معلومة

لماذا تمر الفيروسات القهقرية خلال مرحلة الحمض النووي لتكرار جينوم الحمض النووي الريبي الخاص بها؟

لماذا تمر الفيروسات القهقرية خلال مرحلة الحمض النووي لتكرار جينوم الحمض النووي الريبي الخاص بها؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لماذا تقوم الفيروسات القهقرية (على سبيل المثال HIV) بتحويل جينوم RNA إلى DNA (باستخدام النسخ العكسي) ثم إعادة نسخه إلى RNA الفيروسي (وترجمته إلى بروتينات فيروسية). بالتأكيد لتكرار الجينوم الخاص بهم سيكون من الأسهل استخدام بوليميراز RNA المعتمد على RNA كما تفعل فيروسات RNA مثل فيروس الحصبة.


سأركز الإجابة بشكل أساسي على "لماذا طور فيروس نقص المناعة البشرية مثل هذه الآليات للانتقال من الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي والعودة إلى الحمض النووي الريبي عندما يمكنه ببساطة استخدام أول الحمض النووي الريبي لصنع نسخه". بينما ناقش آخرون بالفعل النقطة العامة ، سأناقش المزيد حول التفاصيل. هناك بعض النقاط التي قد تدعم هذا ، وكلها يعود أساسًا إلى التطور.

  • زيادة الطفرات: يتم إجراء عملية تحويل الحمض النووي الريبي الفيروسي إلى الحمض النووي بواسطة الإنزيم الفيروسي النسخ العكسي. النقطة هنا هي أن عملية النسخ العكسي هذه معرضة للغاية للخطأ (Zheng وآخرون، 2005) ، مما يزيد من فرص تطور مقاومة الأدوية والقدرات الأخرى.

  • إعادة التركيب: مرة أخرى ، يمتلك إنزيم النسخ العكسي للإنزيم القدرة على التسبب في إعادة تركيب الحمض النووي الفيروسي. أثناء إعادة التركيب ، يمكن للحمض النووي الناشئ التبديل عدة مرات بين نسختين من الحمض النووي الريبي الفيروسي (شاربنتير وآخرون، 2006) ، والمعروفة باسم إعادة تركيب اختيار النسخ ، ويمكنها خلط المعلومات الجينية بسرعة بين جينومات الوالدين والنسل.

  • تعديلات ما بعد النسخ: بعد نسخ الحمض النووي الفيروسي بالكامل ، يخضع لعملية التضفير لتشكيل الحمض النووي الريبي الناضج. تؤدي هذه الرنا المرسال إلى إنتاج البروتينات الفيروسية تات و القس. يسمح تراكم Rev داخل النواة للحمالات الرنا المرسال الكاملة بمغادرة النواة وتشكيل جينومات فيروسية أو بروتينات هيكلية أسكت و Env (بولارد وآخرون، 1998). وبالتالي ، فإن النسخ العكسي أمر حيوي للفيروس.

مراجع:

  • Zheng YH ، Lovsin N ، Peterlin BM (2005). `` العوامل المضيفة المحددة حديثًا تعدل تكاثر فيروس نقص المناعة البشرية ''. إمونول. بادئة رسالة. 97 (2): 225-34.

  • شاربينتييه سي ، نورا تي ، تينايلون أو ، كلافيل إف ، هانس إيه جيه (2006). "إعادة التركيب الواسع النطاق بين أشباه أنواع فيروس نقص المناعة البشرية من النوع 1 يساهم بشكل كبير في التنوع الفيروسي في المرضى الفرديين". J. فيرول. 80 (5): 2472-82.

  • بولارد VW ، Malim MH (1998). "بروتين HIV-1 Rev". Annu. القس ميكروبيول. 52: 491-532.


تفسير السؤال

في البداية فسرت السؤال على أنه أكثر قليلاً من "لماذا نوع واحد من الفيروسات بدلاً من نوع آخر؟" (dsDNA. ssDNA ، ssRNA [+ ve v. -ve] وما إلى ذلك) ، وهذا (والذي سيكون غير قابل للإجابة) كان الطريقة التي يبدو أنTaimur قد فهمها. وشعرت أيضًا أن إشارة الملصق إلى "التعقيد" تعكس معرفته بالفيروسات الأخرى أكثر من أي تقدير حقيقي لما هو معقد بطريقة جزيئية.

ومع ذلك أنا حاليا أعتقد أنني أساءت فهم السؤال بسبب عدم تقديري للافتراض الخاطئ الذي أعتقد أنه مبني عليه. إذا كنت على صواب ، فيمكن إعادة صياغته بالطريقة التالية لتوضيح هذا الافتراض:

إذا كان الغرض الوحيد من دمج نسخة DNA من الحمض النووي الريبي الفيروسي في جينوم المضيف هو تكرار الحمض النووي الريبي في الفيروس، لماذا لا يتم استخدام بوليميراز RNA المعتمد على RNA كما هو الحال في فيروسات RNA الأخرى؟ "

إجابة

هذه المرحلة من دورة الحياة الفيروسية التي يتم فيها دمج نسخة من الحمض النووي في جينوم المضيف هي ليس مرحلة عرضية في آلية لتكرار virion RNA - إنه العنصر الأساسي في طريقة العمل أو استراتيجية وجود الفيروس.

تفسير

كما هو موضح في الفقرة الأولى من مقالة ويكيبيديا حول الفيروسات القهقرية ، بمجرد دمجها في جينوم المضيف ، يمكن أن تستمر هناك:

"تعالج الخلية المضيفة بعد ذلك الحمض النووي الفيروسي كجزء من الجينوم الخاص بها ، وترجمة ونسخ الجينات الفيروسية جنبًا إلى جنب مع جينات الخلية نفسها ..."

تتمثل إحدى طرق التفكير في هذا في كاستراتيجية يتبناها الفيروس من أجل "الاختباء" حتى تكون الظروف مناسبة له لإنتاج ذرية أكثر معدية. قد ينظر المرء حتى إلى الشكل الذي تم دمجه في الحمض النووي المضيف باعتباره الجينوم الفيروسي - وليس الشكل الذي يتم تغليفه بالدهون والبروتين في جزيئات الفيروس.

يتشابه هذا النوع من نمط الحياة في بعض النواحي مع عاثيات الحمض النووي التي يمكن أن تنتج إما عدوى تحلل أو ليسوجينيك. مثل إصرار من الجينومات الفيروسية في المضيف أيضًا في بعض فيروسات الحمض النووي حقيقية النواة مثل فيروس الهربس البسيط ، حيث قد يكون لدى الفرد ما يسمى كامن العدوى ، والتي ينتج عنها حدوث تقرحات البرد (في حالة HSV1) طوال حياة الفرد حيث يتم تنشيط الفيروس من وقت لآخر بواسطة محفزات مختلفة.


الفيروسات هي إحدى الجسيمات التي لا يزال أصلها التطوري لغزا للعلماء. تم تقديم فرضيات مختلفة ولكن لم يتم إثبات أي منها حتى الآن.

ومع ذلك ، كما قال أحد المعلقين لدينا ، "ما ينجح وما لا ينجح وما لا ينجح". هذا هو المفهوم الأساسي للنظرية التطورية. جميع الكائنات الحية التي يمكن أن تعيش في بيئة باستخدام تكيف معين ، سواء استغرق الأمر وقتًا أطول أو وقتًا أقل ، ستعيش وتستمر في استخدام نفس التكيف.

هناك نقطة أخرى يجب مراعاتها وهي أن الكائنات الحية الفردية لا تتطور أبدًا ، فقط السكان (كائنات من نفس النوع تعيش في نفس المنطقة في نفس الوقت) تطور. هذا يعني أن الفيروس الرجعية سوف ليس التغيير للتكيف مع طريقة أبسط لمجرد أنه يستغرق وقتًا أقل. إذا ظهرت ظروف لا تفضل طريقة الفيروسات القهقرية لاستخدام النسخ العكسي ولكنها تفضل طريقة فيروسات الحمض النووي الريبي الأخرى ، فإن الفيروسات القهقرية ستنخفض ببساطة في العدد حتى تصبح صفرية وستبقى فيروسات الحمض النووي الريبي على قيد الحياة.

آمل أن أجيب على استفسارك بشكل مرض.


لماذا تمر الفيروسات القهقرية خلال مرحلة الحمض النووي لتكرار جينوم الحمض النووي الريبي الخاص بها؟ - مادة الاحياء

يتكون الفيروس القهقري أثناء وجوده في القفيصة الفيروسية من الحمض النووي الريبي ديمر. لها غطاء في نهاية 5 & # 8242 وذيل بولي (A) في نهاية 3 & # 8242. يحتوي جينوم الحمض النووي الريبي أيضًا على مناطق طرفية غير مشفرة ، وهي مهمة في التكرار ، ومناطق داخلية تشفر بروتينات الفيريون للتعبير الجيني.

تشتمل النهاية 5 & # 8242 على أربع مناطق ، وهي R و U5 و PBS و L.

