CccDNA - cccDNA - Wikipedia

cccDNA (kovalentně uzavřená kruhová DNA) je speciální DNA struktura, která vzniká při šíření některých viry v buněčné jádro a mohou tam zůstat trvale. Je to dvouvláknová DNA který pochází v lineární formě, která je ligována pomocí DNA ligáza do a kovalentně uzavřený kruh. Většinou, transkripce virové DNA může nastat pouze z kruhové formy. CccDNA virů je také známá jako epizomální DNA nebo příležitostně jako minichromozom.

cccDNA byla poprvé popsána v bakteriofágy, ale bylo také zjištěno v některých buněčných kulturách, kde došlo k infekci DNA viryPolyomaviridae ) byl zjištěn.[1][2] cccDNA je typická pro Caulimoviridae a Hepadnaviridae, včetně žloutenka typu B virus (HBV). cccDNA v HBV vzniká konverzí kapsid - asociovaná uvolněná kruhová DNA (rcDNA).[3] Po infekcích hepatitidou B může cccDNA zůstat po klinické léčbě v jaterních buňkách a může se zřídka znovu aktivovat. Relativní množství přítomné cccDNA je indikátorem léčby HBV.[4]

Pozadí cccDNA a viru hepatitidy B.

Uzavřená kovalentní kruhová DNA (cccDNA) je jedinečná struktura DNA, která se tvoří v reakci na infekci buňky. Genomická DNA vstupuje do buněčného jádra a částečně dvouvláknová DNA se poté převede na cccDNA.

CccDNA je primárně vnímána v kontextu Virus hepatitidy B. (HBV). Přibližně 257 milionů lidí na celém světě je chronicky infikováno virem, což pro ně představuje vysoké riziko rozvoje cirhóza a hepatocelulární karcinom (HCC).[5] Chronická infekce je charakterizována perzistencí minichromozomu cccDNA v jádrech hostitele hepatocyty (jaterní buňky).[6] Současná léčba není schopna zcela vyčistit virový minichromozom z hostitelských hepatocytů,[7] a jako výsledek si klade za cíl „funkčně vyléčit“ hostitele, což vyžaduje blokádu virové cccDNA transkripční umlčení.[5] Infikovaný jedinec nelze zcela vyléčit bez clearance cccDNA z infikovaných hepatocytů, což v současné době není možné.[8]

Plán očkování doporučený CDC

HBV patogen je malý virus přenášený krví s vysokou tkáňovou a druhovou specificitou, který se přenáší vystavením infikované krvi nebo tělesným tekutinám.[6] Jedinými buňkami, které může virus infikovat, jsou hepatocyty, do kterých se po infekci dostává prostřednictvím krevního oběhu.[6] Hepatocyty jsou buňky z jaterní tkáně, které jsou do nich zapojeny proteosyntéza a skladování. Zatímco této nemoci lze předcházet očkování vysoce rizikové osoby, jako jsou kojenci, mohou mít až 90% pravděpodobnost chronického onemocnění jater, pokud nebudou dříve očkovány.[9] V důsledku toho CDC doporučuje první dávku vakcína proti hepatitidě B. být podáván ihned po narození.[10] CccDNA a její perzistence v jádru zůstává hlavní překážkou účinné léčby, a proto je důvodem přísného očkovacího schématu proti hepatitidě B.[10]

V praxi je jediným známým organismem, který využívá cccDNA, virus hepatitidy B. Přesněji řečeno, cccDNA je reaktivní meziprodukt který významně přispívá k infekcím hepatocytů.[11] Perzistence cccDNA po celou dobu infekce byla klíčovým hráčem v prevalenci HBV.[11] Výzkum naznačuje, že cccDNA je ve skutečnosti hlavním důvodem, že historicky došlo k malému pokroku směrem k vymýcení HBV.[12] V mnoha případech lze cccDNA detekovat i po vyřešení infekce.[12] V současné době léčba HBV zahrnuje nukleotidové analogy (NA), které byly původně implementovány v klinickém použití koncem 90. let.[Citace je zapotřebí ] Ačkoli bylo v průběhu let zkoušeno mnoho různých terapeutických technik, léčba HBV dosud nebyla objevena. Vědci to připisují pokračující neschopnosti deaktivovat cccDNA.[Citace je zapotřebí ] Budoucí terapie se budou muset zaměřit přímo na eliminaci tohoto faktoru.

