleri yöntemin bir yan etkisi olduğu düşünülmektedir; ancak bu aynı zamanda germ hattı dokularında DNA metilasyonunun olmamasına da bağlı olabilir.[24]
Plasental protein ifadesinin en iyi karakterize edilmiş örneği, alternatif olarak teşvik edilen bir konak gendan değil, bir retroviral proteinin tam bir eşleşmesinden gelmektedir. Viryonun konak hücreye girişinde rol oynayan retroviral füzyojenik env proteinleri, memeli plasentasının gelişimi üzerinde önemli bir etkiye sahip olmuştur. Memelilerde, sinsitisin adı verilen sağlam env proteinleri, sinsitiyotrofoblastların oluşumundan ve işlevinden sorumludur.[15] Bu çok çekirdekli hücreler, besin alışverişini sürdürmekten ve fetüsü annenin bağışıklık sisteminden ayırmaktan öncelikle sorumludur.[15] Bu işlev için bu proteinlerin seçilmesinin ve sabitlenmesinin viviparitenin evriminde kritik bir rol oynadığı öne sürülmüştür.[30]
Ek olarak, ERV'lerin ve ilgili LTR'lerinin yerleştirilmesi, kromozomlar arası lokuslarda viral diziler arasındaki rekombinasyon nedeniyle kromozomal yeniden düzenlenmeyi tetikleme potansiyeline sahiptir. Bu yeniden düzenlemelerin, gen duplikasyonlarına ve delesyonlarına neden olduğu gösterilmiştir, bu da genom plastisitesine büyük ölçüde katkıda bulunur ve gen fonksiyonunun dinamiklerini önemli ölçüde değiştirir.[31] Dahası, retroelementler genel olarak, işlevleri büyük ölçüde strese ve dış uyaranlara yanıta ilişkin olan hızla evrilen, memelilere özgü gen ailelerinde yaygındır.[18] Özellikle, hem insan sınıf I hem de sınıf II MHC genleri, diğer çok lokuslu gen ailelerine kıyasla yüksek bir HERV elementi yoğunluğuna sahiptir.[26] HERV'lerin, insan lökosit antijeni (HLA) sınıf 1 gen ailesini oluşturan kapsamlı olarak çoğaltılmış duplikon bloklarının oluşumuna katkıda bulunduğu gösterilmiştir.[32] Daha spesifik olarak, HERV'ler öncelikle bu blokların kırılma noktaları içinde ve arasında yer alır, bu da eşitsiz krossing over ile ilişkili olan önemli duplikasyon ve delesyon olaylarının oluşumunu kolaylaştırdığını düşündürmektedir.[33] İmmünohaplotipler olarak kalıtılan bu blokların oluşturulması, insanlara diğer primatlara göre bir avantaj sağlamış olabilecek çok çeşitli antijenlere karşı koruyucu bir polimorfizm görevi görür.[32]
Plasentanın türler arasında çok evrimsel olarak farklı organlar olma özelliği, ERV güçlendiricilerinin eşleştirilmesinden kaynaklandığı öne sürülmüştür. Hormon ve büyüme faktörü kodlayan genlerdeki mutasyonlar yerine düzenleyici mutasyonlar, plasental morfolojinin bilinen evrimini desteklemektedir, özellikle hormon ve büyüme faktörü genlerinin çoğunluğu plasenta gelişimi sırasında değil, gebeliğe yanıt olarak ifade edildiğinden. Araştırmacılar, fare ve sıçan arasındaki plasental gelişim düzenleyici manzarasını incelediler, bu iki yakından ilişkili türdür. Bu, sıçan trofoblast kök hücrelerindeki (TSC'ler) tüm düzenleyici elementleri haritalayarak ve bunları fare TSC'lerindeki ortologlarıyla karşılaştırarak yapıldı. TSC'ler, fetal plasentada gelişen ilk hücreleri yansıttıkları için gözlemlendi. Somut benzerliklerine rağmen, güçlendirici ve baskılanmış bölgeler çoğunlukla türe özgüydü. Ancak, çoğu promotör dizisi fare ve sıçan arasında korunmuştur. Çalışmalarının sonucunda, araştırmacılar ERV'lerin plasental büyüme, immünosüpresyon ve hücre füzyonunun aracılığıyla türe özgü plasental evrimi etkilediğini öne sürdüler.[34]
