Результаты собственных исследований и обсуждение.

Вопросы эволюции CpG островков в геноме вируса болезни Марека

Ю.Г. Юшков, В.Н. Афонюшкин, В.С. Городов

ГНУ Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока СО Россельхозакадемии

М.Л. Филипенко, У.А. Боярских, Е.В. Дударева

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Вирус болезни Марека (ВБМ) и индуцируемые ими злокачественные опухоли является удобной и доступной естественной моделью изучения канцерогенеза, ассоциированного с герпесвирусами.. Метилирование CpG островков способно изменять экспрессию генов, промоторы которых входят в состав CpG островков [1, 4].

Цель нашего исследования проверить гипотезу о роли одной из разновидностей эпигенетической наследственности – метилирования ДНК на некоторые критерии патогенности герпесвирусов у птиц на модели вируса болезни Марека. В том случае, если будет выявлено такое воздействие появятся основания как для более детального объяснения причин снижения патогенности полевых форм вирусов в стационарно неблагополучных эпизоотических очагах, так и можно будет заняться поиском новых подходов при аттенуации штаммов герпесвирусов.

Материалы и методы. Исследования проводились в лаборатории болезней птиц ГНУ ИЭВСиДВ СО Россельхозакадемии и лаборатории фармакогеномики ИХБиФМ СО РАН. Для исследований использовали нуклеотидные последовательности геномной ДНК вируса болезни Марека различных серотипов депонированные в «GenBank»: AF147806 EF523390 AF243438, DQ530438, AY510475, NC002641. Анализ распределения CpG островков внутри генома проводили с использованием программы «CPGPLOT».

Результаты собственных исследований и обсуждение.

Структура распределения и количество CpG островков значительно отличались между патогенным первым и апатогенными вторым и третьим серотипами ВБМ. Как следует из наших исследований распределения CpG островков, у вирусов 2-го и 3-го серотипов их гораздо больше и они равномерно распределены по геномам. Большая часть промоторов у ВБМ 1-го серотипа не входит в состав CpG островков, так из 56 найденных промоторов только 9 теоретически могут изменять свою регуляторную активность под воздействием метилирования.

Однонуклеотидные замены C/T (цитозина на тимин) в некоторых гомологах CpG островков FC126 в геномной ДНК ВБМ CVI988 встречаются чаще, чем замены C/T в CpG островках самой геномной ДНК штамма ВГИ FC126, при выравнивании с геномом CVI988.

Учитывая, что метилцитозин с повышенной частотой подвергается точечным мутациям характеризующимся заменой на тимин, повышенную частоту замен С/Т по сравнению с частотами замен C/A и C/G следует оценивать именно как замену метилированного цитозина на тимин. Из этого факта вытекает, что содержание цитозинов в исследуемых локусах геномной ДНК вируса болезни Марека 1-го серотипа ранее было более высоким. Таким образом, эволюция вируса болезни Марека 1-го серотипа шла по пути элиминации некоторых CpG островков метилирование которых было способно влиять на регуляторную функцию большинства найденных нами промоторов. В этом аспекте ВБМ 2-го и 3-го серотипов можно рассматривать как более консервативную форму сохранившую CpG островки в процессе эволюции а не образующие их de novo. Обращает на себя внимание наличие у апатогенного вакцинного штамма CVI988 дополнительного островка длинной 229 п.н. (111589..111817п.н.). Данный островок предшествует CDS 99 (MDV062, UL49) гомолог фосфопротеина VP22 герпессимплексвируса человека. Функция фосфопротеина VP22 у герпесвирусов человека и животных, в настоящее время до конца не изучена [3]. Исследователи установили способность взаимодействия VP22 с вирусным протеином VP16 и изменение уровня упаковки в вирион белка ICP0 [3]. У различных штаммов вируса болезни Марека первого серотипа данный ген характеризуется высокой изменчивостью [5]. Ввиду того, что фаза цитолитической инфекции БМ, вызванной патогенными штаммами ВБМ, сопровождается индукцией апоптоза клеток лимфоидного ряда, возможно, именно регуляция экспрессии гена VP 22, является решающим фактором в реализации патогенности вируса болезни Марека 1-го серотипа вследствие нарушения изменения концентрации Bax/Bcl-2 протеинов [6]. Ген фосфопротеина VP22 можно рассматривать как один из потенциальных генов кандидатов способных влиять на изменение патогенности ВБМ при изменении уровня его экспрессии, что не должно существенным образом влиять на возможность репликации вируса, но теоретически может изменять уровень деструктивных изменений в организме в процессе вирусной инфекции на цитолитической фазе. Заключение: Факт низкого содержания CpG островков у ВБМ 1го серотипа (по сравнению с герпесвирусами кур 2-го и 3-го серотипов) свидетельствует о наличии эволюционного давления на патогенные формы ВБМ с целью избавления от контроля экспрессии вирусных протеинов со стороны клетки. Этот же факт свидетельствует о незначительной роли процесса метилирования в подавлении патогенности ВБМ 1-го серотипа, но предполагает возможность повышения патогенности ВБМ 2-го и 3-го серотипов при деметилировании генома. Повышенная частота замен С/T в геноме ВБМ 1-го серотипа позволяет предполагать снижение функциональной роли CpG островков для сохранения популяции вируса в процессе эволюции.