Vlastnosti cccDNA

Obecný graf poločasu, který lze použít k modelování poločasu cccDNA pomocí doby poločasu pro cccDNA.

CccDNA je schopna tvořit stabilní minichromozom v jádro buněk, které jsou infikovány konkrétním virem spojeným s cccDNA.[13] Jako součást jádra je cccDNA schopna interagovat s histon a nehistonové proteiny vytvářet podobné struktury chromatin.[14] Stejným způsobem jako hostitelský chromatin je transkripce cccDNA regulována kontrolou dvou zesilovače a čtyři odlišné promotéři. Závisí to také na několika regulátorech včetně transkripční faktory, koaktivátory, spolurepresory a modifikace chromatinu enzymy. Kromě toho může cccDNA sloužit jako templát pro replikaci viru a transkripci DNA pro pět virových RNA, což umožňuje produkci viru antigeny.[13]

Je náročné kvantifikovat počet kopií cccDNA v každé buňce, protože to závisí na typu buňky a typu infekce. Ačkoliv poločas rozpadu cccDNA dosud nebyla stanovena, byla testována in vitro trvat po celou dobu životnosti buňky.[13] V nedávné době in vitro studie na HBV výsledky ukázaly, že poločas lidské jaterní buňky (HepG2 ) je 40 dní a poskytuje odhadovanou životnost 58 dnů. Poločas rozpadu in vivo lidských jaterních buněk dosud nebylo stanoveno.[15]

Role CccDNA v HPV replikaci

CccDNA je spojena s virem hepatitidy B (HBV), kde virus konstruuje svůj plazmid kovalentním spojováním svých vazeb. Oblast jádra obsahující histon ve viru je místem, kde se běžně vyskytuje cccDNA, obvykle interagující s histony podobný tomu z chromatin. Dostupné modely pro stanovení bakteriální specificity jsou v současné době omezeny na tři typy buněčných kultur: primární tupaia nebo lidské hepatocyty (PHH) a diferencované HepaRG (dHepaRG).[16] Z těchto modelů byla replikace HBV pozorována transkripcí cccDNA. Právě tento nedostatek modelů brání léčbě drogami kvůli nedostatečné účinnosti při vymýcení cccDNA.[17]

HepaRG byla první buněčnou linií, která úspěšně podporovala infekci HBV, a prokázala, že infekce může být hostována pouze člověkem hepatocyty.[18] Jakmile byly buňky podobné hepatocytům vystaveny induktorům diferenciace, byl zaveden zdroj viru ze známého nosiče HBV obsahujícího vysoké hladiny cccDNA a povrch HBV antigen hladiny byly analyzovány, což ukazuje, že infekce byla úspěšně replikována v HepaRG buňkách.[19] Typicky se HBV měří hladinami cccDNA pomocí Southern blot kinetika zdravých vs infikovaných buněk a kvantifikována pomocí dot blot. V těchto infikovaných buňkách existuje silná korelace mezi cccDNA, která působí jako replikační marker, a hladinami sekrece povrchového antigenu, HBsAg.[18]

Biologické funkce

CccDNA se tvoří z rcDNA (uvolněná kruhová DNA) odstraněním viru polymeráza na 5 'konci negativního řetězce DNA, odstranění 5' konce plusového řetězce a odstranění jedné kopie krátké terminální redundance z minusového řetězce. Po těchto odstraněních je pozitivní řetězec dokončen a dochází k ligaci dvou řetězců virové DNA.[16] Mechanismus infekce vychází z přeměny uvolněné kruhové dvouvláknové DNA (rcDNA) na cccDNA z virových šablon, u nichž se předpokládá, že budou prováděny vlastními opravnými enzymy buňky. K tomuto procesu dochází z důvodu retrotranskripce transkriptu cccDNA do genomů rcDNA normální buňky. Deprotonace rcDNA pak působí jako prekurzor cccDNA prostřednictvím a polymerázová řetězová reakce.[20][21] I když se diskutuje o dalších krocích v mechanismech tvorby a metabolismu cccDNA, je známo, že inhibitory ligázy hrají klíčovou roli při podpoře knockout experimentů. DNA ligáza 1 a DNA ligáza 3 přímo omezit tvorbu cccDNA, zatímco DNA ligáza 4 je rozhodující pro tvorbu cccDNA pouze v dvouvláknové lineární DNA.[21]