  • المنطقة R عبارة عن تسلسل قصير متكرر في كل طرف من طرفي الجينوم أثناء النسخ العكسي من أجل ضمان النقل الصحيح من طرف إلى طرف في سلسلة النمو.
  • U5 ، من ناحية أخرى ، هو تسلسل فريد قصير بين R و PBS.
  • يتكون PBS (موقع الربط التمهيدي) من 18 قاعدة مكملة لنهاية 3 & # 8242 من التمهيدي tRNA ، والتي توفر مجموعة & # 8216OH لبدء النسخ العكسي.
  • المنطقة L هي منطقة زعيم غير مترجمة تعطي إشارة لتعبئة الحمض النووي الريبي الجينومي.

تشتمل النهاية 3 & # 8242 على 3 مناطق ، وهي PPT (جهاز بولي بورين) و U3 و R.

  • PPT (أو PP) ، جهاز البولي بورين هو التمهيدي لتخليق الحمض النووي الزائد أثناء النسخ العكسي.
  • U3 عبارة عن تسلسل بين PPT و R ، والذي يحتوي على إشارة يمكن للفيروس استخدامها في النسخ.
  • R هو التسلسل المتكرر الطرفي عند نهاية 3 & # 8242 ، مثل R (أي ، كرر منطقة النهاية 5 & # 8242).

بين المنطقة 5 & # 8242 و 3 & # 8242 هي منطقة ترميز البروتين للفيروس القهقري ، وتتكون من بروتينات gag ، والبروتياز (PR) ، وبروتينات pol ، وبروتينات env. بروتينات الكمامة هي المكونات الرئيسية للقفيصة الفيروسية ، والتي تتكون من 2000 إلى 4000 نسخة لكل فيريون. يتم التعبير عن البروتياز بشكل مختلف في الفيروسات المختلفة. إنه يعمل في الانقسامات المحللة للبروتين أثناء نضوج الفيريون لصنع بروتينات الكمامة والبول الناضجة. بروتينات بول ، مثل النسخ العكسي (RT) ، مسؤولة عن تخليق الحمض النووي الفيروسي والاندماج في الحمض النووي المضيف بعد الإصابة. أخيرًا ، تلعب بروتينات env دورًا في الارتباط ودخول virion إلى الخلية المضيفة. إن امتلاك نسخة وظيفية من جين env هو ما يجعل الفيروسات القهقرية متميزة عن العناصر الرجعية. يخدم الجين env ثلاث وظائف متميزة: تمكين الفيروس القهقري من دخول / الخروج من الخلايا المضيفة من خلال تهريب الغشاء الداخلي ، والحماية من البيئة خارج الخلية عبر طبقة ثنائية الدهون ، والقدرة على دخول الخلايا. يتم إعطاء قدرة الفيروسات القهقرية على الارتباط بالخلية المضيفة المستهدفة باستخدام مستقبلات سطح الخلية المحددة من خلال المكون السطحي (SU) للـ env ، بينما يتم نقل قدرة الفيروس القهقرى على دخول الخلية عبر اندماج الغشاء بواسطة الغشاء- مكون ترسيخ عبر الغشاء (TM). وبالتالي ، فإن بروتين env هو ما يمكّن الفيروسات القهقرية من أن تكون معدية.

يرجى الرجوع إلى الشكل ، حيث ترى جميع عناصر الجينوم الفيروسي وكيف تتفاعل للمساهمة في النسخ العكسي للفيروسات القهقرية والتكامل.

الجينوم الفيروسي.: من خلال آلية النسخ العكسي بواسطة فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) ، نرى ما هي العناصر الجينومية المختلفة للفيروس القهقري. يحدث النسخ العكسي في سيتوبلازم الخلية المضيفة. في هذه العملية ، يتم نسخ ssRNA الفيروسي بواسطة النسخ العكسي الفيروسي (RT) إلى الحمض النووي المزدوج الذي تقطعت به السبل. يتم النسخ العكسي في الاتجاه 5 & # 8217 → 3 & # 8242. تهجين tRNA (& # 8220cloverleaf & # 8221) إلى PBS وتوفر مجموعة -OH لبدء النسخ العكسي. 1) يتكون الحمض النووي التكميلي (كدنا). 2) القالب في RNA: يتم تدهور هجين الحمض النووي بواسطة مجال RNase H للنسخة العكسية 3) DNA: يتم نقل الحمض الريبي النووي النقال إلى 3 & # 8242 نهاية القالب. 4) أول خيط توليف يحدث. 5) تتحلل بقية ssRNA الفيروسي بواسطة RNase H ، باستثناء موقع PP. 6) بدأ تركيب الخيط الثاني من ssDNA من 3 & # 8242 نهاية القالب. الحمض الريبي النووي النقال ضروري لتوليف PBS التكميلي 7) يتحلل الحمض الريبي النووي النقال 8) يتهجين PBS من الخيط الثاني مع PBS التكميلي على الخيط الأول. 9) يتم إكمال توليف كلا الخيوط بواسطة وظيفة DNA Polmerase للنسخة العكسية. يحتوي كلا طرفي dsDNA على متواليات U3-R-U5 ، تسمى تسلسل التكرار الطرفي الطويل (3 & # 8217LTR و 5 & # 8217LTR ، على التوالي). تتوسط LTRs تكامل الحمض النووي الفيروسي في منطقة أخرى من جينوم المضيف. هفوة ، بول ، و إنف. الألوان تحدد التسلسلات التكميلية.


محتويات

تستلزم دورة تكرار الفيروس الارتجاعي إدخال ("تكامل") نسخة من الحمض النووي للجينوم الفيروسي في الجينوم النووي للخلية المضيفة. تصيب معظم الفيروسات القهقرية الخلايا الجسدية ، ولكن يمكن أن تحدث أيضًا عدوى عرضية لخلايا السلالة الجرثومية (الخلايا التي تنتج البويضات والحيوانات المنوية). نادرًا ما يحدث التكامل الفيروسي العكسي في خلية سلالة جرثومية تتطور إلى كائن حي قابل للحياة. سيحمل هذا الكائن الحي الجينوم الفيروسي المدرج كجزء لا يتجزأ من جينومه - وهو فيروس ارتجاعي "داخلي المنشأ" (ERV) قد يرثه نسله باعتباره أليلًا جديدًا. لقد استمر العديد من فيروسات النسخ العكسي في جينوم مضيفيهم لملايين السنين. ومع ذلك ، فإن معظم هؤلاء قد اكتسبوا طفرات معطلة أثناء تكرار الحمض النووي للمضيف ولم تعد قادرة على إنتاج الفيروس. يمكن أيضًا إزالة الفيروسات القهقرية جزئيًا من الجينوم من خلال عملية تُعرف باسم الحذف المؤتلف ، حيث تؤدي إعادة التركيب بين التسلسلات المتطابقة التي تحيط بالفيروسات القهقرية المدمجة حديثًا إلى حذف المناطق الداخلية لترميز البروتين في الجينوم الفيروسي.

يتكون جينوم الفيروسات القهقرية العامة من ثلاثة جينات حيوية لغزو الجينوم الفيروسي وتكاثره وهروبه وانتشاره. هذه الجينات الثلاثة هي gag (ترميز البروتينات الهيكلية للنواة الفيروسية) ، و pol (ترميز للنسخ العكسي ، و Integrase ، و protease) ، و env (ترميز بروتينات الغلاف الخارجي للفيروس). يتم ترميز هذه البروتينات الفيروسية كبروتينات متعددة. من أجل تنفيذ دورة حياتها ، يعتمد الفيروس الارتجاعي بشكل كبير على آلية الخلية المضيفة. يحلل البروتياز روابط الببتيد للبروتينات المتعددة الفيروسية ، مما يجعل البروتينات المنفصلة وظيفية. يعمل المنتسخ العكسي على تخليق الحمض النووي الفيروسي من الحمض النووي الريبي الفيروسي في سيتوبلازم الخلية المضيفة قبل أن يدخل النواة. يوجه التكامل دمج الحمض النووي الفيروسي في جينوم المضيف. [9] [10]

بمرور الوقت ، لا يكتسب جينوم فيروسات النسخ العكسي الطفرات النقطية فحسب ، بل يخلط أيضًا ويعيد الاتحاد مع فيروسات النسخ العكسي الأخرى. [11] ERVs مع الحسد المعطف المتحلل يصبح أكثر عرضة للانتشار. [12]

يمكن أن تلعب الفيروسات القهقرية الذاتية دورًا نشطًا في تشكيل الجينوم. ركزت معظم الدراسات في هذا المجال على جينومات البشر والرئيسيات العليا ، ولكن تم أيضًا دراسة الفقاريات الأخرى ، مثل الفئران والأغنام ، بعمق. [13] [14] [15] [16] متواليات التكرار النهائي الطويل (LTR) التي تحيط بجينومات ERV غالبًا ما تعمل كمحفزات ومعززات بديلة ، وغالبًا ما تساهم في النسخ عن طريق إنتاج متغيرات خاصة بالأنسجة. بالإضافة إلى ذلك ، تم اختيار بروتينات الفيروسات القهقرية نفسها لخدمة وظائف مضيفة جديدة ، لا سيما في التكاثر والتنمية. ساهمت إعادة التركيب بين متواليات الفيروسات القهقرية المتماثلة أيضًا في خلط الجينات وتوليد التباين الجيني. علاوة على ذلك ، في حالة الآثار العدائية المحتملة لتسلسلات الفيروسات القهقرية ، فقد تطورت الجينات الكابحة بشكل مشترك لمكافحتها.