 

Литература

1. Baylin, S.B., Herman, J.G., Graff, J.R., Vertino, P.M., and Issa, J.-P. (1998) Alterations in DNA methylation:. A fundamental aspect of neoplasia / Adv. Cancer Res., 72, 141-196.

2. Bird, A. P. (1995). Gene number, noise reduction and biological complexity. Trends Genet 11, 94-100. Proc Nati Acad Sci U S A 90, 1995-9. 49.

3. Corinne Potel and Gillian Elliott , Phosphorylation of the Herpes Simplex Virus Tegument Protein VP22 Has No Effect on Incorporation of VP22 into the Virus but Is Involved in Optimal Expression and Virion Packaging of ICP0J/ Virol. 2005 November; 79(22): 14057–14068.

4. Rudolf Jaenisch, Adrian Bird «Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsinc and environmental signals». 2003.

5. Spatz1 S. J., Silva R. F. Sequence determination of variable regions within the genomes of gallid herpesvirus-2 pathotypes/ Arch Virol (2007) 152: 1665–1678

6. Zhaohua Qiu, Jun Zhu, Jerome S. Harms, Jennifer Friedrichsen, Gary A. Splitter. Bovine Herpesvirus VP22 Induces Apoptosis in Neuroblastoma Cells by Upregulating the Expression Ratio of Bax to Bcl-2/ Human Gene Therapy. January 1, 2005, 16(1): 101-108.

 

 

Работа выполнена при поддержке РФФИ грант офи_ц 08-04-13563

 

Резюме

Вопросы эволюции CpG островков в геноме вируса болезни Марека

Ю.Г. Юшков, В.Н. Афонюшкин, В.С. Городов

ГНУ Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока СО Россельхозакадемии М.Л. Филипенко, У.А. Боярских, Е.В. Дударева

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН

Цель проверить гипотезу о роли одной из разновидностей эпигенетической наследственности – метилирования ДНК на некоторые критерии патогенности герпесвирусов у птиц на модели вируса болезни Марека

Материалы и методы: Для исследований использовали нуклеотидные последовательности геномной ДНК вируса болезни Марека различных серотипов депонированные в «GenBank»: Анализ распределения CpG островков внутри генома проводили с использованием программы «CPGPLOT».

Результаты: геномная ДНК патогенного первого серотипа ВБМ характеризуется концентрацией CpG островков по 5` и 3` концах геномов преимущественно в области длинных концевых повторов LTR. Структура распределения и количество CpG островков значительно отличались между патогенным первым и апатогенными вторым и третьим серотипами ВБМ. Как следует из диаграмм распределения CpG островков, у вирусов 2-го и 3-го серотипов их гораздо больше и они равномерно распределены по геномам. Заключение: Факт низкого содержания CpG островков у ВБМ 1го серотипа (по сравнению с герпесвирусами кур 2-го и 3-го серотипов) свидетельствует о наличии эволюционного давления у патогенных форм ВБМ с целью избавления от контроля экспрессии вирусных протеинов со стороны клетки

Resume

Questions of evolution CpG islands in genome of Marek desies virus

 

JU.G.Yushkov, V.N.Afonjushkin, V.S.Gorodov I Institute of experimental veterinary of Siberia and the Far East.

M. L. Filipenko, U.A.Bojarskih, E.V.Dudareva Institute of chemical biology and fundamental medicine of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science

Aim: Verification of hypothesis about a role of DNA methylation on some pathogenicity criteria of herpesvirus, on model of a Marek desies virus.

Materials and methods: For researches used nukleotide sequences genome DNA of a Marek desies virus deposited in «GenBank». Analysis of distribution CpG islands inside genome spent with program «CPGPLOT».

Results: genomic DNA of MDVI is characterized by concentration CpG islands on 5 ` and 3 ` the ends genomes mainly in region of terminal repeat small. The structure of distribution and quantity CpG islands considerably differed between pathogenic the first and apatogenic the second and the third serotypes of MDV. As appears from diagrammes of distribution CpG of islets, at viruses of 2nd and 3rd serotypes them much more and they are in regular intervals distributed on genom.

The conclusion: the Fact of low maintenance CpG islands at MDV 1 serotype (in comparison with gerepesviruses of 2nd and 3rd serotypes) testifies to presence of evolutionary pressure at pathogenic forms MDV for the purpose of the control of an expression of virus proteins from outside cages.

Ключевые слова

Метилирование, CpG островок, вирус болезни Марека, эпигенетическая наследственность

 

Список авторов

ГНУ Институт экспериментальной ветеринарии Сибири и Дальнего Востока СО Россельхозакадемии:

Ю.Г. Юшков, кандидат ветеринарных наук

В.Н. Афонюшкин, кандидат биологических наук

В.С. Городов

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН:

М.Л. Филипенко, кандидат биологических наук

У.А. Боярских, кандидат биологических наук

Е.В. Дударева

Контактная информация:

В.Н. Афонюшкин, кандидат биологических наук (с.т. 89231176461 домашний адрес г.Новосибирск ул. Толбухина 27/2 кв. 184, р.т. (383)3483931, рабочий адрес Новосибирская обл. п.Краснообск ГНУ ИЭВСиДВ)