Изменения в геноме вируса клещевого энцефалита при культивировании

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Вирус клещевого энцефалита (ВКЭ) штамм С11-13 (GenBank Acc. No. OQ565596) сибирского генотипа ранее был изолирован из мозга умершего пациента. Варианты ВКЭ С11-13, полученные на 3 и 8 пассажах на клетках SPEV, использовали для проведения серии пассажей через мозг белых мышей. На всех этапах, используя технологию высокопроизводительного секвенирования, анализировали полногеномные последовательности вируса. В результате анализа выявлена 41 точечная нуклеотидная замена и 12 аминокислотных замен, которые преимущественно были локализованы в генах неструктурных белков NS3 и NS5 ВКЭ (GenBank Acc. No. MF043953, OP902894, OP902895). После трех пассажей через мозг мышей идентифицированы реверсивные нуклеотидные и аминокислотные замены, характерные для изолята вируса С11-13, выделенного от человека, но замещенные при последующих 8 пассажах на линии клеток SPEV. Также произошло увеличение длины 3′-нетранслируемой области (3′-НТО) вирусного генома на 306 нуклеотидов. В последовательности 3′-НТО, содержащей элементы Y3 и Y2, обнаружены несовершенные L- и R-повторы, которые могут участвовать в ингибировании активности клеточной РНКазы XRN1 и тем самым в формировании субгеномных флавивирусных РНК (sfRNA). Для полученных вариантов ВКЭ зарегистрирован высокий уровень репродукции как на культуре клеток, так и в мозге белых мышей. Изменения генома ВКЭ, выявленные в ходе последовательных пассажей, скорее всего, обусловлены значительной генетической изменчивостью вируса, что обеспечивает его эффективную репродукцию в различных видах хозяев и широкое распространение в разных климатических зонах.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Терновой

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “Вектор” Роспотребнадзора

Email: ponomareva_ep@vector.nsc.ru
Россия, р. п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Е. П. Пономарева

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “Вектор” Роспотребнадзора

Автор, ответственный за переписку.
Email: ponomareva_ep@vector.nsc.ru
Россия, р. п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Е. В. Протопопова

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “Вектор” Роспотребнадзора

Email: ponomareva_ep@vector.nsc.ru
Россия, р. п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Н. Л. Тупота

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “Вектор” Роспотребнадзора

Email: ponomareva_ep@vector.nsc.ru
Россия, р. п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Т. П. Микрюкова

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “Вектор” Роспотребнадзора

Email: ponomareva_ep@vector.nsc.ru
Россия, р. п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

В. Б. Локтев

Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии “Вектор” Роспотребнадзора

Email: ponomareva_ep@vector.nsc.ru
Россия, р. п. Кольцово, Новосибирская область, 630559