حوالي 90٪ من الفيروسات القهقرية الذاتية هي منفردة LTRs ، تفتقر إلى جميع إطارات القراءة المفتوحة (ORFs). [17] وقد ثبت أن LTRs المنفردة و LTRs المرتبطة بالتسلسل الكامل للفيروسات الرجعية تعمل كعناصر نسخية على جينات المضيف. نطاق عملها هو بشكل أساسي عن طريق الإدخال في 5 'UTRs من جينات تشفير البروتين ، ومع ذلك ، فمن المعروف أنها تعمل على جينات تصل إلى 70-100 كيلو بايت. [13] [18] [19] [20] يتم إدخال غالبية هذه العناصر في اتجاه المعنى إلى الجينات المقابلة لها ، ولكن كان هناك دليل على أن LTRs تعمل في الاتجاه المضاد للمعنى وكمحفز ثنائي الاتجاه للجينات المجاورة. [21] [22] في حالات قليلة ، يعمل LTR كمحفز رئيسي للجين. على سبيل المثال ، في البشر ، يحتوي AMY1C على تسلسل ERV كامل في منطقة المروج الخاص به ، يمنح LTR المرتبط تعبيرًا محددًا من اللعاب عن إنزيم الأميليز الهضمي. [23] أيضًا ، المحفز الأساسي لحمض الصفراء CoA: الحمض الأميني N-acyltransferase (BAAT) ، والذي يرمز إلى إنزيم جزء لا يتجزأ من عملية التمثيل الغذائي للصفراء ، من أصل LTR. [19] [24]

قد يكون إدخال ERV-9 LTR منفردًا قد أنتج إطار قراءة وظيفيًا مفتوحًا ، مما تسبب في إعادة ميلاد جين GTPase المرتبط بالمناعة البشرية (IRGM). [25] كما ثبت أن إدخال ERV ينتج مواقع لصق بديلة إما عن طريق الاندماج المباشر في الجين ، كما هو الحال مع مستقبل هرمون اللبتين البشري ، أو مدفوعًا بالتعبير عن LTR المنبع ، كما هو الحال مع البروتين الشبيه بالفوسفوليباز A-2. [26]

ومع ذلك ، في معظم الأحيان ، يعمل LTR كواحد من العديد من المحفزات البديلة ، وغالبًا ما يمنح تعبيرًا خاصًا بالأنسجة يتعلق بالتكاثر والتنمية. في الواقع ، يتم التعبير عن 64٪ من متغيرات النسخ المعروفة التي يتم الترويج لها باستخدام LTR في الأنسجة التناسلية. [27] على سبيل المثال ، رموز الجين CYP19 للأروماتاز ​​P450 ، وهو إنزيم مهم لتخليق الإستروجين ، والذي يتم التعبير عنه عادة في الدماغ والأعضاء التناسلية لمعظم الثدييات. [19] ومع ذلك ، في الرئيسيات ، يمنح متغير النسخ المعزز بـ LTR تعبيرًا عن المشيمة وهو مسؤول عن التحكم في مستويات هرمون الاستروجين أثناء الحمل. [19] علاوة على ذلك ، فإن البروتين المثبط لاستماتة الخلايا العصبية (NAIP) ، المنتشر عادة ، يحتوي على LTR من عائلة HERV-P الذي يعمل كمحفز يمنح التعبير للخصية والبروستاتا. [28] البروتينات الأخرى ، مثل سينثاز أكسيد النيتريك 3 (NOS3) ، ومستقبل إنترلوكين -2 B (IL2RB) ، ووسيط آخر لتخليق الإستروجين ، HSD17B1 ، يتم تنظيمها أيضًا بواسطة LTRs التي تمنح التعبير المشيمي ، ولكن وظائفها المحددة هي لم يعرف بعد. [24] [29] يُعتقد أن الدرجة العالية من التعبير الإنجابي هي أثر لاحق للطريقة التي تم من خلالها توطنها ، ومع ذلك ، قد يكون هذا أيضًا بسبب نقص مثيلة الحمض النووي في أنسجة الخط الجرثومي. [24]

لا يأتي المثال الأكثر تميزًا لتعبير البروتين المشيمي من جين مضيف تم تعزيزه بشكل بديل ولكن من خيار مشترك كامل لبروتين فيروسات عكسية. كان لبروتينات env fusogenic الفيروسية الرجعية ، التي تلعب دورًا في دخول الفيروس إلى الخلية المضيفة ، تأثير مهم على تطور مشيمة الثدييات. في الثدييات ، تعتبر بروتينات env السليمة المسماة syncytins مسؤولة عن تكوين الخلايا الأرومة الغاذية المخلوية ووظيفتها. [15] هذه الخلايا متعددة النوى مسؤولة بشكل أساسي عن الحفاظ على تبادل المغذيات وفصل الجنين عن جهاز المناعة لدى الأم. [15] لقد تم اقتراح أن اختيار وتثبيت هذه البروتينات لهذه الوظيفة قد لعب دورًا مهمًا في تطور الحياة. [30]

بالإضافة إلى ذلك ، فإن إدخال ERVs و LTRs الخاصة بهما لديه القدرة على إحداث إعادة ترتيب الكروموسومات بسبب إعادة التركيب بين المتواليات الفيروسية في المواقع بين الكروموسومات. وقد ثبت أن عمليات إعادة الترتيب هذه تحفز ازدواجية الجينات وحذفها مما يساهم بشكل كبير في مرونة الجينوم ويغير بشكل كبير ديناميكية وظيفة الجين. [31] علاوة على ذلك ، تنتشر العناصر الرجعية بشكل عام في العائلات الجينية سريعة التطور والخاصة بالثدييات والتي ترتبط وظيفتها إلى حد كبير بالاستجابة للتوتر والمحفزات الخارجية. [19] على وجه الخصوص ، تمتلك كل من جينات معقد التوافق النسيجي الكبير من الصنف الأول البشري والفئة الثانية كثافة عالية من عناصر HERV مقارنة بعائلات الجينات المتعددة المواضع الأخرى. [26] لقد ثبت أن HERVs قد ساهمت في تكوين كتل مضاعفة على نطاق واسع تشكل عائلة جينات HLA من الفئة 1. [32] وبشكل أكثر تحديدًا ، تحتل HERVs بشكل أساسي مناطق داخل وبين نقاط الفاصل بين هذه الكتل ، مما يشير إلى أن أحداث التكرار والحذف الكبيرة ، المرتبطة عادةً بالتقاطع غير المتكافئ ، سهلت تشكيلها. [33] توليد هذه الكتل ، الموروثة كنماذج مناعية ، تعمل بمثابة تعدد أشكال وقائي ضد مجموعة واسعة من المستضدات التي قد تكون قد شبعت البشر بميزة على الرئيسيات الأخرى. [32]

تم اقتراح أن خاصية المشيمة كونها أعضاء مميزة تطورية للغاية بين الأنواع المختلفة ناتجة عن الخيار المشترك لمحسنات ERV. تدعم الطفرات التنظيمية ، بدلاً من الطفرات في الجينات التي ترمز للهرمونات وعوامل النمو ، التطور المعروف لمورفولوجيا المشيمة ، خاصة وأن غالبية جينات الهرمونات وعوامل النمو يتم التعبير عنها استجابة للحمل ، وليس أثناء نمو المشيمة. درس الباحثون المشهد التنظيمي لتطور المشيمة بين الجرذان والفأر ، وهما نوعان مرتبطان ارتباطًا وثيقًا. تم ذلك عن طريق تعيين جميع العناصر التنظيمية للخلايا الجذعية للأرومة الغاذية للجرذان (TSCs) ومقارنتها بأخصائيي تقويم العظام في TSCs بالماوس. لوحظت TSCs لأنها تعكس الخلايا الأولية التي تتطور في مشيمة الجنين. بغض النظر عن أوجه التشابه الملموسة بينهما ، كانت المناطق المحسّنة والمقموعة في الغالب خاصة بالأنواع. ومع ذلك ، تم حفظ معظم متواليات المروج بين الفأر والجرذ. في ختام دراستهم ، اقترح الباحثون أن فيروسات النسخ العكسي أثرت على تطور المشيمة الخاص بالأنواع من خلال التوسط في نمو المشيمة ، وتثبيط المناعة ، واندماج الخلايا. [34]

مثال آخر على استغلال ERV للآليات الخلوية هو p53 ، وهو جين مثبط للورم (TSG). يؤدي تلف الحمض النووي والضغط الخلوي إلى تحفيز مسار p53 ، مما يؤدي إلى موت الخلايا المبرمج. باستخدام الترسيب المناعي للكروماتين مع التسلسل ، تم وضع ثلاثين بالمائة من جميع مواقع ربط p53 ضمن نسخ من عدد قليل من عائلات ERV الخاصة بالرئيسيات. اقترحت دراسة أن هذا يفيد الفيروسات القهقرية لأن آلية p53 توفر تحفيزًا سريعًا للنسخ ، مما يؤدي إلى خروج الحمض النووي الريبي الفيروسي من الخلية المضيفة. [7]