K této přeměně částečně dvouvláknové rcDNA na cccDNA obvykle dochází, když dojde k infikování hepatocytů.[22] cccDNA může produkovat veškeré vybavení potřebné k dokončení replikace virů a produkce proteinů, a proto nemusí používat hostitelské semikonzervativní replikace DNA stroje.[22]

Spouštěče a kontroly produkce cccDNA nejsou zcela známy, předpokládá se však, že může existovat systém zahrnující negativní zpětná vazba potlačit produkci cccDNA, jakmile se vytvoří přibližně 10–50 kopií. Po vytvoření cccDNA fondy se snadno udržují, takže není nutné, aby byla buňka infikována vícekrát, aby vytvořila cccDNA fond.[23] cccDNA může být naředěna nebo ztracena mitózou, ale obecně může cccDNA existovat v průběhu životního cyklu hepatocytů, aniž by to ovlivnilo jeho životaschopnost. Předpokládá se, že toto celoživotní přetrvávání cccDNA vysvětluje pozorované celoživotní imunitní odpovědi na HBV.[24]

Imunitně zprostředkováno, epigenetický a předpokládá se, že všechny virové faktory mají vliv na aktivitu cccDNA. Vyšetřování mechanismů, kterými tyto různé faktory ovlivňují aktivitu cccDNA in vivo, je dosti omezené kvůli vybraným zvířecím hostitelům, kteří jsou k dispozici.[25] Pokud jde o faktory zprostředkované imunitou, výzkum to ukázal zánětlivé cytokiny může potlačit virovou replikaci a snížit zásoby cccDNA v infikovaných buňkách. Dodatečně, acetylace a má se za to, že deacetylace cccDNA reguluje transkripci cccDNA a tím i její virovou replikaci. Bylo zjištěno, že acetylace koreluje s virovou replikací, zatímco deacetylace koreluje s nízkou virovou replikací in vitro.[22] Je zapotřebí dalšího zkoumání ke studiu účinků acetylace a deacetylace na aktivitu cccDNA in vivo.