ERV'nin hücresel mekanizmaları sömürmesinin bir başka örneği, bir tümör baskılayıcı gen (TSG) olan p53'tür. DNA hasarı ve hücresel stres, hücre apoptozu ile sonuçlanan p53 yolunu tetikler. Dizileme ile kromatinde immünopresipitasyon kullanılarak, tüm p53 bağlanma bölgelerinin yüzde otuzunun birkaç primata özgü ERV ailesinin kopyaları içinde bulunduğu tespit edildi. Bir çalışma, p53'ün mekanizmasının hızlı bir transkripsiyon indüksiyonu sağlaması nedeniyle bunun retrovirüsler için faydalı olduğunu, bunun da viral RNA'nın konak hücreden çıkışına yol açtığını öne sürdü.[7]
Son olarak, ERV'lerin veya ERV elementlerinin konak DNA'sının genik bölgelerine yerleştirilmesi veya bunların transkripsiyonel varyantlarının aşırı ifadesi, pozitif olanlardan çok daha yüksek bir zararlı etki üretme potansiyeline sahiptir. Genomlarındaki görünümleri, repressor genlerin duplikasyonunu ve genişlemesini çoğaltan bir ko-evrimsel dinamik yaratmıştır. Bunun en açık örneği, memeli genomlarında tandem çinko parmak genlerinin hızlı duplikasyonu ve çoğalmasını içerir. Çinko parmak genleri, özellikle bir (Krüppel ile ilişkili kutu) KRAB alanı içerenler, omurgalı genomlarında yüksek kopya sayısında bulunur ve işlev yelpazeleri transkripsiyonel rollerle sınırlıdır.[35] Bununla birlikte, memelilerde, bu genlerin çeşitlenmesinin, yeni retroviral dizilere veya bunların endojen kopyalarına yanıt olarak transkripsiyonlarını baskılamak için birden fazla duplikasyon ve fiksasyon olayından kaynaklandığı gösterilmiştir.[19]
Hastalıktaki rolü
[düzenle]
Omurgalı genomlarında bulunan ERV'lerin çoğunluğu eskidir, mutasyonla etkisiz hale getirilmiştir ve konak türlerinde genetik fiksasyona ulaşmıştır. Bu nedenlerle, olağandışı durumlar dışında konakları üzerinde olumsuz etkilere sahip olmaları son derece olası değildir. Bununla birlikte, kuşlar ve fareler, kediler ve koalalar dahil olmak üzere insan dışı memeli türlerinde yapılan çalışmalardan, daha genç (yani, daha yeni entegre olmuş) ERV'lerin hastalıklarla ilişkili olabileceği açıktır.[36] Memelilerin genomundaki aktif ERV sayısı, vücut boyutlarıyla negatif ilişkilidir ve kanser patogenezi yoluyla Peto paradoksunun gelişimine bir katkı olduğunu düşündürmektedir.[37] Bu, araştırmacıların, kesin kanıtlar eksik olmasına rağmen, birkaç insan kanseri ve otoimmün hastalığında ERV'lerin bir rolü olduğunu öne sürmesine yol açmıştır.[38][39][40][41]
Nörolojik bozukluklar
[düzenle]
İnsanlarda, ERV'lerin multipl skleroz (MS) ile ilgili olduğu öne sürülmüştür. ERVWE1 veya "sinsitin" geni ile MS arasında belirli bir ilişki olduğu rapor edilmiştir, bu gen bir ERV yerleştirmesinden türemiştir ve hastalıkla birlikte hastalarda bir "MS ile ilişkili retrovirüs" (MSRV) varlığı bildirilmiştir.[42][43] HERV'ler ayrıca amiyotrofik lateral skleroz (ALS)[44] ve bağımlılık[45][46][47] ile de ilişkilendirilmiştir.
