Уникальная биполярная архитектура генов в РНК-геноме вируса гриппа А

1 Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф. Гамалеи Минздрава России, Институт вирусологии им. Д.И. Ивановского, 123098 Москва, Россия; электронная почта: zhirnov@inbox.ru

2 Русско-немецкая академия медицинских и биотехнологических наук, 121205 Москва, Сколково, Россия

Поступила в редакцию 06.11.2019
После доработки 22.12.2019
Принята к публикации 22.12.2019

DOI: 10.31857/S0320972520030148

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: вирус гриппа, стратегия генома, ген NSP, амбисенс-вирусы, структура генов.

Аннотация

Геном вируса гриппа А состоит из 8 сегментов одноцепочечной РНК негативной полярности. Посредством классической негативно-полярной стратегии восьмой сегмент NS кодирует антиинтерфероновый белок NS1 (27 кДа) и белок ядерного экспорта NEP (14 кДа). В сегменте NS обнаружена дополнительная открытая рамка, имеющая позитивную полярность прямой трансляции вирионной РНК для третьего белка (NSP8 – negative strand protein; 18–25 кДа у различных штаммов). Обнаруженная локализация трех и более разнополярных генов на одном участке одноцепочечной молекулы РНК представляется уникальным для биосферы типом экономичной генной архитектуры. Анализ in silico геномов вирусов гриппа, циркулирующих среди людей и животных, показал, что ген NSP8 сформировался у вируса гриппа А ~100 лет назад («юный» ген) и имеет высокую эволюционную изменчивость. Получены данные, подтверждающие возможность экспрессии гена NSP8 в организме инфицированных животных, что укрепляет концепцию о биполярной (амбисенс) стратегии генома вируса гриппа А. Обнаруженная высокая изменчивость белка NSP8 наводит на мысль о том, что этот «юный» ген находится в стадии оптимизации своей функции, и после накопления мутаций и перехода их количества в новое функциональное качество зрелого белка NSP8 возникнет полноценный биполярный вирус гриппа, который может приобрести новые непредсказуемые и угрожающие для человека и животных свойства.

Текст статьи

Финансирование

Работа выполнена при частичной поддержке научной программой SFB 293 Немецкого научного общества (DFG).

Благодарности

Автор выражает благодарность академику РАН Георгиеву Г.П. за поддержку работы и полезные дискуссии, а также д-ру D. Anhlan (Институт вирусологии Университета г. Мюнстер, Германия) за помощь в анализе вариабельности гена NSP.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов в финансовой или какой-либо иной сфере.

Соблюдение этических норм

Настоящий обзор не содержит описания выполненных автором исследований с участием людей или использованием животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Dou, D., Revol, R., Ostbye, H., Wang, H., and Daniels, R. (2018) Influenza A virus cell entry, replication, virion assembly and movement, Front. Immunol., 9, 1581, doi: 10.3389/fimmu.2018.01581.

2. Vasin, A.V., Temkina, O.A., Egorov, V.V., Klotchenko, S.A., Plotnikova, M.A., and Kiselev, O.I. (2014) Molecular mechanisms enhancing the proteome of influenza A viruses: an overview of recently discovered proteins, Virus Res., 185, 53–63, doi: 10.1016/j.virusres.2014.03.015.

3. Baez, M., Zazra, J.J., Elliott, R.M., Young, J.F., and Palese, P. (1981) Nucleotide sequence of the influenza A/duck/Alberta/60/76 virus NS RNA: conservation of the NS1/NS2 overlapping gene structure in a divergent influenza virus RNA segment, Virology, 113, 397–402.

4. Zhirnov, O.P., Poyarkov, S.V., Vorob’eva, I.V., Safonova, O.A., Malyshev, N.A., and Klenk, H.D. (2007) Segment NS of influenza A virus contains an additional gene NSP in positive-sense orientation, Dokl. Biochem. Biophys., 414, 127–33, doi: 10.1134/s1607672907030106.

5. Zhirnov, O.P., Vorobjeva, I.V., Saphonova, O.A., Poyarkov, S.V., Ovcharenko, A.V., Anhlan, D., Malyshev, A.N., and Klenk, H.D. (2009) Structural and evolutionary characteristics of HA, NA, NS and M genes of clinical influenza A/H3N2 viruses passaged in human and canine cells, J. Clin. Virol., 45, 322–333, doi: 10.1016/j.jcv.2009.05.030.

6. Clifford, M., Twigg, J., and Upton, C. (2009) Evidence for a novel gene associated with human influenza A viruses, Virol. J., 6, 198, doi: 10.1186/1743-422X-6-198.

