БИОХИМИЯ, 2026, том 91, вып. 2, с. 339–349

УДК 577.12

Противовирусное и мутагенное действие APOBEC-дезаминаз A3C, A3D и A3H на модели вируса гепатита B

© 2026 И.В. Карандашов 1,2*#ivan.karandashov@gmail.com, С.А. Брезгин 1,2#, Н.И. Пономарева 3#, А.С. Тихонов 3,4, В.П. Чуланов 2,3,5, Д.С. Костюшев 1,2,6, А.П. Костюшева 1

1 Сеченовский Университет, Институт медицинской паразитологии, тропических и трансмиссивных заболеваний имени Е.И. Марциновского, лаборатория генетических технологий в создании лекарственных средств, 119435 Москва, Россия

2 Институт молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН, Центр геномных исследований мирового уровня, 119991 Москва, Россия

3 Сеченовский Университет, Институт медицинской паразитологии, тропических и трансмиссивных заболеваний имени Е.И. Марциновского, лаборатория экспериментальной терапии инфекционных болезней, 119435 Москва, Россия

4 Российский университет дружбы народов имени Патриса Лумумбы, 117198 Москва, Россия

5 Сеченовский Университет, кафедра инфекционных болезней, 119435 Москва, Россия

6 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, факультет биоинженерии и биоинформатики, 119192 Москва, Россия

Поступила в редакцию 10.10.2025
После доработки 30.11.2025
Принята к публикации 01.12.2025

DOI: 10.7868/S3034529426020072

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: вирус гепатита B, ккзДНК ВГB, CRISPR-активация, APOBEC3C, APOBEC3D, APOBEC3H.

Аннотация

Вирус гепатита B инфицирует гепатоциты человека, вызывая острую либо хроническую инфекцию печени. При хроническом течении инфекции продолжающаяся репликация вируса способствует прогрессирующему повреждению ткани печени, что со временем может приводить к развитию цирроза или гепатоцеллюлярной карциномы. Одним из перспективных направлений противовирусной терапии является активация ферментов-цитидиндезаминаз семейства APOBEC/AID, которые способны вызывать мутационную деградацию вируса гепатита B. В рамках предложенного нами подхода, основанного на контролируемой экспрессии APOBEC с применением системы транскрипционной активации CRISPRa и модифицированных sgRNA, мы исследовали противовирусные и онкогенные эффекты активации генов, кодирующих APOBEC3C, APOBEC3D и APOBEC3H.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

# Авторы внесли равный вклад в работу.

Вклад авторов

Костюшев Д.С., Чуланов В.П., Костюшева А.П. – концепция и руководство работой; Брезгин С.А., Пономарева Н.И., Карандашов И.В., Тихонов А.С. – проведение экспериментов; Брезгин С.А., Карандашов И.В., Костюшева А.П., Пономарева Н.И., Костюшев Д.С., Чуланов В.П., Тихонов А.С. – обсуждение результатов исследования; Костюшев Д.С., Карандашов И.В., Тихонов А.С. – написание текста; Костюшева А.П. – редактирование текста статьи.

Финансирование

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 22-75-10032-П).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания каких-либо исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Seto, W.-K., Lo, Y.-R., Pawlotsky, J.-M., and Yuen, M.-F. (2018) Chronic hepatitis B virus infection, Lancet, 392, 2313-2324, https://doi.org/10.1016/S0140-6736(18)31865-8.

2. Mendenhall, M. A., Hong, X., and Hu, J. (2023) Hepatitis B virus capsid: the core in productive entry and covalently closed circular DNA formation, Viruses, 15, 642, https://doi.org/10.3390/v15030642.

3. Seeger, C., and Mason, W. S. (2015) Molecular biology of hepatitis B virus infection, Virology, 479-480, 672-686, https://doi.org/10.1016/j.virol.2015.02.031.

4. Boyd, A., Lacombe, K., Lavocat, F., Maylin, S., Miailhes, P., Lascoux-Combe, C., Delaugerre, C., Girard, P.-M., and Zoulim, F. (2016) Decay of ccc-DNA marks persistence of intrahepatic viral DNA synthesis under tenofovir in HIV-HBV co-infected patients, J. Hepatol., 65, 683-691, https://doi.org/10.1016/j.jhep.2016.05.014.