2004 yılında, şizofrenisi olan kişilerde HERV'lere karşı antikorların daha sık bulunduğu bildirildi. Ek olarak, yeni başlangıçlı şizofrenisi olan kişilerin serebrospinal sıvısında, kontrol deneklere göre dört kat daha yüksek seviyelerde bir retroviral belirteç olan ters transkriptaz bulundu.[48] Araştırmacılar, HERV'ler ile şizofreni arasında olası bir bağlantı olup olmadığını araştırmaya devam ediyorlar, ayrıca şizofreniyi indükleyen tetikleyici bir enfeksiyon olasılığı da var.[49]
Bağışıklık
[düzenle]
ERV'lerin hastalıklarla yalnızca hastalık yapıcı ilişkiler yoluyla değil, aynı zamanda bağışıklık yoluyla da ilişkili olduğu bulunmuştur. LTR'lerdeki ERV'lerin sıklığı, viral adaptasyonların viral transkripsiyon ve replikasyonu teşvik eden bağışıklık sinyal yollarından yararlanmasıyla muhtemelen ilişkilidir. 2016 yılında yapılan bir çalışma, konak genomuna entegre olmuş eski viral DNA'nın, doğuştan gelen bağışıklığın bir kolu olan interferonlar tarafından indüklenen gen düzenleme ağları aracılığıyla faydasını araştırmıştır.[50] Bu sitokinler viral enfeksiyona ilk yanıt verenlerdir ve aynı zamanda malign hücreler için immün gözetimde de önemlidir.[51] ERV'lerin cis-düzenleyici elementler olarak hareket etmesi beklenmektedir, ancak belirli fizyolojik işlevler için adaptif sonuçların çoğu hala bilinmemektedir. ERV'lerin insan interferon (IFN) yanıtının, özellikle de interferon-gama (IFN-G) yanıtının düzenlenmesindeki genel rolünü destekleyen veriler bulunmaktadır. Örneğin, IFN-uyarılmış genlerin, CD14+ makrofajlarda sinyal transduseri ve aktivatör transkriptörü 1 (STAT1) ve/veya İnterferon düzenleyici faktör (IRF1) tarafından bağlandığı ERV'lerle büyük ölçüde zenginleştiği bulunmuştur.[1]
HERV'ler ayrıca insan doğuştan gelen bağışıklık yanıtını şekillendirmede çeşitli roller oynar, bazı diziler sistemi aktive ederken diğerleri baskılar. Ayrıca eksojen retroviral enfeksiyonlardan koruyabilirler: virüs benzeri transkriptler örüntü tanıma reseptörlerini aktive edebilir ve proteinler aktif retrovirüslere müdahale edebilir. HERV-K(HML2)'den bir gag proteini, HIV Gag ile karıştığı ve bunun sonucunda HIV kapsid oluşumunu bozduğu gösterilmiştir.[52]
Gen düzenlemesi
[düzenle]
Önerilen bir başka fikir de, aynı aileden gelen ERV'lerin birden fazla geni aynı düzenleme ağına toplama rolü oynamasıydı. MER41 elementlerinin, STAT1 bağlanma bölgelerine yakın yerlerde bulunan genlere ek yedekli düzenleyici iyileştirme sağladığı bulunmuştur.[1]
Tıptaki rolü
[düzenle]
Domuz endojen retrovirüsü
[düzenle]
Ayrıca bakınız: Ksenotransplantasyon § Domuz endojen retrovirüsleri
İnsanlar için, domuz endojen retrovirüsleri (PERV'ler), bir türün canlı hücrelerinin, dokularının ve organlarının farklı bir türün organizmasına nakledilmesi olan ksenotransplantasyonda domuz dokularının ve organlarının kullanımında bir endişe kaynağıdır. Domuzlar, pratik, finansal, güvenlik ve etik nedenlerle insan organ hastalıklarını tedavi etmek için genellikle en uygun donörler olsa da,[50] PERV'ler daha önce domuz genomuna entegre olma ve konak yavrulara geçme viral yetenekleri nedeniyle domuzlardan çıkarılamıyordu. Bu, 2017'de bir laboratuvarın CRISPR-Cas9 kullanarak domuz genomundaki tüm 62 retrovirüsü çıkarmasıyla değişti.[53] Türler arası geçişin sonuçları araştırılmamıştır ve tehlikeli potansiyele sahiptir.[54]