أخيرًا ، فإن إدخال عناصر ERV أو ERV في المناطق الجينية للحمض النووي المضيف ، أو الإفراط في التعبير عن متغيرات النسخ الخاصة بهم ، لديه إمكانات أعلى بكثير لإنتاج تأثيرات ضارة من التأثيرات الإيجابية. أدى ظهورهم في الجينوم إلى خلق ديناميكية تطورية مشتركة لطفيلي مضيف أدت إلى تكاثر وتوسع جينات الكابت. المثال الأكثر وضوحًا على ذلك يتضمن التكرار السريع والتكاثر السريع لجينات أصابع الزنك الترادفية في جينومات الثدييات. توجد جينات إصبع الزنك ، خاصة تلك التي تتضمن مجال KRAB ، بعدد نسخ مرتفع في جينومات الفقاريات ، ويقتصر نطاق وظائفها على أدوار النسخ. [35] ومع ذلك ، فقد ثبت في الثدييات أن تنوع هذه الجينات كان بسبب تكرار وتثبيت أحداث متعددة استجابة لتسلسلات الفيروسات القهقرية الجديدة أو نسخها الذاتية لقمع نسخها. [20]

إن غالبية الفيروسات الفيروسية التي تحدث في جينومات الفقاريات قديمة ، ومعطلة بالطفرة ، ووصلت إلى التثبيت الجيني في الأنواع المضيفة. لهذه الأسباب ، من غير المرجح أن يكون لها تأثيرات سلبية على مضيفيها إلا في ظل ظروف غير عادية. ومع ذلك ، يتضح من الدراسات التي أجريت على الطيور وأنواع الثدييات غير البشرية ، بما في ذلك الفئران والقطط والكوالا ، أن فيروس النسخ العكسي الأصغر (أي الذي تم دمجه مؤخرًا) يمكن أن يرتبط بالمرض. [36] يرتبط عدد فيروسات النسخ العكسي النشطة في جينوم الثدييات سلبًا بحجم أجسامهم مما يشير إلى مساهمة في مفارقة بيتو من خلال التسبب في السرطان. [37] وقد دفع هذا الباحثين إلى اقتراح دور لفيروسات النسخ العكسي في عدة أشكال من السرطان البشري وأمراض المناعة الذاتية ، على الرغم من عدم وجود أدلة قاطعة. [38] [39] [40] [41]

تحرير الاضطرابات العصبية

في البشر ، تم اقتراح ERVs للمشاركة في التصلب المتعدد (MS). تم الإبلاغ عن ارتباط محدد بين التصلب المتعدد والجين ERVWE1 ، أو "syncytin" ، المشتق من إدخال ERV ، إلى جانب وجود "فيروس ارتجاعي مرتبط بـ MS" (MSRV) ، في المرضى الذين يعانون من هذا المرض. [42] [43] وقد تم أيضًا تورط الفيروسات البشرية في الإصابة بمرض التصلب الجانبي الضموري [44] والإدمان. [45] [46] [47]

في عام 2004 تم الإبلاغ عن وجود الأجسام المضادة لـ HERVs بتواتر أكبر في مصل الأشخاص المصابين بالفصام. بالإضافة إلى ذلك ، احتوى السائل الدماغي النخاعي للأشخاص المصابين بالفصام مؤخرًا على مستويات من علامة الفيروس القهقرية ، النسخ العكسي ، أعلى بأربع مرات من الأشخاص الخاضعين للمراقبة. [48] ​​يواصل الباحثون النظر في الصلة المحتملة بين HERVs والفصام ، مع احتمال إضافي للعدوى المحفزة للفصام. [49]

تحرير الحصانة

تم العثور على ERVs مرتبطة بالمرض ليس فقط من خلال العلاقات المسببة للمرض ، ولكن أيضًا من خلال المناعة. من المحتمل أن يرتبط تواتر ERV في التكرارات الطرفية الطويلة (LTRs) بالتكيفات الفيروسية للاستفادة من مسارات إشارات المناعة التي تعزز النسخ والتكرار الفيروسي. بحثت دراسة أُجريت في عام 2016 في فائدة الدنا الفيروسي القديم المدمج في مضيف من خلال شبكات تنظيم الجينات التي يسببها الإنترفيرون ، وهو فرع من المناعة الفطرية. [50] هذه السيتوكينات هي أول من يستجيب للعدوى الفيروسية وهي مهمة أيضًا في الترصد المناعي للخلايا الخبيثة. [51] من المتوقع أن تعمل فيروسات النسخ العكسي كعناصر منظمة رابطة الدول المستقلة ، ولكن الكثير من العواقب التكيفية لذلك على وظائف فسيولوجية معينة لا تزال غير معروفة. هناك بيانات تدعم الدور العام لفيروسات النسخ العكسي في تنظيم استجابة الإنسان للإنترفيرون ، وتحديداً للإنترفيرون جاما (IFNG). على سبيل المثال ، تم العثور على الجينات المحفزة للإنترفيرون مخصبة بشكل كبير مع ERVs المرتبطة بمحول إشارة ومنشط النسخ (STAT1) و / أو عامل تنظيم Interferon (IRF1) في CD14 + الضامة. [1]

تلعب HERVs أيضًا أدوارًا مختلفة في تشكيل استجابة المناعة الفطرية للإنسان ، مع بعض التسلسلات التي تنشط النظام والبعض الآخر يقمعها. قد تحمي أيضًا من عدوى الفيروسات القهقرية الخارجية: يمكن للنصوص الشبيهة بالفيروسات تنشيط مستقبلات التعرف على الأنماط ، ويمكن أن تتداخل البروتينات مع الفيروسات القهقرية النشطة. يظهر أن بروتين هفوة من HERV-K (HML2) يختلط مع HIV Gag ، مما يضعف تكوين قفيصة HIV نتيجة لذلك. [52]

تعديل تنظيم الجينات

تم اقتراح فكرة أخرى وهي أن فيروسات النسخ العكسي من نفس العائلة لعبت دورًا في تجنيد جينات متعددة في نفس شبكة التنظيم. وجد أن عناصر MER41 قدمت تعزيزًا تنظيميًا زائدًا عن الحاجة للجينات الموجودة بالقرب من مواقع ربط STAT1. [1]

تحرير الفيروسات القهقرية الذاتية الخنازير

بالنسبة للبشر ، تشكل الفيروسات القهقرية الداخلية للخنازير (PERVs) مصدر قلق عند استخدام أنسجة وأعضاء الخنازير في زرع الأعضاء ، وزرع الخلايا الحية والأنسجة والأعضاء من كائن حي من نوع واحد إلى كائن حي من أنواع مختلفة. على الرغم من أن الخنازير عمومًا هي أنسب المتبرعين لعلاج أمراض الأعضاء البشرية لأسباب عملية ومالية وسلامة وأخلاقية ، [50] لم يكن بالإمكان إزالة PERVs سابقًا من الخنازير بسبب طبيعتها الفيروسية للاندماج في جينوم المضيف وتمريرها في النسل حتى عام 2017 عندما أزال مختبر الدكتور جورج تشيرش جميع الفيروسات القهقرية البالغ عددها 62 من جينوم الخنازير. [53] تظل عواقب الانتقال عبر الأنواع غير مستكشفة ولها إمكانات خطيرة للغاية. [54]

أشار الباحثون إلى أن إصابة الأنسجة البشرية بواسطة PERVs ممكنة للغاية ، خاصةً في الأفراد الذين يعانون من كبت المناعة. يمكن أن تسمح الحالة المثبطة للمناعة بتكاثر أسرع وأكثر ثباتًا للحمض النووي الفيروسي ، وستجد فيما بعد صعوبة أقل في التكيف مع انتقال العدوى من إنسان إلى إنسان. على الرغم من أنه يمكن القضاء على مسببات الأمراض المعدية المعروفة الموجودة في العضو / الأنسجة المانحة عن طريق تربية قطعان خالية من مسببات الأمراض ، يمكن أن توجد فيروسات قهقرية غير معروفة في المتبرع. غالبًا ما تكون هذه الفيروسات القهقرية كامنة وغير مصحوبة بأعراض في المتبرع ، ولكن يمكن أن تصبح نشطة في المتلقي. بعض الأمثلة على الفيروسات الذاتية التي يمكن أن تصيب الخلايا البشرية وتتكاثر فيها هي من قرود البابون (BaEV) والقطط (RD114) والفئران. [50]