Reference

  1. ^ Mosevitskaia TV, Pavel'chuk EB, Tomilin NV (1976). "[Substrát UV-indukovaného opravného systému zajišťujícího reaktivaci W fága lambda]". Genetika (v Rusku). 12 (8): 131–8. PMID  1001892.
  2. ^ Kunisada, T .; H. Yamagishi (listopad 1984). "Sekvenční opakování a genomová distribuce malé polydisperzní kruhové DNA purifikované z buněk HeLa". Gen. 31 (1–3): 213–223. doi:10.1016/0378-1119(84)90212-9. PMID  6098526.
  3. ^ Guo H .; D. Jiang; T. Zhou; A. Cuconati; T.M. Blok; J.T. Guo (listopad 2007). „Charakterizace intracelulární deproteinizované uvolněné kruhové DNA viru hepatitidy B: meziprodukt kovalentně uzavřené kruhové tvorby DNA“. J Virol. 81 (22): 12472–12484. doi:10.1128 / JVI.01123-07. PMC  2169032. PMID  17804499.
  4. ^ Bourne, E.J .; Dienstag, J.L .; Lopez, V.A .; et al. (Leden 2007). „Kvantitativní analýza HBV cccDNA z klinických vzorků: korelace s klinickou a virologickou odpovědí během antivirové léčby“. Journal of Viral Hepatitis. 14 (1): 56–63. doi:10.1111 / j.1365-2893.2006.00775.x. PMID  17212645.
  5. ^ A b Xia, Yuchen; Guo, Haitao (srpen 2020). „Virus hepatitidy B cccDNA: tvorba, regulace a terapeutický potenciál“. Antivirový výzkum. 180: 104824. doi:10.1016 / j.antiviral.2020.104824. PMC  7387223. PMID  32450266.
  6. ^ A b C Allweiss, Lena; Dandri, Maura (21. června 2017). „Role cccDNA v údržbě HBV“. Viry. 9 (6): 156. doi:10,3390 / v9060156. PMC  5490831. PMID  28635668.
  7. ^ Kitamura, Kouichi; Que, Lusheng; Shimadu, Miyuki; Koura, Miki; Ishihara, Yuuki; Wakae, Kousho; Nakamura, Takashi; Watashi, Koichi; Wakita, Takaji; Muramatsu, Masamichi (21. června 2018). „Klapková endonukleáza 1 se podílí na tvorbě cccDNA ve viru hepatitidy B“. PLOS patogeny. 14 (6): e1007124. doi:10.1371 / journal.ppat.1007124. PMC  6013022. PMID  29928064.
  8. ^ Dong, J; Ying, J; Qiu, X; Zhang, M (19. listopadu 2017). „Pokročilé strategie pro eliminaci cccDNA HBV“. Trávicí choroby a vědy. 63 (1): 7–15. doi:10.1007 / s10620-017-4842-1. PMID  29159681.
  9. ^ „Informace o hepatitidě B“. Centrum pro kontrolu nemocí. Citováno 6. října 2020.
  10. ^ A b „Doporučený harmonogram imunizace dětí a dospívajících do 18 let nebo mladší, USA, 2020“. Centrum pro kontrolu nemocí. Citováno 6. října 2020.
  11. ^ A b Werle-Lapostolle, Bettina; Bowden, Scott; Locarnini, Stephen; Wursthorn, Karsten; Petersen, Jorg; Lau, George; Trepo, Christian; Marcellin, Patrick; Goodman, Zachary; Delaney, William E .; Xiong, Shelly (červen 2004). "Perzistence cccDNA během přirozené historie chronické hepatitidy B a pokles během léčby adefovir-dipivoxilem". Gastroenterologie. 126 (7): 1750–1758. doi:10.1053 / j.gastro.2004.03.018. ISSN  0016-5085. PMID  15188170.
  12. ^ A b Yang, Hung-Chih; Kao, Jia-Horng (září 2014). „Perzistence viru hepatitidy B kovalentně uzavřená kruhová DNA v hepatocytech: molekulární mechanismy a klinický význam“. Rozvíjející se mikroby a infekce. 3 (9): e64. doi:10.1038 / emi.2014.64. ISSN  2222-1751. PMC  4185362. PMID  26038757.
  13. ^ A b C Allweiss, Lena; Dandri, Maura (2017-06-21). „Role cccDNA v údržbě HBV“. Viry. 9 (6): 156. doi:10,3390 / v9060156. ISSN  1999-4915. PMC  5490831. PMID  28635668.
  14. ^ Belloni, Laura; Pollicino, Teresa; Nicola, Francesca De; Guerrieri, Francesca; Raffa, Giuseppina; Fanciulli, Maurizio; Raimondo, Giovanni; Levrero, Massimo (2009-11-24). „Nukleární HBx váže minichromozom HBV a modifikuje epigenetickou regulaci funkce cccDNA“. Sborník Národní akademie věd. 106 (47): 19975–19979. Bibcode:2009PNAS..10619975B. doi:10.1073 / pnas.0908365106. ISSN  0027-8424. PMC  2775998. PMID  19906987.