Araştırmacılar, PERV'lerin insan dokularını enfekte etmesinin çok olası olduğunu belirtmişlerdir, özellikle immünosuprese bireylerde. İmmünosuprese bir durum, viral DNA'nın daha hızlı ve inatçı bir replikasyonuna potansiyel olarak izin verebilir ve daha sonra insanlar arası bulaşmaya uyum sağlamakta daha az zorluk çeker. Donör organda/dokuda bulunan bilinen bulaşıcı patojenler patojen içermeyen sürüler yetiştirilerek ortadan kaldırılabilse de, donörde bilinmeyen retrovirüsler bulunabilir. Bu retrovirüsler donörde genellikle latent ve asemptomatiktir, ancak alıcıda aktif hale gelebilirler. İnsan hücrelerini enfekte edebilen ve çoğalabilen endojen virüs örnekleri babunlardan (BaEV), kedilerden (RD114) ve farelerden gelir.[50]
PERV'lerin üç farklı sınıfı vardır: PERV-A, PERV-B ve PERV-C. PERV-A ve PERV-B polotropiktir ve insan hücrelerini in vitro olarak enfekte edebilir, PERV-C ise ekotropiktir ve insan hücrelerinde replike olmaz. Sınıflar arasındaki temel farklar, env proteininin reseptör bağlanma bölgesinde ve her sınıfın replikasyonunu etkileyen LTR'lerdedir. PERV-A ve PERV-B, U3 bölgesinde tekrarlara sahip LTR'ler sergiler. Ancak PERV-A ve PERV-C, tekrarsız LTR'ler gösterir. Araştırmacılar, kültürdeki PERV'lerin, bir konak hücrenin gerçekleştirebileceği en iyi replikasyon performansına uymak için LTR'lerinin tekrar yapısını aktif olarak adapte ettiğini buldular. Çalışmalarının sonunda araştırmacılar, tekrarsız PERV LTR'sinin, tekrar içeren PERV LTR'sinden evrimleştiği sonucuna vardılar. Bu, muhtemelen insertiyel mutasyon yoluyla meydana gelmiştir ve LTR ve env/Env verileri kullanılarak kanıtlanmıştır. Tekrarsız LTR'lerin oluşumunun, virüsün eksojen bir yaşam tarzından endojen bir yaşam tarzına geçişinin bir adaptasyon sürecini yansıtıyor olabileceği düşünülmektedir.[55]
1999'da yapılan bir klinik çalışma, farklı canlı domuz dokuları ile tedavi edilen 160 hastayı örneklemiş ve PERV dizilerini PCR ile amplifikasyon için yeterli miktarda DNA bulunan hastaların %97'sinde kalıcı bir PERV enfeksiyonu kanıtı gözlemlememiştir. Bu çalışma, geriye dönük çalışmaların enfeksiyonun gerçek sıklığını veya ilişkili klinik semptomları bulmakla sınırlı olduğunu belirtti. Olası türler arası PERV geçişinin daha eksiksiz ve ayrıntılı bir değerlendirmesini ve PERV karşılaştırmasını sağlayacak yakından izlenen prospektif denemelerin kullanılmasını önerdi.[56]
İnsan endojen retrovirüsleri
[düzenle]
"HERV" buraya yönlendiriliyor. Diğer kullanımlar için bkz. Herv (anlam ayrımı).
HERV'ler, yaklaşık 98.000 ERV elementi ve parçası %5-8'i oluşturarak insan genomunun önemli bir bölümünü oluşturur.[1] 2005'te yayınlanan bir çalışmaya göre, replikasyon yeteneğine sahip HERV'ler tanımlanmamıştır; hepsi önemli silinmeler veya anlamsız mutasyonlar içeren kusurlu görünüyordu (HERV-K için doğru değil)[kaynak belirtilmeli]. Bunun nedeni, çoğu HERV'nin, milyonlarca yıl önce ilk kez entegre olan orijinal virüslerin yalnızca izleri olmasıdır. HERV entegrasyonlarının bir analizi, 100.000 Genom Projesi'nin bir parçası olarak devam etmektedir.[57]
2023'te yapılan bir çalışma, HERV'lerin uykuda olan durumlardan uyandırılabileceğini ve yaşlanmaya katkıda bulunabileceğini ve bunun nötralize edici antikorlarla bloke edilebileceğini buldu.[58][59]
HERV'ler, insan genom kütüphaneleri, hayvan retrovirüslerinden probler kullanılarak veya virüs dizilerine benzer oligonükleotidler kullanılarak düşük düzeyli koşullar altında tarandığında orijinal olarak keşfedildi.[1]
Sınıflandırma
[düzenle]