Список литературы

  1. Charrel R.N., Attoui H., Butenko A.M., Clegg J.C., Deubel V., Frolova T.V., Gould E.A., Gritsun T.S., Heinz F.X., Labuda M., Lashkevich V.A., Loktev V., Lundkvist A., Lvov D.V., Mandl C.W., Niedrig M., Papa A., Petrov V.S., Plyusnin A., Randolph S., Süss J., Zlobin V.I., de Lamballerie X. (2014) Tick-borne virus diseases of human interest in Europe. Clin. Microbiol. Infect. 10(12), 1040‒1055. https://doi.org/10.1111/j.1469-0691.2004.01022.x
  2. Ruzek D.Z., Avšič Županc T., Borde J., Chrdle A., Eyer L., Karganova G., Kholodilov I., Knap N., Kozlovskaya L., Matveev A., Miller A.D., Osolodkin D.I., Överby A.K., Tikunova N., Tkachev S., Zajkowska J. (2019) Tick-borne encephalitis in Europe and Russia: review of pathogenesis, clinical features, therapy, and vaccines. Antiviral Res. 164, 23–51. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2019.01.014
  3. Khasnatinov M.A., Ustanikova K., Frolova T.V., Pogodina V.V., Bochkova N.G., Levina L.S., Slovak M., Kazimirova M., Labuda M., Klempa B., Eleckova E., Gould E.A., Gritsun T.S. (2009) Non-hemagglutinating flaviviruses: molecular mechanisms for the emergence of new strains via adaptation to European ticks. PLoS One. 4, e7295. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0007295
  4. Deviatkin A.A., Kholodilov I.S., Vakulenko Y.A., Karganova G.G., Lukashev A.N. (2020) Tick-borne encephalitis virus: an emerging ancient zoonosis? Viruses. 12, 247. https://doi.org/10.3390/v12020247
  5. Wang S.S., Liu J.Y., Wang B.Y., Wang W.J., Cui X.M., Jiang J.F., Sun Y., Guo W.B., Pan Y.S., Zhou Y.H., Lin Z.T., Jiang B.G., Zhao L., Cao W.C. (2023) Geographical distribution of Ixodes persulcatus and associated pathogens: analysis of integrated data from a China field survey and global published data. One Health. 16, 100508. https://doi.org/10.1016/j.onehlt.2023.100508
  6. Сhausov Е.V., Ternovoi V.A., Protopopova E.V., Kononova J.V., Konovalova S.N., Pershikova N.L., Loktev V.B., Romanenko V.N., Ivanova N.V., Bolshakova N.P., Moskvitina N.S. (2010) Variability of the tick-borne encephalitis virus genome in the 5′ noncoding region derived from ticks Ixodes persulcatus and Ixodes pavlovskyi in Western Siberia. Vector Borne Zoonotic Dis. 10, 365‒375. https://doi.org/10.1089/vbz.2009.0064
  7. Ternovoi V.A., Gladysheva A.V., Ponomareva E.P., Mikryukova T.P., Protopopova E.V., Shvalov A.N., Konovalova S.N., Chausov E.V., Loktev V.B. (2019) Variability in the 3′ untranslated regions of the genomes of the different tick-borne encephalitis virus subtypes. Virus Genes. 55, 448‒457. https://doi.org/10.1007/s11262-019-01672-0
  8. Gritsun T.S., Gould E.A. (2006a) The 3’ unrtanslated region of tick-borne flaviviruses originated by the duplication of long repeat sequences within the open reading frame. Virology. 354, 217‒223. https://doi.org/10.1016/j.virol.2006.03.052
  9. Gritsun T.S., Gould E.A. (2006b) Direct repeats in the 3’ untranslated regions of mosquito-borne flaviviruses: possible implications for virus transmission. J. Gen. Virol. 87(Pt. 11), 3297‒3305. https://doi.org/10.1099/vir.0.82235-0
  10. Gritsun T.S., Gould E.A. (2007b) Origin and evolution of flavivirus 5’ UTRs and panhandles: trans-terminal duplications? Virology. 366, 8‒15. https://doi.org/10.1016/j.virol.2007.04.011
  11. Alvarez D.E., Filomatori C.V., Gamarnik A.V. (2008) Functional analysis of dengue virus cyclization sequences located at the 5′ and 3′ UTRs. Virology. 375, 223‒235.
  12. Ecker M., Allison S.L., Meixner T., Heinz F.X. (1999) Sequence analysis and genetic classification of tick-borne encephalitis viruses from Europe and Asia. J. Gen. Virol. 80(Pt. 1), 179–185. https://doi.org/10.1099/0022-1317-80-1-179