  15. ^ Lythgoe, Katrina A .; Lumley, Sheila F .; Pellis, Lorenzo; McKeating, Jane A .; Matthews, Philippa C. (2020). „Odhad perzistence cccDNA viru hepatitidy B při chronické infekci“. Evoluce virů. doi:10.1093 / ve / veaa063.
  16. ^ A b Lucifora, Julie; Protzer, Ulrike (2016-04-01). „Útok na cccDNA viru hepatitidy B - Svatý grál k léčbě hepatitidy B“. Journal of Hepatology. Molekulární biologie viru hepatitidy B. 64 (1, dodatek): S41 – S48. doi:10.1016 / j.jhep.2016.02.009. ISSN  0168-8278. PMID  27084036.
  17. ^ Li, Feng; Cheng, Liang; Murphy, Christopher M .; Reszka-Blanco, Natalia J .; Wu, Yaxu; Chi, Liqun; Hu, Jianming; Su, Lishan (07.11.2016). „Minikruhová HBV cccDNA s reportérem luciferázy Gaussia pro zkoumání biologie HBV cccDNA a vývoj léků zaměřených na cccDNA“. Vědecké zprávy. 6 (1): 36483. Bibcode:2016NatSR ... 636483L. doi:10.1038 / srep36483. ISSN  2045-2322. PMC  5098228. PMID  27819342.
  18. ^ A b Gripon, Philippe; Rumin, Sylvie; Urban, Stephan; Seyec, Jacques Le; Glaise, Denise; Cannie, Isabelle; Guyomard, Claire; Lucas, Josette; Trepo, Christian; Guguen-Guillouzo, Christiane (2002-11-26). „Infekce buněčné linie lidského hepatomu virem hepatitidy B“. Sborník Národní akademie věd. 99 (24): 15655–15660. Bibcode:2002PNAS ... 9915655G. doi:10.1073 / pnas.232137699. ISSN  0027-8424. PMC  137772. PMID  12432097.
  19. ^ Gripon, Philippe; Diot, Christian; Guguen-Guillouzo, Christiane (02.02.1993). „Reprodukovatelná infekce na vysoké úrovni kultivovaných dospělých lidských hepatocytů virem hepatitidy B: Účinek polyethylenglykolu na adsorpci a penetraci“. Virologie. 192 (2): 534–540. doi:10.1006 / viro.1993.1069. ISSN  0042-6822. PMID  8421898.
  20. ^ Guo, Haitao. "Molekulární mechanismy tvorby cccDNA HBV". Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  21. ^ A b Long, Quanxin; Yan, Ran; Hu, Jieli; Cai, Dawei; Mitra, Bidisha; Kim, Elena S .; Marchetti, Alexander; Zhang, Hu; Wang, Soujuan; Liu, Yuanjie; Huang, Ailong (prosinec 2017). „Role ligáz hostitelské DNA v hepadnaviru kovalentně uzavřela tvorbu kruhové DNA“. PLOS patogeny. 13 (12): e1006784. doi:10.1371 / journal.ppat.1006784. ISSN  1553-7374. PMC  5747486. PMID  29287110.
  22. ^ A b C Levrero, Massimo; Pollicino, Teresa; Petersen, Jorg; Belloni, Laura; Raimondo, Giovanni; Dandri, Maura (01.09.2009). "Kontrola funkce cccDNA u infekce virem hepatitidy B". Journal of Hepatology. 51 (3): 581–592. doi:10.1016 / j.jhep.2009.05.022. ISSN  0168-8278. PMID  19616338.
  23. ^ Tuttleman, Jan S .; Pourcel, Christine; Summers, Jesse (07.11.1986). "Tvorba skupiny kovalentně uzavřených kruhových virových DNA v buňkách infikovaných hepadnavirem". Buňka. 47 (3): 451–460. doi:10.1016/0092-8674(86)90602-1. ISSN  0092-8674. PMID  3768961.
  24. ^ Nguyen, David H .; Ludgate, Laurie; Hu, Jianming (2008). „Interakce virus-buňka hepatitidy B a patogeneze“. Journal of Cellular Physiology. 216 (2): 289–294. doi:10,1002 / jcp.21416. ISSN  1097-4652. PMC  4386630. PMID  18302164.
  25. ^ Dandri, Maura; Lutgehetmann, Marc; Volz, Tassilo; Petersen, Jörg (květen 2006). „Modelové systémy pro malá zvířata pro studium replikace a patogeneze virů hepatitidy B“. Semináře o onemocnění jater. 26 (2): 181–191. doi:10.1055 / s-2006-939760. ISSN  0272-8087. PMID  16673296.