هناك ثلاث فئات مختلفة من PERVs و PERV-A و PERV-B و PERV-C. PERV-A و PERV-B متعددان الاتجاه ويمكنهما إصابة الخلايا البشرية في المختبر ، بينما يكون PERV-C موجهًا للبيئة ولا يتكاثر على الخلايا البشرية. الاختلافات الرئيسية بين الفئات في مجال ربط المستقبلات الحسد البروتين والتكرارات الطرفية الطويلة (LTRs) التي تؤثر على تكرار كل فئة. يعرض PERV-A و PERV-B LTRs التي تتكرر في منطقة U3. ومع ذلك ، يظهر PERV-A و PERV-C LTRs متكررة. وجد الباحثون أن PERVs في الثقافة تتكيف بنشاط مع بنية تكرار LTR الخاصة بهم من أجل مطابقة أفضل أداء نسخ يمكن أن تؤديه خلية مضيفة. في نهاية دراستهم ، خلص الباحثون إلى أن PERV LTR المتكرر تطور من LTR المتكرر. كان من المحتمل أن يكون هذا قد حدث من طفرة إدخال وثبت من خلال استخدام البيانات على LTR و الحسد/ Env. يُعتقد أن توليد LTRs المتكرر يمكن أن يكون انعكاسًا لعملية تكيف الفيروس ، حيث يتغير من نمط حياة خارجي إلى نمط حياة داخلي. [55]

أجريت دراسة تجريبية سريرية في عام 1999 على 160 مريضًا عولجوا بأنسجة خنازير حية مختلفة ولم يلاحظوا أي دليل على وجود عدوى PERV مستمرة في 97 ٪ من المرضى الذين توفرت لديهم كمية كافية من الحمض النووي لـ PCR لتضخيم تسلسل PERV. ذكرت هذه الدراسة أن الدراسات بأثر رجعي محدودة للعثور على الإصابة الحقيقية للعدوى أو الأعراض السريرية المرتبطة ، ومع ذلك. واقترح استخدام التجارب المستقبلية المراقبة عن كثب ، والتي من شأنها أن توفر تقييمًا أكثر اكتمالاً وتفصيلاً لانتقال PERV عبر الأنواع المحتملة ومقارنة PERV. [56]

تشكل الفيروسات القهقرية الذاتية البشرية (HERV) جزءًا مهمًا من الجينوم البشري ، مع ما يقرب من 98000 عنصر وشظايا ERV تشكل 5-8 ٪. [1] وفقًا لدراسة نُشرت في عام 2005 ، لم يتم التعرف على أي من HERVs القادرة على التكرار يبدو أنها معيبة ، وتحتوي على عمليات حذف كبيرة أو طفرات غير منطقية. هذا لأن معظم HERVs هي مجرد آثار للفيروسات الأصلية ، بعد أن تم دمجها لأول مرة منذ ملايين السنين. تحليل تكامل HERV مستمر كجزء من مشروع 100000 جينوم. [57]

تم اكتشاف الفيروسات القهقرية الذاتية البشرية عن طريق الصدفة باستخدام تجربتين مختلفتين. تم فحص مكتبات الجينوم البشري في ظل ظروف منخفضة الصرامة باستخدام تحقيقات من الفيروسات القهقرية الحيوانية ، مما يسمح بعزل وتوصيف فيروسات متعددة ، وإن كانت معيبة ، والتي تمثل عائلات مختلفة. اعتمدت تجربة أخرى على أليغنوكليوتيدات مع تجانس لمواقع ارتباط التمهيدي الفيروسي. [1]

يتم تصنيف HERVs بناءً على تشابهاتها مع الفيروسات القهقرية الحيوانية. العائلات التي تنتمي إلى الفئة الأولى متشابهة في التسلسل مع الثدييات الفيروسات القهقرية (النوع C) و فيروسات إبسيلونرتروفيروس (النوع E). تظهر العائلات التي تنتمي إلى الفئة الثانية التشابه مع الثدييات الفيروسات القهقرية بيتاريت (النوع ب) و دلتاريتروفيروس(النوع د). العائلات التي تنتمي إلى الفئة الثالثة تشبه الفيروسات الرغوية. بالنسبة لجميع الفئات ، إذا ظهرت التماثلات محفوظة جيدًا في أسكت, بول، و الحسد الجين ، يتم تجميعهم في عائلة فائقة. هناك المزيد من عائلات الفئة الأولى المعروفة بوجودها. [1] [11] تمت تسمية العائلات نفسها بطريقة أقل اتساقًا ، مع مزيج من التسمية على أساس الفيروسات القهقرية الخارجية ، أو الحمض الريبي النووي النقال (HERV-W ، K) ، أو بعض الجينات المجاورة (HERV-ADP) ، clong الرقم (HERV-S71) ، أو بعض أشكال الأحماض الأمينية (HERV-FRD). تهدف التسمية المقترحة إلى تنظيف معايير paraphyletic في بعض الأحيان. [58]

هناك اقتراحان لكيفية تثبيت HERVs في الجينوم البشري. يفترض الأول أنه في وقت ما أثناء التطور البشري ، أدخلت السلالات الخارجية لـ HERV نفسها في خلايا الخط الجرثومي ثم تتكاثر مع جينات المضيف باستخدام الآليات الخلوية للمضيف واستغلالها. بسبب تركيبها الجينومي المميز ، تعرضت HERVs للعديد من جولات التضخيم والتبديل ، مما أدى إلى توزيع واسع النطاق للحمض النووي الفيروسي. تدعي الفرضية الثانية التطور المستمر للعناصر الرجعية من أسلاف منظمين أكثر بساطة. [1]

ومع ذلك ، فقد نشطت عائلة واحدة من الفيروسات منذ الاختلاف بين البشر والشمبانزي. هذه العائلة ، المسماة HERV-K (HML2) ، تشكل أقل من 1٪ من عناصر HERV ولكنها واحدة من أكثر العناصر التي تمت دراستها. هناك مؤشرات على أنه كان نشطًا في مئات الآلاف من السنين الماضية ، على سبيل المثال ، يحمل بعض الأفراد نسخًا من HML2 أكثر من غيرهم. [59] تقليديا ، يتم إجراء تقديرات العمر لـ HERVs من خلال مقارنة 5 'و 3' LTR من HERV ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة مناسبة فقط لـ HERVs كاملة الطول. طريقة حديثة ، تسمى التأريخ المقطعي ، [60] تستخدم الاختلافات داخل LTR واحد لتقدير أعمار إدخالات HERV. هذه الطريقة أكثر دقة في تقدير أعمار HERV ويمكن استخدامها لأي إدخال HERV. تم استخدام المواعدة المقطعية للإشارة إلى أن عضوين من HERV-K (HML2) ، HERV-K106 و HERV-K116 ، كانا نشطين في 800000 سنة الماضية وأن HERV-K106 ربما أصاب الإنسان الحديث منذ 150.000 سنة. [61] ومع ذلك ، فإن عدم وجود أعضاء معديين معروفين من عائلة HERV-K (HML2) ، ونقص العناصر ذات إمكانات الترميز الكاملة ضمن تسلسل الجينوم البشري المنشور ، يشير للبعض إلى أن الأسرة أقل احتمالية لأن تكون نشطة في الوقت الحاضر. In 2006 and 2007, researchers working independently in France and the US recreated functional versions of HERV-K(HML2). [62] [63]

MER41.AIM2 is an HERV that regulates the transcription of AIM2 (Absent in Melanoma 2) which encodes for a sensor of foreign cytosolic DNA. This acts as a binding site for AIM2, meaning that it is necessary for the transcription of AIM2. Researchers had shown this by deleting MER41.AIM2 in HeLa cells using CRISPR/Cas9, leading to an undetectable transcript level of AIM2 in modified HeLa cells. The control cells, which still contained the MER41.AIM2 ERV, were observed with normal amounts of AIM2 transcript. In terms of immunity, researchers concluded that MER41.AIM2 is necessary for an inflammatory response to infection. [64]

Immunological studies have shown some evidence for T cell immune responses against HERVs in HIV-infected individuals. [65] The hypothesis that HIV induces HERV expression in HIV-infected cells led to the proposal that a vaccine targeting HERV antigens could specifically eliminate HIV-infected cells. The potential advantage of this novel approach is that, by using HERV antigens as surrogate markers of HIV-infected cells, it could circumvent the difficulty inherent in directly targeting notoriously diverse and fast-mutating HIV antigens. [65]

There are a few classes of human endogenous retroviruses that still have intact open reading frames. For example, the expression of HERV-K, a biologically active family of HERV, produces proteins found in placenta. Furthermore, the expression of the envelope genes of HERV-W (ERVW-1)and HERV-FRD (ERVFRD-1) produces syncytins which are important for the generation of the syncytiotrophoblast cell layer during placentogenesis by inducing cell-cell fusion. [66] The HUGO Gene Nomenclature Committee (HGNC) approves gene symbols for transcribed human ERVs. [67]

Whole genome sequencing Edit

Example: A porcine ERV (PERV) Chinese-born minipig isolate, PERV-A-BM, was sequenced completely and along with different breeds and cell lines in order to understand its genetic variation and evolution. The observed number of nucleotide substitutions and among the different genome sequences helped researchers determine an estimate age that PERV-A-BM was integrated into its host genome, which was found to be of an evolutionary age earlier than the European-born pigs isolates. [54]

Chromatin immunoprecipitation with sequencing (ChIP-seq) Edit

This technique is used to find histone marks indicative of promoters and enhancers, which are binding sites for DNA proteins, and repressed regions and trimethylation. [34] DNA methylation has been shown to be vital to maintain silencing of ERVs in mouse somatic cells, while histone marks are vital for the same purpose in embryonic stem cells (ESCs) and early embryogenesis. [7]