HERV'ler, hayvan retrovirüsleriyle olan homolojilerine göre sınıflandırılır. Sınıf I'e ait aileler, memeli Gammaretrovirüsleri (C tipi) ve Epsilonretrovirüsleri (E tipi) ile dizi benzerliğine sahiptir. Sınıf II'ye ait aileler, memeli Betaretrovirüsleri (B tipi) ve Deltaretrovirüsleri (D tipi) ile homoloji gösterir. Sınıf III'e ait aileler, köpük virüslerine benzer. Tüm sınıflar için, eğer homolojiler gag, pol ve env genlerinde iyi korunmuş görünüyorsa, bir süper aile içinde gruplandırılırlar. Mevcut olduğu bilinen daha fazla Sınıf I ailesi vardır.[1][11] Ailelerin kendileri, eksojen bir retrovirüs, primer tRNA (HERV-W, HERV-K) veya bazı komşu gen (HERV-ADP), klon numarası (HERV-S71) veya bazı amino asit motifine (HERV-FRD) dayalı bir karışım ile daha az tekdüze bir şekilde adlandırılır. Önerilen bir isimlendirme, bazen parafiletik olan standartları temizlemeyi amaçlamaktadır.[6]
Köken
[düzenle]
İnsan evrimi sırasında bir ara, HERV'lerin eksojen öncüleri germ hattı hücrelerine yerleşti ve daha sonra konak hücre mekanizmalarını kullanarak ve sömürerek konak genleriyle birlikte çoğaldı. Farklı genomik yapıları nedeniyle, HERV'ler birçok amplifikasyon ve transpozisyon turuna maruz kaldı, bu da retroviral DNA'nın daha yaygın bir dağılımına yol açtı.[1]
Bununla birlikte, bir virüs ailesi, insanlar ve şempanzelerin ayrılmasından bu yana aktiftir. HERV-K (HML2) olarak adlandırılan bu aile, HERV elementlerinin %1'inden azını oluşturur, ancak en çok çalışılanlardan biridir. Son birkaç yüz bin yılda bile aktif olduğuna dair göstergeler var, örneğin bazı insan bireyleri diğerlerinden daha fazla HML2 kopyasına sahiptir.[60] Geleneksel olarak, HERV'lerin yaş tahminleri, bir HERV'nin 5' ve 3' LTR'lerini karşılaştırarak yapılır; ancak bu yöntem yalnızca tam uzunlukta HERV'ler için geçerlidir. Kesitsel tarihlendirme adı verilen yeni bir yöntem,[61] HERV yerleştirmelerinin yaşlarını tahmin etmek için tek bir LTR içindeki varyasyonları kullanır. Bu yöntem, HERV yaşlarını tahmin etmede daha kesin olup herhangi bir HERV yerleştirmesi için kullanılabilir. Kesitsel tarihlendirme, HERV-K (HML2) üyeleri olan HERV-K106 ve HERV-K116'nın son 800.000 yılda aktif olduğunu ve HERV-K106'nın modern insanları 150.000 yıl önce enfekte etmiş olabileceğini öne sürmek için kullanılmıştır.[62] Bununla birlikte, HERV-K (HML2) ailesinin bilinen bulaşıcı üyelerinin olmaması ve yayımlanmış insan genomu dizisinde tam kodlama potansiyeline sahip elementlerin eksikliği, bazılarına ailenin şu anda aktif olma olasılığının daha düşük olduğunu düşündürmektedir. 2006 ve 2007'de Fransa ve ABD'de bağımsız olarak çalışan araştırmacılar, HERV-K (HML2)'nin işlevsel versiyonlarını yeniden yarattılar.[63][64]
HERV proteinlerinin ifadesi
[düzenle]
Biyolojik olarak aktif bir HERV ailesi olan HERV-K'nın ifadesi, plasentada bulunan proteinler üretir. Ayrıca, HERV-W (ERVW-1 Arşivlenmiş 2013-09-19 tarihinde Wayback Machine) ve HERV-FRD (ERVFRD-1 Arşivlenmiş 2012-10-26 tarihinde Wayback Machine) zar genlerinin ifadesi, plasentogenez sırasında hücre-hücre füzyonunu indükleyerek sinsitiyotrofoblast hücre tabakasının oluşumu için önemli olan sinsitisinler üretir.[65] HUGO Gen İsimlendirme Komitesi (HGNC), transkribe edilen insan ERV'leri için gen sembollerini onaylar.[66]
İşlevsel etki
[düzenle]