  13. Demina T.V., Dzhioev Y.P., Verkhozina M.M., Kozlova I.V., Tkachev S.E., Plyusnin A., Doroshchenko E.K., Lisak O.V., Zlobin V.I. (2010) Genotyping and characterization of the geographical distribution of tick-borne encephalitis virus variants with a set of molecular probes. J. Med. Virol. 82, 965–976. https://doi.org/10.1002/jmv
  14. Kozlova I.V., Demina T.V., Tkachev S.E., Doroshchenko E.K., Lisak O.V., Verkhozina M.M., Karan L.S., Dzhioev Y.P., Paramonov A.I., Suntsova O.V., Savinova Y.S., Chernoivanova O.O., Ruzek D., Tikunova N.V., Zlobin V.I. (2018) Characteristics of the Baikal subtype of tick-borne encephalitis virus circulating in Eastern Siberia. Acta Biomedica Scientifica. 3(4), 53–60. https://doi.org/10.29413/ABS.2018-3.4.9
  15. Dai X., Shang G., Lu S., Yang J., Xu J. (2018) A new subtype of eastern tick-borne encephalitis virus discovered in Qinghai-Tibet Plateau, China. Emerg. Microbes Infect. 7, 74. https://doi.org/10.1038/s41426-018-0081-6
  16. Ternovoi V.A., Protopopova E.V., Chausov E.V., Novikov D.V., Leonova G.N., Netesov S.V., Loktev V.B. (2007) Novel variant of tickborne encephalitis virus, Russia. Emer. Infect. Dis. 13, 1574‒1578. https://doi.org/10.3201/eid1310.070158
  17. Чаусов Е.В., Терновой В.А., Протопопова Е.В., Коновалова С.Н., Кононова Ю.В., Тупота Н.Л., Москвитина Н.С., Романенко В.Н., Иванова Н.В., Большакова Н.П., Леонова Г.Н., Локтев В.Б. (2011) Молекулярно-генетический анализ полного генома вируса клещевого энцефалита сибирского субтипа на примере современного изолята Коларово-2008. Проблемы особо опасных инфекций. 4(110), 44‒48. https://doi.org/10.21055/0370-1069-2011-4(110)-44-48
  18. Mikryukova T.P., Moskvitina N.S., Kononova Y.V., Korobitsyn I.G., Kartashov M.Y., Tyutenkov O.Y., Protopopova E.V., Romanenko V.N., Chausov E.V., Gashkov S.I., Konovalova S.N., Moskvitin S.S., Tupota N.L., Sementsova A.O., Ternovoi V.A., Loktev V.B. (2014) Surveillance of tick-borne encephalitis virus in wild birds and ticks in Tomsk city and its suburbs (Western Siberia). Ticks Tick Borne Dis. 5(2), 145‒151. https://doi.org/10.1016/j.ttbdis.2013.10.004
  19. Микрюкова Т.П., Чаусов Е.В., Коновалова С.Н., Кононова Ю.В., Протопопова Е.В., Карташов М.Ю., Терновой В.А., Глушкова Л.И., Корабельников И.В., Егорова Ю.И., Локтев В.Б. (2014) Генетическое разнообразие вируса клещевого энцефалита в клещах Ixodes persulcatus в северо-восточном регионе европейской части России. Паразитология. 48(2), 131‒149.
  20. Korobitsyn I.G., Moskvitina N.S., Tyutenkov O.Y., Gashkov S.I., Kononova Y.V., Moskvitin S.S., Romanenko V.N., Mikryukova T.P., Protopopova E.V., Kartashov M.Y., Chausov E.V., Konovalova S.N., Tupota N.L., Sementsova A.O., Ternovoi V.A., Loktev V.B. (2021) Detection of tick-borne pathogens in wild birds and their ticks in Western Siberia and high level of their mismatch. Folia Parasitol. (Praha). 68, 2021‒2024. https://doi.org/10.14411/fp.2021.024
  21. Ponomareva E.P., Ternovoi V.A., Mikryukova T.P., Protopopova E.V., Gladysheva A.V., Shvalov A.N., Konovalova S.N., Chausov E.V., Loktev V.B. (2017) Adaptation of tick-borne encephalitis virus from human brain to different cell cultures induces multiple genomic substitutions. Arch. Virol. 162, 3151‒3156. https://doi.org/10.1007/s00705-017-3442-x
  22. National Research Council. (1996) Guide for the Care and Use of Laboratory Animals. Washington, DC: National Academies Press. https://doi.org/10.17226/5140
  23. Сюрин В.Н. (1970) Практическая вирусология. Москва: Колос, 352 с.
  24. Kuno G., Gubler D.J., Santiago de Weil N.S. (1985) Antigen capture ELISA for the identification of dengue viruses. J. Virol. Methods. 12(1‒2), 93‒103. https://doi.org/10.1016/0166-0934(85)90011-4