5. Lai, C.-L., Wong, D., Ip, P., Kopaniszen, M., Seto, W.-K., Fung, J., Huang, F.-Y., Lee, B., Cullaro, G., Chong, C. K., Wu, R., Cheng, C., Yuen, J., Ngai, V., and Yuen, M.-F. (2017) Reduction of covalently closed circular DNA with long-term nucleos(t)ide analogue treatment in chronic hepatitis B, J. Hepatol., 66, 275-281, https://doi.org/10.1016/j.jhep.2016.08.022.

6. Kostyusheva, A., Kostyushev, D., Brezgin, S., Volchkova, E., and Chulanov, V. (2018) Clinical implications of hepatitis B virus RNA and covalently closed circular DNA in monitoring patients with chronic hepatitis B today with a gaze into the future: the field is unprepared for a sterilizing cure, Genes (Basel), 9, 483, https://doi.org/10.3390/genes9100483.

7. Kostyushev, D., Kostyusheva, A., Brezgin, S., Ponomareva, N., Zakirova, N. F., Egorshina, A., Yanvarev, D. V., Bayurova, E., Sudina, A., Goptar, I., Nikiforova, A., Dunaeva, E., Lisitsa, T., Abramov, I., Frolova, A., Lukashev, A., Gordeychuk, I., Zamyatnin, A. A., Jr., Ivanov, A., and Chulanov, V. (2023) Depleting hepatitis B virus relaxed circular DNA is necessary for resolution of infection by CRISPR-Cas9, Mol. Ther. Nucleic Acids, 31, 482-493, https://doi.org/10.1016/j.omtn.2023.02.001.

8. Guo, F., Zhao, Q., Sheraz, M., Cheng, J., Qi, Y., Su, Q., Cuconati, A., Wei, L., Du, Y., Li, W., Chang, J., and Guo, J.-T. (2017) HBV core protein allosteric modulators differentially alter cccDNA biosynthesis from de novo infection and intracellular amplification pathways, PLoS Pathog., 13, e1006658, https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006658.

9. Tang, L., Sheraz, M., McGrane, M., Chang, J., and Guo, J.-T. (2019) DNA Polymerase alpha is essential for intracellular amplification of hepatitis B virus covalently closed circular DNA, PLoS Pathog., 15, e1007742, https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007742.

10. Allweiss, L., Giersch, K., Pirosu, A., Volz, T., Muench, R. C., Beran, R. K., Urban, S., Javanbakht, H., Fletcher, S. P., Lütgehetmann, M., and Dandri, M. (2022) Therapeutic shutdown of HBV transcripts promotes reappearance of the SMC5/6 complex and silencing of the viral genome in vivo, Gut, 71, 372-381, https://doi.org/10.1136/gutjnl-2020-322571.

11. Martinez, M. G., Combe, E., Inchauspe, A., Mangeot, P. E., Delberghe, E., Chapus, F., Neveu, G., Alam, A., Carter, K., Testoni, B., and Zoulim, F. (2022) CRISPR-Cas9 targeting of hepatitis B virus covalently closed circular DNA generates transcriptionally active episomal variants, MBio, 13, e0288821, https://doi.org/10.1128/mbio.02888-21.

12. Kostyushev, D., Brezgin, S., Kostyusheva, A., Zarifyan, D., Goptar, I., and Chulanov, V. (2019) Orthologous CRISPR/Cas9 systems for specific and efficient degradation of covalently closed circular DNA of hepatitis B virus, Cell. Mol. Life Sci., 76, 1779-1794, https://doi.org/10.1007/s00018-019-03021-8.

13. Kostyushev, D., Kostyusheva, A., Brezgin, S., Zarifyan, D., Utkina, A., Goptar, I., and Chulanov, V. (2019) Suppressing the NHEJ pathway by DNA-PKcs inhibitor NU7026 prevents degradation of HBV cccDNA cleaved by CRISPR/Cas9, Sci. Rep., 9, 1847, https://doi.org/10.1038/s41598-019-38526-6.

14. Kostyusheva, A. P., Kostyushev, D. S., Brezgin, S. A., Zarifyan, D. N., Volchkova, E. V., and Chulanov, V. P. (2019) Small molecular inhibitors of DNA double strand break repair pathways increase the ANTI-HBV activity of CRISPR/Cas9, Mol. Biol., 53, 274-285, https://doi.org/10.1134/S0026893319010072.