MER41.AIM2, AIM2'nin (Melanomda Yoksun 2) transkripsiyonunu düzenleyen bir HERV'dir ve yabancı sitozolik DNA'nın bir sensörünü kodlar. Bu, AIM2 için bir bağlanma bölgesi olarak hareket eder, bu da AIM2'nin transkripsiyonu için gerekli olduğu anlamına gelir. Araştırmacılar, HeLa hücrelerinde CRISPR/Cas9 kullanılarak MER41.AIM2'nin silinmesiyle bunu göstermişler ve bu da modifiye edilmiş HeLa hücrelerinde tespit edilemeyen bir AIM2 transkript seviyesine yol açmıştır. MER41.AIM2 ERV'sini hala içeren kontrol hücrelerinde normal miktarda AIM2 transkript gözlemlenmiştir. Bağışıklık açısından, araştırmacılar MER41.AIM2'nin enfeksiyona karşı inflamatuar yanıt için gerekli olduğu sonucuna varmışlardır.[67]
Eksojen virüsler tarafından aktivasyon
[düzenle]
Ciddi kanıtlar, HERV'lerin viral enfeksiyonlar tarafından yeniden aktive edilebileceğini göstermektedir, örneğin:
retrovirüsler – insan immün yetmezlik virüsü tip-1 (HIV-1), insan T-lenfotropik virüsü 1 (HTLV-1);
RNA virüsleri – influenza A virüsü, hepatit C virüsü (HCV), şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs-2 (SARSCoV-2);
DNA virüsleri – herpes simpleks virüsü tip-1 (HSV-1), Epstein-Barr virüsü (EBV), insan sitomegalovirüsü (CMV), Kaposi sarkomu ilişkili herpesvirüs (KSHV) [68]
Birkaç çalışma, EBV'nin normalde inaktif olan HERV-K18 Env proteininin ekspresyonunu transaktive edebildiğini göstermiştir, örn. dinlenen B hücreleri ile CD21 reseptörü aracılığıyla etkileşime girerek. Daha ileri çalışmalar, transaktivasyon mekanizmasının ana EBV geç gen transaktivatörü olan EBNA-2'nin ekspresyonuna bağlı olduğunu ortaya çıkardı. Derinlemesine analiz, EBV latent zar proteini LMP-2A'yı HERV-K18 transaktivasyonu için güçlü bir aday olarak tanımlayarak resmi tamamladı. HERV-K18'in de süperantijen aktivitesine sahip olduğu bildirilmiştir (yani, antijen reseptörlerinin spesifikliğinden bağımsız olarak T ve B hücrelerinin polinükleer aktivasyonu).[69]
Ayrıca, EBV gp350 proteininin in vitro bağlanmasının, multipl skleroz patogenezinde yer alan hücreler olan B hücrelerinde, monositlerde, makrofajlarda ve astrositlerde MSRVenv ve sinsitin-1 aktivasyonuna neden olduğu gösterilmiştir.[70] Monositler, özellikle makrofajlara farklılaştıktan sonra, EBVgp350'ye en duyarlı görünenler olup, B hücrelerinden daha yüksek düzeyde HERV-Wenv eksprese etmişlerdir. Bu bulgu, bulaşıcı mononükleoz sırasında EBV'nin monositlerde diğer kan hücre tiplerine kıyasla HERV-W/MSRV ekspresyonunu en güçlü şekilde teşvik ettiğini gösteren başka bir çalışmayla uyumludur.[71]
HERV'lere karşı immünolojik yanıt
[düzenle]
Milyonlarca yıldır omurgalı genomlarına entegre olmuş olmalarına rağmen, ERV'ler eksojen virüsler ile konak genom arasında bir ara aşamayı temsil eder; ERV'den türetilen proteinlere ve peptidlere karşı immünolojik toleransın, ERV'lerin timusta ve kemik iliğinde epigenetik susturulması nedeniyle kusurlu olduğu öne sürülmektedir, bu da tüm ERV'ye özgü T ve B hücrelerinin silinmesini önler.[72] Bunun kanıtı olarak, insan dışı primatların ERV'den türetilmiş antijenlerle immünizasyonu, sağlam polifonksiyonel sitotoksik T hücre yanıtlarının yanı sıra yüksek antikor titreleri oluşturmuştur. Filogenetik çalışmalara göre, insan genomunda bulunan 30 ERV ailesi arasında, en son entegre olan HERV-K (HML-2) elementleri en sağlam ve biyolojik olarak aktif formlardır.[69] Yeni bir tümör ilişkili antijen sınıfı olarak kabul edilen HERV-K env ve HERV-H env, çeşitli kanser türleriyle hastalanan kişilerde güçlü sitotoksik T hücre yanıtlarını teşvik ettiği bulunmuştur.[72][73][74]
Nükleik asitlerin doğuştan gelen bağışıklık algılama düzeyinde, endojen retrovirüslerden türetilen tek sarmallı RNA (ssRNA) ve çift sarmallı RNA (dsRNA), örüntü tanıma reseptörleri (PRR'ler) tarafından tanınır.