  25. Ternovoi V.A., Kurzhukov G.P., Sokolov Y.V., Ivanov G.Y., Ivanisenko V.A., Loktev A.V., Ryder R.W., Netesov S.V., Loktev V.B. (2003) Tick-borne encephalitis with hemorrhagic syndrome, Novosibirsk region, Russia, 1999. Emer. Infect. Dis. 9, 743‒746. https://doi.org/10.3201/eid0906.030007
  26. Ternovoi V.A., Gladysheva A.V., Ponomareva E.P., Mikryukova T.P., Protopopova E.V., Shvalov A.N., Konovalova S.N., Chausov E.V., Loktev V.B. (2019) Variability in the 3′ untranslated regions of the genomes of the different tick-borne encephalitis virus subtypes. Virus Genes. 55, 448‒457. https://doi.org/10.1007/s11262-019-01672-0
  27. Davies T.J., Pedersen A.B. (2008) Phylogeny and geography predict pathogen community similarity in wild primates and humans. Proc. Biol. Sci. 275, 1695‒1701. https://doi.org/10.1098/rspb.2008.0284
  28. Woolhouse M.E.J., Haydon D.T., Antia R. (2005) Emerging pathogens: the epidemiology and evolution of species jumps. Trends Ecol. Evol. 20, 238‒244. https://doi.org/10.1016/j.tree.2005.02.009
  29. Loverdo C., Lloyd-Smith J.O. (2013) Evolutionary invasion and escape in the presence of deleterious mutations. PloS One. 8, e61879. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0068179
  30. Sanjuan R., Nebot M.R., Chirico N., Mansky L.M., Belshaw R. (2010) Viral mutation rates. J. Virol. 84, 9733‒9748. https://doi.org/10.1128/JVI.00694-10
  31. Lalic J., Cuevas J.M., Elena S.F. (2011) Effect of host species on the distribution of mutational fitness effects for an RNA virus. PLoS Genet. 7, e1002378. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002378
  32. Kozlovskaya L.I., Osolodkin D.I., Shevtsova A.S., Romanova L.Iu., Rogova Y.V., Dzhivanian T.I., Lyapustin V.N., Pivanova G.P., Gmyl A.P., Palyulin V.A., Karganova G.G. (2010) GAG-binding variants of tick-borne encephalitis virus. Virology. 398, 262–272. https://doi.org/10.1016/j.virol.2009.12.012
  33. Kopecky J., Grubhoffer L., Kovar V., Jindrak L., Vokurkova D. (1999) A putative host cell receptor for tick-borne encephalitis virus identified by anti-idiotypic antibodies and virus affinoblotting. Intervirology. 42, 9–16. https://doi.org/10.1159/000024954
  34. Navarro-Sanchez E., Altmeyer R., Amara A., Schwartz O., Fieschi F., Virelizier J.L., Arenzana-Seisdedos F., Despres P. (2003) Dendritic-cell-specific ICAM3-grabbing non-integrin is essential for the productive infection of human dendritic cells by mosquito-cell-derived dengue viruses. EMBO Rep. 4, 723–728. https://doi.org/10.1038/sj.embor.embor866
  35. Mandl C.W. (2005) Steps of the tick-borne encephalitis virus replication cycle that affect neuropathogenesis. Virus Res. 111, 161–174. https://doi.org/10.1016/j.virusres.2005.04.007
  36. Goto A., Hayasaka D., Yoshii K., Mizutani T., Kariwa H., Takashima I. (2003) A BHK-21 cell culture-adapted tick-borne encephalitis virus mutant is attenuated for neuroinvasiveness. Vaccine. 21, 4043–4051. https://doi.org/10.1016/s0264-410x(03)00269-x
  37. Mandl C.W., Kroschewski H., Allison S.L., Kofler R., Holzmann H., Meixner T., Heinz F.X. (2001) Adaptation of tick-borne encephalitis virus to BHK-21 cells results in the formation of multiple heparan sulfate binding sites in the envelope protein and attenuation in vivo. J. Virol. 75, 5627–5637. https://doi.org/10.1128/JVI.75.12.5627-5637.2001
  38. Rumyantsev A.A., Murphy B.R., Pletnev A.G. (2006) A tick-borne Langat virus mutant that is temperature sensitive and host range restricted in neuroblastoma cells and lacks neuroinvasiveness for immunodeficient mice. J. Virol. 80, 1427–1439. https://doi.org/10.1128/JVI.80.3.1427-1439.2006