Constructing phylogenies Edit

Because most HERVs have no function, are selectively neutral, and are very abundant in primate genomes, they easily serve as phylogenetic markers for linkage analysis. They can be exploited by comparing the integration site polymorphisms or the evolving, proviral, nucleotide sequences of orthologs. To estimate when integration occurred, researchers used distances from each phylogenetic tree to find the rate of molecular evolution at each particular locus. It is also useful that ERVs are rich in many species genomes (i.e. plants, insects, mollusks, fish, rodents, domestic pets, and livestock) because its application can be used to answer a variety of phylogenetic questions. [9]

Designating the age of provirus and the time points of species separation events Edit

This is accomplished by comparing the different HERV from different evolutionary periods. For example, this study was done for different hominoids, which ranged from humans to apes and to monkeys. This is difficult to do with PERV because of the large diversity present. [55]

Epigenetic variability Edit

Researchers could analyze individual epigenomes and transcriptomes to study the reactivation of dormant transposable elements through epigenetic release and their potential associations with human disease and exploring the specifics of gene regulatory networks. [7]

Immunological problems of xenotransplantation Edit

Little is known about an effective way to overcoming hyperacute rejection (HAR), which follows the activation of complement initiated by xenoreactive antibodies recognizing galactosyl-alpha1-3galatosyl (alpha-Gal) antigens on the donor epithelium. [50]

Risk factors of HERVs in gene therapy Edit

Because retroviruses are able to recombine with each other and with other endogenous DNA sequences, it would be beneficial for gene therapy to explore the potential risks HERVs can cause, if any. Also, this ability of HERVs to recombine can be manipulated for site-directed integration by including HERV sequences in retroviral vectors. [1]

HERV gene expression Edit

Researchers believe that RNA and proteins encoded for by HERV genes should continue to be explored for putative function in cell physiology and in pathological conditions. This would make sense to examine in order to more deeply define the biological significance of the proteins synthesized. [1]


التوضيح

Transduction occurs when a bacteriophage transfers bacterial DNA from one bacterium to another during sequential infections. There are two types of transduction: generalized and specialized transduction. During the lytic cycle of viral replication, the virus hijacks the host cell, degrades the host chromosome, and makes more viral genomes. As it assembles and packages DNA into the phage head, packaging occasionally makes a mistake. Instead of packaging viral DNA, it takes a random piece of host DNA and inserts it into the capsid. Once released, this virion will then inject the former host’s DNA into a newly infected host. The asexual transfer of genetic information can allow for DNA recombination to occur, thus providing the new host with new genes (e.g., an antibiotic-resistance gene, or a sugar-metabolizing gene).

Generalized transduction occurs when a random piece of bacterial chromosomal DNA is transferred by the phage during the lytic cycle. Specialized transduction occurs at the end of the lysogenic cycle, when the prophage is excised and the bacteriophage enters the lytic cycle. Since the phage is integrated into the host genome, the prophage can replicate as part of the host. However, some conditions (e.g., ultraviolet light exposure or chemical exposure) stimulate the prophage to undergo induction, causing the phage to excise from the genome, enter the lytic cycle, and produce new phages to leave host cells. During the process of excision from the host chromosome, a phage may occasionally remove some bacterial DNA near the site of viral integration. The phage and host DNA from one end or both ends of the integration site are packaged within the capsid and are transferred to the new, infected host. Since the DNA transferred by the phage is not randomly packaged but is instead a specific piece of DNA near the site of integration, this mechanism of gene transfer is referred to as specialized transduction (see Figure 3). The DNA can then recombine with host chromosome, giving the latter new characteristics. Transduction seems to play an important role in the evolutionary process of bacteria, giving them a mechanism for asexual exchange of genetic information.

Figure 3. This flowchart illustrates the mechanism of specialized transduction. An integrated phage excises, bringing with it a piece of the DNA adjacent to its insertion point. On reinfection of a new bacterium, the phage DNA integrates along with the genetic material acquired from the previous host.

فكر في الأمر


Hershey and Chase&rsquos Experiment (1952)

Further evidence that DNA is the genetic material came from experiments conducted by Hershey and Chase. These researchers studied the transmission of genetic information in a virus called the T2 bacteriophage, which used الإشريكية القولونية as its host bacterium (Figure (PageIndex<4>)). Like all viruses, T2 hijacks the cellular machinery of its host to manufacture more viruses. The T2 phage itself only contains both protein and DNA, but no other class of potential genetic material.

Figure (PageIndex<4>): Electronmicrograph of T2 bacteriophage on surface of E. coli. (Wikipedia-G. Colm-PD)

To determine which of these two types of molecules contained the genetic blueprint for the virus, Hershey and Chase grew viral cultures in the presence of radioactive isotopes of either phosphorus ( 32 P) or sulphur ( 35 S). The phage incorporated these isotopes into their DNA and proteins, respectively (Fig 1.5). The researchers then infected بكتريا قولونية with the radiolabeled viruses, and looked to see whether 32 P or 35 S entered the bacteria. After ensuring that all viruses had been removed from the surface of the cells, the researchers observed that infection with 32 P labeled viruses (but not the 35 S labeled viruses) resulted in radioactive bacteria. This demonstrated that DNA was the material that contained genetic instructions.

Figure (PageIndex<5>): When 32 P-labeled phage infects E. coli, radioactivity is found only in the bacteria, after the phage are removed by agitation and centrifugation. In contrast, after infection with 35 S-labeled phage, radioactivity is found only in the supernatant that remains after the bacteria are removed. (Original-Deyholos-CC:AN)


Chapter 6 - Viruses

Animal: glycoproteins+plasma membrane are attachments of virus, enters by fusion or endocytosis, capsid coat must be removed, replication into nucleus or cytoplasm
Host cell = animal cell, membrane is thinner and engulf virus

Viruses are simpler than cells (made of genetic material and protein coat), it copies the genetic material to make more of itself (has no metabolic processes)

Lytic phages lyses the bacterial hosts can are readily observed in a clear zone called a plaque.

Lysogenic Cycle (7) = the phage infects cell, the phage DNA becomes incorporated into the host genome, the cell divides and the phage DNA passes on to the daughter cells, under stressful conditions the phage DNA is excised from the bacterial chromosome and enters the lytic cycle, phage DNA replicates and phage proteins are made, new phage particles are assembled, the cell lyses releasing the newly made phages

Describe the lytic versus lysogenic pathways of infection.

Temperate - become part of a host chromosome and are replicated with the cell genome until such time as they are induced to make newly assembled viruses. Rarely cause any diseases symptoms

Lytic Pathway - the phage replicates and lyses host cell.

Lysogenic Pathway - the phage DNA is incorporated into host genome and passed on between subsequent generations of cells

Persistent infection - occurs when a virus is not completely cleared from the system of the host but stays in certain tissues/organs of the infected person. Virus may remain silent productive infection without harming host

Lytic infection - is an infection of a bacterium by a bacteriophage with subsequent production of more phage particles and lysis, or dissolution, of the cell.


A complex interplay between ERVs and innate immunity

New viral infections, ERVs, and the innate immune system, coincide in vivo. Exogenous retroviruses can drive pathogenesis directly by insertional mutagenesis or introducing new regulatory elements, and indirectly by activating ERVs [43, 45, 129, 130]. A major cause of liver cirrhosis and hepatocellular carcinoma, for example, is hepatitis B virus (HBV) infection. In liver tumor genomes, HBV integrants can provide oncogenic enhancers and promoters, alongside an overarching epigenomic landscape that fails to repress TEs [43, 79, 131,132,133]. Infection leading to chronic inflammation and disease is in the liver, and in many other contexts, a well-established aetiological paradigm, with ERVs proposed to impact immune physiology and pathology [134]. ERV expression is also associated with inflammatory diseases of the central nervous system, including multiple sclerosis and amyotrophic lateral sclerosis, as discussed in detail elsewhere [135,136,137]. For the purpose of this review, we will focus on the convergence of innate immune signalling pathways and ERV expression products, which is relevant when considering ERV activity in tumors.

ERVs sit at the interface of self:non-self recognition. In what has been called viral mimicry, ERV expression can elicit host cell immune signalling via induction of viral defense pathways [101, 102, 134, 138]. One proposed explanation for this immune response is the recognition of ERV Env proteins and dsRNAs by pattern recognition receptors (PRRs) [139, 140]. Many exogenous viruses produce dsRNA at some stage of their replication cycle. Viral defense pathways are activated when PRRs recognize so-called pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), such as dsRNA, and initiate immune signalling [141]. dsRNA is sensed by endosomal TLR3 and cytosolic MDA5-MAVS pathways, activation of which results in the induction of type I and type III interferon signalling and increased immunogenicity [142]. Induction of interferon signalling may initiate a positive feedback loop, in which ERVs can be bound and activated by immune effectors such as STAT1, IRF1, and NFκB, exacerbating ERV expression and the interferon response [16, 95, 96, 134, 143]. ERV protein products can also trigger proinflammatory cytokine signalling via TLR4, which is sustained by a positive feedback loop of HERV expression, further TLR4 activity, and chronic inflammation [139]. In mouse, ERV reactivation has been observed when immune signalling pathways are perturbed, upon deletion of nucleic acid sensors TLR7, TLR3, and TLR9 [134, 140] and in immunodeficient animals [138]. The interconnected nature of this regulation demonstrates a key point: because ERVs are so entwined in the innate immune system, their contributions to pathogenesis, as causal agents or bystanders upregulated by inflammation, are difficult to untangle.