SsRNA'lar, TLR-7 ve TLR-8 tarafından algılanabilir ve bu da uyarılmış dendritik hücrelerden (DC'ler) ve makrofajlardan IFN-α sekresyonuna yol açar, bu da HIV-1'den türetilen ssRNA'lar için gözlemlenmiştir.[75]
DsRNA'lar, normal durumda hücrelerde bulunmadıkları için en immünojenik nükleik asit patojen ilişkili moleküler kalıplarından (PAMP'ler) biri olabilir. HERV'den türetilen dsRNA, TLR-3, RIG-I ve MDA5 tarafından tanınabilir; RIG-I ve MDA5'in bir tip I IFN yanıtını indüklediği bilinmektedir.[75][76]
Retrovirüsler DNA'ya geri transkribe edildiğinde, cGMP-AMP sentaz-interferon gen stimülatörü (cGAS-STING) yoluyla algılanabilir, bu da nükleer faktör-kappa B (NF-kB) ve IFN düzenleyici faktör 3 (IRF3)'ün aktivasyonuna yol açar, bu da bir tip I IFN yanıtını tetikler. DsDNA ayrıca DNA bağımlı IFN düzenleyici faktör aktivatörü (DAI) tarafından algılanabilir; DNA:RNA melezleri TLR-9 tarafından tanınabilir.[75]
Nükleik asitlerin PRR'ler aracılığıyla tanınması, viral enfeksiyonlarla mücadele etmek için çok verimli bir strateji sağlar, aynı zamanda konağı, kendi nükleik asitlerini tanıma ve otoimmüniteyi teşvik etme olasılığı nedeniyle bir riske maruz bırakır.[75] Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, HERV'lerin multipl skleroz, amiyotrofik lateral skleroz (ALS), sistemik lupus eritematozus (SLE), romatoid artrit (RA) ve Sjögren sendromu (SS) gibi çeşitli otoimmün ve inflamatuar hastalıklarla ilişkili olduğu bulunmuştur.[69]
Protein düzeyinde, TLR'ler ile belirli HERV proteinleri arasında doğrudan bir etkileşim gösterilmiştir. Örneğin, HERV-W Env'nin (aynı zamanda multipl skleroz ile ilişkili retroviral element (MSRV) env olarak da bilinir) yüzey ünitesinin TLR4 ve CD14'e bağlandığı ve IL-1β, IL-6 ve TNFα dahil olmak üzere pro-inflamatuar sitokinlerin üretimini uyardığı bulunmuştur. HERV-W Env, insan dendritik hücrelerinde bir olgunlaşma sürecini tetikleyebilir ve onları bir Th1 benzeri Th hücre farklılaşma tipini destekleme kapasitesi ile donatabilir.[77]
İmmünolojik çalışmalar, HIV ile enfekte olmuş bireylerde HERV'lere karşı T hücre immün yanıtları için bazı kanıtlar göstermiştir.[78] HIV'nin HIV ile enfekte olmuş hücrelerde HERV ekspresyonunu indüklediği hipotezi, HIV ile enfekte olmuş hücreleri spesifik olarak yok etmek için HERV antijenlerini hedef alan bir aşının geliştirilebileceği önerisine yol açmıştır. Bu yeni yaklaşımın potansiyel avantajı, HERV antijenlerini HIV ile enfekte olmuş hücrelerin vekil belirteçleri olarak kullanarak, son derece çeşitli ve hızlı mutasyona uğrayan HIV antijenlerini doğrudan hedeflemenin zorluğundan kaçınabilmesidir.[78]
ERV'leri karakterize etme teknikleri
[düzenle]
Tüm genom dizileme
[düzenle]
Örnek: PERV-A-BM adlı bir PERV Çin doğumlu minipig izolatı tamamen dizilendi ve genetik varyasyonunu ve evrimini anlamak için farklı ırklar ve hücre hatları ile birlikte. Farklı genom dizileri arasındaki gözlemlenen nükleotid sübstitüsyon sayısı, araştırmacıların PERV-A-BM'nin konak genomuna entegre olduğu tahmini yaşı belirlemesine yardımcı oldu, bu da Avrupa doğumlu domuz izolatlarından daha eski bir evrimsel yaşa sahip olduğu bulundu.[54]
Dizileme ile kromatinde immünopresipitasyon (ChIP-seq)
[düzenle]