  39. Sakai M., Yoshii K., Sunden Y., Yokozawa K., Hirano M., Kariwa Y. (2014) Variable region of the 3’UTR is a critical virulence factor in the Far-Eastern subtype of tick-borne encephalitis virus in a mouse model. J. Gen. Virol. 95, 823–835. https://doi.org/10.1099/vir.0.060046-0
  40. Roby J.A., Pijlman G.P., Wilusz J., Khromykh A.A. (2014) Noncoding subgenomic flavivirus RNA: multiple functions in West Nile virus pathogenesis and modulation of host responses. Viruses. 6, 404‒427. https://doi.org/10.3390/v6020404
  41. Bidet K., Garcia-Blanco M.A. (2014) Flaviviral RNAs: weapons and targets in the war between virus and host. Biochem. J. 462, 215–230. https://doi.org/10.1042/BJ20140456
  42. Hussain M., Asgari S. (2014) MicroRNA-like viral small RNA from Dengue virus 2 autoregulates its replication in mosquito cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 111, 2746–2751. https://doi.org/10.1073/pnas.1320123111
  43. Hussain M., Torres S., Schnettler E., Funk A., Grundhoff A., Pijlman G.P., Khromykh A.A., Asgari S. (2012) West Nile virus encodes a microRNA-like small RNA in the 3’untranslated region which up-regulates GATA4 mRNA and facilitates virus replication in mosquito cells. Nucleic Acids Res. 40, 2210–2223. https://doi.org/10.1093/nar/gkr848
  44. Pijlman G.P., Funk A., Kondratieva N., Leung J., Torres S., van der Aa L., Liu W.J., Palmenberg A.C., Shi P.-Y., Hall R.A., Khromykh A.A. (2008) A highly structured, nuclease-resistant, noncoding RNA produced by flaviviruses is required for pathogenicity. Cell Host Microbe. 4, 579–591. https://doi.org/10.1016/ j.chom.2008.10.007
  45. Chapman E.G., Costantino D.A., Rabe J.L., Moon S.L., Wilusz J., Nix J.C., Kieft J.S. (2014) The structural basis of pathogenic subgenomic flavivirus RNA (sfRNA) production. Science. 344, 307–310. https://doi.org/10.1126/science.1250897
  46. Chapman E.G., Moon S.L., Wilusz J., Kieft J.S. (2014) RNA structures that resist degradation by Xrn1 produce a pathogenic Dengue virus RNA. Elife. 3, e01892. https://doi.org/10.7554/eLife.01892
  47. Funk A., Truong K., Nagasaki T., Torres S., Floden N., Balmori Melian E., Edmonds J., Dong H., Shi P.Y., Khromykh A.A. (2010) RNA structures required for production of subgenomic flavivirus RNA. J. Virol. 84, 11407–11417. https://doi.org/10.1128/JVI.01159-10
  48. Chang R.Y., Hsu T.W., Chen Y.L., Liu S.F., Tsai Y.J., Lin Y.T., Chen Y.S., Fan Y.H. (2013) Japanese encephalitis virus non-coding RNA inhibits activation of interferon by blocking nuclear translocation of interferon regulatory factor 3. Vet. Microbiol. 166, 11–21. https://doi.org/10.1016/j.vetmic.2013.04.026
  49. Schuessler A., Funk A., Lazear H.M., Cooper D.A., Torres S., Daffis S., Jha B.K., Kumagai Y., Takeuchi O., Hertzog P., Silverman R., Akira S., Barton D.J., Diamond M.S., Khromykh A.A. (2012) West Nile virus noncoding subgenomic RNA contributes to viral evasion of the type I interferon-mediated antiviral response. J. Virol. 86, 5708–5718. https://doi.org/10.1128/JVI.00207-12
  50. Moon S.L., Anderson J.R., Kumagai Y., Wilusz C.J., Akira S., Khromykh A.A., Wilusz J. (2012) A noncoding RNA produced by arthropod-borne flaviviruses inhibits the cellular exoribonuclease XRN1 and alters host mRNA stability. RNA. 18, 2029–2040. https://doi.org/10.1261/rna.034330.112
  51. Fan Y.H., Nadar M., Chen C.C., Weng C.C., Lin Y.T., Chang R.Y. (2011) Small non-coding RNA modulates Japanese encephalitis virus replication and translation in trans. Virol. J. 8, 492. https://doi.org/10.1186/1743-422X-8-492
  52. Kieft J.S., Rabe J.L., Chapman E.G. (2015) New hypotheses derived from the structure of a flaviviral Xrn1-resistant RNA: conservation, folding, and host adaptation. RNA Biol. 12, 1169‒1177. https://doi.org/10.1080/15476286.2015.1094599