7. Gong, Y.N., Chen, G.W., Chen, C.J., Kuo, R.L., and Shih, S.R. (2014) Computational analysis and mapping of novel open reading frames in influenza A viruses, PLoS One, 9, e115016, doi: 10.1371/journal.pone.0115016.

8. Yang, C.W., and Chen, M.F. (2016) Uncovering the potential pan proteomes encoded by genomic strand RNAs of influenza A viruses, PLoS One, 11, e0146936, doi: 10.1371/journal.pone.0146936.

9. Sabath, N., Morris, J.S., and Graur, D. (2011) Is there a twelfth protein-coding gene in the genome of influenza A? A selection-based approach to the detection of overlapping genes in closely related sequences, J. Mol. Evol., 73, 305–315, doi: 10.1007/s00239-011-9477-9.

10. Zhirnov, O.P., Akulich, K.A., Lipatova, A.V., and Usachev, E.V. (2017) Negative-sense virion RNA of segment 8 (NS) of influenza a virus is able to translate in vitro a new viral protein, Dokl. Biochem. Biophys., 473, 122–127, doi: 10.1134/S1607672917020090.

11. Жирнов О.П., Кленк Х.Д. (2010) Интеграция гена NSP вируса гриппа А в геном бакуловируса и его экспрессия в клетках насекомых, Вопросы вирусологии, 55, 4–8.

12. Cunningham, J.L., Bakshi, B.K., Lentz, P.L., and Gilliam, M.S. (1976) Two new genera of leaf-parasitic fungi (Basidio-mycetidae: Brachybasidiaceae), Mycologia, 68, 640–654.

13. Tanner, N.K., Cordin, O., Banroques, J., Doere, M., and Linder, P. (2001) The Q motif: a newly identified motif in DEAD box helicases may regulate ATP binding and hydro-lysis, Mol. Cell., 11, 127–138.

14. Quesada, V., Dýěaz-Perales, A., Gutiérrez-Fernández, A., Garabaya, C., Cal, S., and López-Otin, C. (2004) Cloning and enzymatic analysis of 22 novel human ubiquitin-specific proteases, Biochem. Biophys. Res. Commun., 314, 54–62, doi: 10.1016/j.bbrc.2003.12.050.

15. Vervliet, T., Clerix, E., Seitaj, B., Ivanova, H., Monaco, G., and Bultynck, G. (2017) Modulation of Ca²⁺ signaling by anti-apoptotic B-cell lymphoma 2 proteins at the endoplasmic reticulum-mitochondrial interface, Front. Oncol., 7, 75, doi: 10.3389/fonc.2017.00075.

16. Lauren, A., and Martin-Caraballo, M. (2019) T-type calcium channels in cancer, Cancers, 11, 134, doi: 10.3390/cancers11020134.

17. Zhirnov, O.P., Konakova, T.E., Anhlan, D., Ludwig, S., and Isaeva, T.I. (2019) Cellular immune response in infected mice to NSP protein encoded by the negative strand NS RNA of influenza A virus, Microbiol. Indep. Res. J., 6, 10–17, doi: 10.18527/2500-2236-2019-6-1-28-36.

18. Yang, Z., and Bielawski, J.P. (2000) Statistical methods for detecting molecular adaptation, Trends Ecol. Evol., 15, 496–503, doi: 10.1016/s0169-5347(00)01994-7.

19. York, I., and Donis, R.O. (2013) The 2009 pandemic influenza virus: where did it come from, where is it now, and where is it going? Curr. Top. Microbiol. Immunol., 370, 241–257, doi: 10.1007/82_2012_221.

20. Wei, J., and Yewdell, J.W. (2018) Flu DRiPs in MHC classI immunosurveillance, Virol. Sin., 34, 162–167, doi: 10.1007/s12250-018-0061-y.

21. Nguyen, M., and Haenni, A.L. (2003) Expression strategies of ambisense viruses, Virus Res., 93, 141–150, doi: 10.1016/s0168-1702(03)00094-7.

22. Zhong, W., Reche, P.A., Lai, C.C., Reinhold, B., and Reinherz, E.L. (2003) Genome-wide characterization ofa viral cytotoxic T lymphocyte epitope repertoire,J. Biol. Chem., 278, 45135–45144, doi: 10.1074/jbc.M307417200.

23. Hickman, H.D., Mays, J.W., Gibbs, J., Kosik. I., Magadan, J.G., Takeda, K., and Yewdell, J.W. (2018) Influenza A virus negative strand RNA is translated for CD⁸⁺ T cell immunosurveillance, J. Immunol., 201, 1222–1228, doi: 10.4049/jimmunol.1800586.