Retrovirus

There are seven steps in the replication cycle of the retrovirus. The first step is attachment, in which the retrovirus uses one of its glycoproteins to bind to one or more specific cell-surface receptors on the host cell. Some retroviruses also employ a secondary receptor, referred to as the co-receptor. Some retroviral receptors and coreceptors have been identified. For example, CD4 and various members of the chemokine receptor family on human T cells (a type of white blood cell) serve as the HIV receptors and coreceptors.

The second and third steps are penetration and uncoating, respectively. Retroviruses penetrate the host cell by direct fusion of the virion envelope with the plasma membrane of the host. Continuation of this fusion process results in the release of the viral capsid directly into the host cell's cytoplasm, where it is partially disrupted.

Step four is replication, which occurs after the retrovirus has undergone partial uncoating. At this stage, the RNA genome is converted by reverse transcriptase into double-stranded DNA. Reverse transcriptase has three enzymatic activities: RNA-directed DNA polymerase makes one Retrovirus attaches to a host cell membrane, penetrates, and uncoats its genomic RNA. Single-stranded RNA (ssRNA) is used as a template for creation of double-stranded DNA (dsDNA), which is then integrated into the host genome. Once transcribed back into RNA, it codes for viral proteins, is assembled into viral particles, and is released from the cell. DNA strand, DNA-directed DNA polymerase makes the complementary strand, and RNAse H degrades the viral RNA strand. Reverse transcription is primed by a cellular transfer RNA (tRNA) that is packaged into retrovirus virions. It concludes with the synthesis of a double-stranded copy of the retroviral genome that is termed the "provirus," or proviral DNA.

This proviral DNA is circularized and transported to the host cell's nucleus, where it is integrated, apparently at random, into the genome by means of the retroviral enzyme called integrase. Following integration, the provirus behaves like a set of cellular genes, while the LTRs function as المروجين that begin transcription back into mRNA. This transcription is carried out by RNA polymerases in the host cell. Transcription of the proviral DNA is also the means of generating progeny RNA. Viral proteins are made in the cytoplasm of the host cell by cellular ribosomes.

The next step (step five) is termed "assembly," in which retrovirus capsids are assembled in an immature form at various locations in the host cell. This is followed by an "egress" stage, in which the envelope proteins of retroviruses are acquired by budding from the plasma membrane (cell surface) of the host. Finally, step seven is "maturation." In this step, the Gag and Pol proteins of the retrovirus are cleaved by the retroviral protease, thus forming the mature and infectious form of the virus.


استواء الأنسجة في فيروسات الحيوان

يشير مصطلح المضيف المداري إلى الطريقة التي تحدد بها الفيروسات / مسببات الأمراض الخلايا التي تصاب بمسببات مرضية معينة.

أهداف التعلم

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • يجب أن ترتبط الفيروسات بمستقبلات معينة على سطح الخلية من أجل الدخول إلى الخلية.
  • إذا كانت الخلية لا تعبر عن هذه المستقبلات ، فلن يتمكن الفيروس عادة من إصابتها بالعدوى.
  • في علم الفيروسات ، توزع الأنسجة هي خلايا وأنسجة مضيف تدعم نمو فيروس أو بكتيريا معينة. تمتلك بعض الفيروسات انتفاخًا واسعًا للأنسجة ويمكن أن تصيب أنواعًا عديدة من الخلايا والأنسجة. قد تصيب فيروسات أخرى نسيجًا واحدًا بشكل أساسي.

الشروط الاساسية

  • الخلايا الجذعية: أي خلية ، لها عمليات متفرعة ، تشكل جزءًا من الجهاز المناعي للثدييات.
  • الضامة: خلية دم بيضاء تبلعم حطام الخلايا النخرية والمواد الغريبة ، بما في ذلك الفيروسات والبكتيريا وحبر الوشم. يقدم مستضدات أجنبية على معقد التوافق النسيجي الكبير II إلى الخلايا الليمفاوية. جزء من الجهاز المناعي الفطري.

المدارية هي ظاهرة بيولوجية تشير إلى نمو أو تحول حركة كائن حي استجابةً لمحفز بيئي. في المناطق المدارية ، تعتمد هذه الاستجابة على اتجاه التحفيز (على عكس الحركات اللاذعة التي هي استجابات غير اتجاهية). تؤثر الفيروسات ومسببات الأمراض الأخرى أيضًا على ما يسمى & # 8220 المضيف المداري & # 8221 أو & # 8220 الخلية المدارية. & # 8221 الحالة المدارية تشير إلى الطريقة التي تطورت بها الفيروسات / مسببات الأمراض المختلفة لتستهدف بشكل تفضيلي أنواع مضيفة معينة أو أنواع خلايا معينة داخل تلك الأنواع.

المدارية المضيفة هو الاسم الذي يطلق على عملية الانتواء التي تحدد الخلايا التي يمكن أن تصاب بالعدوى عن طريق العامل الممرض. يتم تحديد المدارية المضيفة من خلال معقدات المستقبلات الكيميائية الحيوية على أسطح الخلايا التي تكون متساهلة أو غير مسموح بها لرسو أو ربط العديد من الفيروسات.

تحدد عوامل مختلفة قدرة العامل الممرض على إصابة خلية معينة. على سبيل المثال ، يجب أن ترتبط الفيروسات بمستقبلات معينة على سطح الخلية للدخول إلى الخلية. إذا كانت الخلية لا تعبر عن هذه المستقبلات ، فلن يتمكن الفيروس عادة من إصابتها بالعدوى. يتم تحديد الانتفاخ الفيروسي من خلال مزيج من القابلية للإصابة والسماح: يجب أن تكون الخلية المضيفة متساهلة (تسمح بدخول الفيروس) وقابلة للتأثر (تمتلك تكملة المستقبلات اللازمة لدخول الفيروس) للفيروس لتأسيس العدوى. مثال على ذلك هو فيروس HIV ، الذي يُظهر الانتواء للخلايا المناعية المرتبطة بـ CD4 (مثل الخلايا التائية المساعدة ، أو الضامة ، أو الخلايا المتغصنة). تعبر هذه الخلايا عن مستقبل CD4 ، والذي يمكن لفيروس HIV الارتباط به ، من خلال بروتينات gp120 و gp41 الموجودة على سطحه.

لقاح فيروس الورم الحليمي البشري: جارداسيل هو لقاح فيروس الورم الحليمي البشري في الأسواق وهو يقي من فيروس الورم الحليمي البشري 16 و 18 الذي يسبب 70٪ من سرطانات عنق الرحم و 80٪ من سرطانات الشرج و 60٪ من سرطانات المهبل و 40٪ من سرطانات الفرج.

في علم الفيروسات ، توزع الأنسجة هي خلايا وأنسجة مضيف تدعم نمو فيروس أو بكتيريا معينة. تمتلك بعض الفيروسات انتفاخًا واسعًا للأنسجة ويمكن أن تصيب أنواعًا عديدة من الخلايا والأنسجة. قد تصيب فيروسات أخرى نسيجًا واحدًا بشكل أساسي.

تشمل العوامل التي تؤثر على انتفاخ الأنسجة الفيروسية ما يلي: 1) وجود مستقبلات خلوية تسمح بدخول الفيروس ، 2) توافر عوامل النسخ المتضمنة في تكاثر الفيروس ، 3) الطبيعة الجزيئية للتروبوجين الفيروسي ، و 4) المستقبلات الخلوية هي البروتينات الموجودة في خلية أو سطح فيروسي.

تشبه هذه المستقبلات مفاتيح تسمح للخلية الفيروسية بالاندماج مع خلية أو ربط نفسها بالخلية. الطريقة التي يتم بها الحصول على هذه البروتينات هي من خلال عملية مماثلة لتلك الخاصة بدورة العدوى.

دورة حياة فيروس نقص المناعة البشرية: فيروس نقص المناعة البشرية لديه gp120 وهو بالضبط ما هو علامة CD4 على سطح الضامة والخلايا التائية. لذلك ، يمكن أن يدخل فيروس نقص المناعة البشرية إلى الخلايا التائية والضامة.


Why mRNA vaccines can’t change your genome: a lesson from Elmer Elevator

The mRNA coronavirus vaccines do not alter human DNA, writes NCSE Executive Director Ann Reid, debunking a common misconception. To explain why your DNA is safe, Reid turns to a toothbrush-wielding rhinoceros, a flying baby dragon, and a boy named Elmer Elevator.

Check out our entire series explaining the science involved in the coronavirus pandemic. Sign up to receive our coronavirus update each week.

Recently, I received a suggestion from a member of NCSE that we debunk a widespread piece of disinformation circulating about the coronavirus vaccines that use mRNA to generate an immune response. The false claim is that these vaccines can alter human DNA. Sounds scary, right? But, you will not be surprised to learn, it’s totally false.