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Таблица 2. Нуклеотидные и аминокислотные замены в геноме штамма С11-13, адаптированного к клеткам SPEV, выявленные после дополнительных пассажей через мозг аутбредных белых мышей

Скачать (151KB)
Метаданные
3. Рис. 1. Схема организации 3′-НТО ВКЭ. В качестве прототипов сравнения взяты: европейский генотип ВКЭ (1, 2), сибирский генотип (3–6) и дальневосточный генотип (7, 8, 15, 16). Под номерами 11 и 12 обозначены варианты штамма ВКЭ С11-13, полученные на нормальных клетках эмбриональных почек человека (HEK293) и нейронов мыши (Neuro-2а) соответственно (GenBank Acc. No. MF043954, MF043955 соответственно). Пунктиром обозначены делеции в 3′-НТО; L и R – несовершенные повторы геномной РНК ВКЭ (длина 60 н., идентичность 57 % относительно штамма Glubinnoe/2004 (DQ862460)); SL1‒SL15 – структуры stem-loop (“петля-на-стебле”) в НТО; LRS1‒LRS6 – длинные повторяющиеся последовательности (long repeat sequences); rLRS – район протяженных повторяющихся последовательностей (region of long repeat sequences); Y1‒Y3 – Y-образные структуры НТО; 3′LSH –3′-концевая длинная стабильная шпилька (long stable hairpin). Цветовая схема – общепринятая в программе MEGA 7/10 (“PSU”, США) для нуклеотидов аденин (A), тимин (T), цитозин (C) и гуанин (G): зеленый, красный, голубой и фиолетовый соответственно.

Скачать (1MB)
Метаданные
4. Рис. 2. Картирование несовершенных повторов в вариабельном участке 3′-НТО геномной РНК ВКЭ (прототипный штамм Glubinnoe/2004 (GenBank Acc. No. DQ862460)). Выполнено с помощью программы Unipro UGENE:v45.1 при длине сравниваемых последовательностей 60 нуклеотидов.

Скачать (127KB)
Метаданные
5. Рис. 3. Несовершенные повторы, выявленные для флави- и альфавирусов на вариабельном участке 3′-НТО геномной РНК. X и Y – координаты нуклеотидной последовательности, приведенной на диагонали матрицы в программе Unipro UGENE:v45.1 Уровень гомологии по данным Unipro UGENE:v45.1 несовершенных повторов составлял 52–57 %.

Скачать (846KB)
Метаданные
6. Рис. 4. Механизм расщепления вирусной РНК экзорибонуклеазой XRN1 с формированием sfRNA ВКЭ. На рисунке подчеркиванием отмечены несовершенные L- и R-повторы, которые имеют гомологию 52–57 % и образуют правую часть петель Y3 и Y2 соответственно. SP, NSP – структурные и неструктурные белки флавивирусов соответственно.

Скачать (200KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024