Bu teknik, DNA proteinleri için bağlanma bölgeleri olan promotörleri ve güçlendiricileri ve ayrıca baskılanmış bölgeleri ve trimetillenmeyi gösteren histon işaretlerini bulmak için kullanılır.[34] DNA metilasyonunun, fare somatik hücrelerinde ERV'lerin susturulmasını sürdürmek için hayati olduğu gösterilirken, histon işaretleri embriyonik kök hücrelerde (ESC'ler) ve erken embriyogenezde aynı amaç için hayati öneme sahiptir.[7]
Uygulamalar
[düzenle]
Filogeniler oluşturma
[düzenle]
Çoğu HERV'nin işlevi olmadığı, seçilim açısından nötr olduğu ve primat genomlarında çok bol bulunduğu için, bağlanma analizi için filogenetik belirteçler olarak kolayca hizmet ederler. Entegrasyon alanı polimorfizmlerini veya ortologların evrilen, proviral, nükleotid dizilerini karşılaştırarak kullanılabilirler. Entegrasyonun ne zaman meydana geldiğini tahmin etmek için araştırmacılar, belirli bir lokustaki moleküler evrim hızını bulmak için her bir filogenetik ağaca olan mesafeleri kullandılar. Ayrıca ERV'lerin birçok türün (örneğin bitkiler, böcekler, yumuşakçalar, balıklar, kemirgenler, evcil hayvanlar ve çiftlik hayvanları) genomlarında bol miktarda bulunması da kullanışlıdır ve bu ERV yaklaşımının uygulanması çeşitli filogenetik soruları yanıtlamak için kullanılabilir.[9]
Provirüsün yaşını ve tür ayrılma olaylarının zaman noktalarını belirleme
[düzenle]
Bu, farklı evrimsel dönemlerden farklı HERV'ler karşılaştırılarak gerçekleştirilir. Örneğin, bu çalışma, farklı hominoidler için yapıldı, bu da insanlardan maymunlara ve maymunlara kadar uzanıyordu. Büyük çeşitlilik nedeniyle PERV ile bunu yapmak zordur.[55]
Daha ileri araştırma
[düzenle]
Epigenetik değişkenlik
[düzenle]
Araştırmacılar, bireysel epigenomları ve transkriptomları analiz ederek epigenetik salınım yoluyla uykuda olan transpozonların yeniden aktivasyonunu ve insan hastalığı ile potansiyel ilişkilerini inceleyebilir ve gen düzenleyici ağlarının ayrıntılarını araştırabilirler.[7]
Ksenotransplantasyonun immünolojik sorunları
[düzenle]
Donör epitelindeki galaktozil-alfa1-3galatozil (alfa-Gal) antijenlerini tanıyan xenoreaktif antikorların başlattığı tamamlayıcının aktivasyonunu takip eden hiperakut reddi (HAR) üstesinden gelmenin etkili bir yolu hakkında çok az şey bilinmektedir.[50]
Gen tedavisinde HERV'lerin risk faktörleri
[düzenle]
Retrovirüsler birbiriyle ve diğer endojen DNA dizileriyle rekombine olabildiği için, gen tedavisinin ERV'lerin herhangi bir risk oluşturup oluşturmayacağını araştırması faydalı olacaktır. Ayrıca, HERV'lerin bu rekombinasyon yeteneği, retroviral vektörlere HERV dizileri dahil edilerek yer odaklı entegrasyon için manipüle edilebilir.[1]
HERV gen ifadesi
[düzenle]
Araştırmacılar, HERV genleri tarafından kodlanan RNA ve proteinlerin, hücre fizyolojisindeki ve patolojik durumlardaki varsayımsal işlevleri için keşfedilmeye devam etmesi gerektiğine inanmaktadırlar. Bu çalışmalar, sentezlenen proteinlerin biyolojik önemini inceleyecek ve daha derinlemesine tanımlayacaktır.[1]
Ayrıca bakınız
[düzenle]
Virüsler portali
Tavuk sarkom lökoz virüsü (ASLV)
Endojen viral element
Endojeni (biyoloji)
ERV3
HERV-FRD
Yatay gen transferi
Jaagsiekte koyun retrovirüsü (JSRV)
Koala retrovirüsü (KoRV)
Fare meme tümörü virüsü (MMTV)
Fare lösemi virüsü (MLV) ve ksenotropik fare lösemi virüsüyle ilişkili virüs (XMRV)
Paleovirologi
Referanslar
[düzenle]
Daha fazla okuma
[düzenle]