I could go through all the reasons that it is impossible for the mRNA vaccines to alter human DNA — and believe me, I will — but I think you know by now that I’d rather give students the opportunity to figure things out for themselves. Ideally, they will also leave class with some sticky little piece of information that not only debunks the current rumor, but also prepares them to cope with the next bit of misinformation that might come at them down the road.

The fundamental problem with the false claim about mRNA vaccines, as with many assertions of gene-altering threats, is that, barring purely physical insults like radiation, making changes in human DNA is not that easy. If it were easy, organisms as complicated as humans, with genomes made up of billions of base pairs and coding for tens of thousands of genes, would have had a hard time successfully reproducing for millions of years. (To say nothing of the canopy plant, with 150 billion base pairs.) Quality control and defense against genomic tampering are functions very much favored by evolution.

However, the reason such alarming claims aren’t rejected out of hand is that very few people are likely to hang on to the necessary level of biological inside-baseball knowledge. Maybe you teachers will easily follow along with my explanations of what it would take for a piece of RNA to successfully change the human genome, but your students’ eyes are likely to glaze over pretty quickly….DNA? RNA? Nucleus? Cytoplasm? Endonuclease? Reverse Transcriptase? Stop! جدا. Much. Jargon. And that’s your current students — what about the people who have been out of school for decades? They are definitely not going to remember how all this stuff works.

Personally, I think it’s all rather beautiful and awe-inspiring to learn how our cells do all the things they do to keep us alive. Right now, all through your body, lots of cells are busily dividing, making a full-length copy of a genome that is three billion letters long in a ridiculously small space — like assembling an aircraft carrier in your hall closet. You don’t even have to think about it — your cells just take care of it, no problem. Thanks, cells! To my way of thinking, to be genuinely appreciative, the least we can do is learn about what they’re up to.

But I digress. However cool we think the molecular biology of the cell, most people will not retain much of what they ever learned about it. They may retain some vague sense that DNA something something RNA something something protein something something mutations. And when your grasp of the subject is that tenuous, a claim that mRNA vaccines can alter DNA may not seem that preposterous.

But if they’re not going to remember the details, here’s the sticky little piece of information that I want your students to never forget. The human genome is well-protected. If you want to change it, you’d better come with the right set of tools. To make this idea stick, how about doing the following exercise with your students? Tell them this:

Tomorrow I will be giving a very difficult test. You may bring up to eight objects to class (or your remote desk). You can bring textbooks, cheat sheets, energy bars, your genius aunt — whatever you want. If you bring the right objects, I guarantee that you will receive not only an A on this test, but an A for the entire year.

When your students appear the next day, post the following list on the board:

  • A hairbrush and a hair ribbon
  • A toothbrush and toothpaste
  • A lollipop
  • A magnifying glass
  • A rubber band
  • A canvas bag large enough to hide in

Tell the students that these are the objects that they needed to bring to class in order to ace the test.

I’m pretty sure none of your students will have assembled that particular collection, so you won’t have to give anyone an A for the whole year on the basis of this test. There may be some moaning and gnashing of teeth, but the instructions were clear — they had to bring the right things and none of them did.

So that may seem a little mean, but they will like the next part.

One of my children's favorite books was My Father’s Dragon (have your students read it — it’s very short). In this delightful book, a boy tells the story of his father, Elmer Elevator, who, when he was a boy, traveled to Wild Island to rescue a winged baby dragon. The dragon had been captured and forced into servitude flying ferocious animals back and forth across an inconveniently-situated wide muddy river. Elmer was aided in his preparations by a wise old alleycat who had visited Wild Island. Together, these are the things they decided Elmer should take on his journey:

The night before my father sailed he borrowed his father’s knapsack and he and the cat packed everything very carefully. He took chewing gum, two dozen pink lollipops, a package of rubber bands, black rubber boots, a compass, a tooth brush and a tube of tooth paste, six magnifying glasses, a very sharp jackknife, a comb and a hairbrush, seven hair ribbons of different colors, an empty grain bag with a label saying “Cranberry,” some clean clothes, and enough food to last my father while he was on the ship. He couldn’t live on mice, so he took twenty-five peanut butter and jelly sandwiches and six apples, because that’s all the apples he could find in the pantry.

Over the course of Elmer’s adventure, he uses each of these objects. For example, the toothbrush and toothpaste serve to distract a hostile rhinoceros that threatens to drown Elmer in the pool he weeps in because his horn (the book says “tusk,” but rhino horns aren’t teeth) has grown grey and ugly. Only the jackknife, which Elmer eventually uses to saw through the ropes holding the dragon, makes any sense in advance. But every object is used, and every one is essential without each and every one of them, Elmer would never have reached and rescued the baby dragon.

All right, I can hear you saying: “What in the Sam Hill does this have to do with mRNA vaccines?”

Well, this. For an mRNA vaccine to alter your DNA, it would have to overcome a series of challenges, each of which requires specialized cellular components that would have to be in the right place at the right time. Just like Elmer Elevator, the mRNA can’t just show up in your cell and expect to get past all the wild animals between it and the baby dragon, as it were.

You can lead your students through all the steps that would be necessary for the mRNA to succeed in altering your DNA. The mRNA from the vaccine would have to find its way into the nucleus, make a DNA copy of itself, unwind a stretch of DNA, engineer cuts or breaks in that DNA, insert itself into the DNA, copy itself into double-stranded DNA, fix the little cuts where the new piece was inserted, and finally wind the DNA back up again into its compact storage form. Maybe, that doesn’t sound so bad. If cells can copy their whole genome, maybe they can do all that stuff too! But in fact, each of those steps poses a huge barrier to that foreign piece of mRNA.

  • There’s no mechanism for mRNA to go from the cytoplasm into the nucleus. mRNA leaves the nucleus but doesn’t come back — like that slogan for Black Flag’s Roach Motels™: “Roaches check in but they don’t check out,” except in this case, mRNAs check out but they can’t check back in.
  • Generally speaking, human cells don’t make the enzyme — reverse transcriptase — needed to convert RNA into DNA. There’s a very cool exception to that rule (one of your students might want to go learn about retrotransposons and report back to the class), but a random piece of mRNA is not likely to find any reverse transcriptase hanging around waiting to help it get into the genome.
  • The DNA in each cell is tightly wound around proteins called histones. That’s the only way it will fit! Unwound, the DNA in each human cell would be six feet long. (Check out this cool website to find out how far it would stretch if you unwound all the DNA from all the cells in your body — amazing!) All that carefully wound up DNA doesn’t just unwind at random (thank goodness) — unwinding is a carefully regulated process carried out by a multi-unit protein machine. A random piece of mRNA can’t trigger that process any more than I can cause a Tesla Model S to construct itself in my driveway.
  • Making breaks in DNA is also a carefully regulated process. There are human enzymes that cut DNA (they’re called endonucleases), which are important in DNA repair. But they don’t just go around cutting DNA willy-nilly (again, thank goodness), and nothing about a foreign mRNA would induce them to do so.

I could go on, but I think your students will get the picture — every single step in the process of inserting a foreign mRNA into our genome is essentially impossible, so there’s just no pathway by which all the necessary conditions could be met.

“But wait!” you might say, “those retrotransposons got into our DNA somehow, and how about these new techniques like CRISPR/Cas9 that allow scientists to modify DNA at will?”

Such good questions! An automatic A+ to anyone who asked them! It’s absolutely true that there are ways to modify human DNA. Retroviruses can insert themselves into the genome, and CRISPR/Cas9 technology allows extremely precise genomic modifications.

Furthermore, as detailed above, none of the steps outlined above are impossible. Human cells can make and repair breaks in their DNA, unwind it, transcribe a single gene into mRNA or copy the whole genome, and then wind it all back up.

But the bottom line, and what I hope your students will remember, is that all processes in a cell are carried out by tightly regulated protein complexes that don’t just play with any old stranger, whether it’s a vaccine, a genetically modified food, or a nutritional supplement, that wanders into the human body. Unless that stranger is as clever as Elmer Elevator and brings along all the things needed to navigate these obstacles (which retrotransposons and CRISPR/Cas9, in fact, do), the human genome is going to be just fine, thank you. So if your students ever come across a claim that something can change their genome, they should remember this lesson and ask themselves, “Does that vaccine (or food or nutritional supplement or . ) have all the tools it needs to pull that off?” If not, then they have no reason to worry.

ملحوظة: With summer approaching, it seems like a good time to add that there is a way in which human DNA can be — and routinely is — damaged: ultraviolet light, the main source of which is sunlight, and which is the main cause of skin cancer. So while you don't need to fret about mRNA vaccines damaging your DNA, you really do need to put on a healthy dollop of sunscreen before going outside, okay?


شاهد الفيديو: Eiwitsynthese bijgewerkt (سبتمبر 2022).


تعليقات:

  1. Claegtun

    هذه معلومات قيمة

  2. Stanweg

    إنها عبارة ببساطة لا تضاهى)

  3. Kagami

    شيء جيد جدا

  4. Shakticage

    الرسالة المتسلطة :) ، بطريقة مضحكة ...

  5. Odbart

    هل يمكننا معرفة ذلك؟



اكتب رسالة