15. Lucifora, J., Xia, Y., Reisinger, F., Zhang, K., Stadler, D., Cheng, X., Sprinzl, M. F., Koppensteiner, H., Makowska, Z., Volz, T., Remouchamps, C., Chou, W.-M., Thasler, W. E., Hüser, N., Durantel, D., Liang, T. J., Münk, C., Heim, M. H., Browning, J. L., Dejardin, E., Dandri, M., Schindler, M., et al. (2014) Specific and nonhepatotoxic degradation of nuclear hepatitis B virus cccDNA, Science, 343, 1221-1228, https://doi.org/10.1126/science.1243462.

16. Brezgin, S., Kostyusheva, A., Bayurova, E., Volchkova, E., Gegechkori, V., Gordeychuk, I., Glebe, D., Kostyushev, D., and Chulanov, V. (2021) Immunity and viral infections: modulating antiviral response via CRISPR-Cas systems, Viruses, 13, 1373, https://doi.org/10.3390/v13071373.

17. Brezgin, S., Kostyusheva, A., Ponomareva, N., Volia, V., Goptar, I., Nikiforova, A., Shilovskiy, I., Smirnov, V., Kostyushev, D., and Chulanov, V. (2020) Clearing of foreign episomal DNA from human cells by CRISPRa-mediated activation of cytidine deaminases, Int. J. Mol. Sci., 21, 6865, https://doi.org/10.3390/ijms21186865.

18. Alonso de la Vega, A., Temiz, N. A., Tasakis, R., Somogyi, K., Salgueiro, L., Zimmer, E., Ramos, M., Diaz-Jimenez, A., Chocarro, S., Fernández-Vaquero, M., Stefanovska, B., Reuveni, E., Ben-David, U., Stenzinger, A., Poth, T., Heikenwälder, M., Papavasiliou, N., Harris, R. S., and Sotillo, R. (2023) Acute expression of human APOBEC3B in mice results in RNA editing and lethality, Genome Biol., 24, 267, https://doi.org/10.1186/s13059-023-03115-4.

19. Roberts, S. A., Lawrence, M. S., Klimczak, L. J., Grimm, S. A., Fargo, D., Stojanov, P., Kiezun, A., Kryukov, G. V., Carter, S. L., Saksena, G., Harris, S., Shah, R. R., Resnick, M. A., Getz, G., and Gordenin, D. A. (2013) An APOBEC cytidine deaminase mutagenesis pattern is widespread in human cancers, Nat. Genet., 45, 970-976, https://doi.org/10.1038/ng.2702.

20. Pecori, R., Di Giorgio, S., Paulo Lorenzo, J., and Nina Papavasiliou, F. (2022) Functions and consequences of AID/APOBEC-mediated DNA and RNA deamination, Nat. Rev. Genet., 23, 505-518, https://doi.org/10.1038/s41576-022-00459-8.

21. Brezgin, S., Kostyusheva, A., Bayurova, E., Gordeychuk, I., Isaguliants, M., Goptar, I., Nikiforova, A., Smirnov, V., Volchkova, E., Glebe, D., Kostyushev, D., and Chulanov, V. (2019) Replenishment of hepatitis B virus cccDNA pool is restricted by baseline expression of host restriction factors in vitro, Microorganisms, 7, 533, https://doi.org/10.3390/microorganisms7110533.

22. Noguchi, C., Ishino, H., Tsuge, M., Fujimoto, Y., Imamura, M., Takahashi, S., and Chayama, K. (2005) G to A hypermutation of hepatitis B virus, Hepatology, 41, 626-633, https://doi.org/10.1002/hep.20580.

23. Rösler, C., Köck, J., Kann, M., Malim, M. H., Blum, H. E., Baumert, T. F., and von Weizsäcker, F. (2005) APOBEC-mediated interference with hepadnavirus production, Hepatology, 42, 301-309, https://doi.org/10.1002/hep.20801.

24. Turelli, P., Mangeat, B., Jost, S., Vianin, S., and Trono, D. (2004) Inhibition of hepatitis B virus replication by APOBEC3G, Science, 303, 1829, https://doi.org/10.1126/science.1092066.

25. Nguyen, D. H., Gummuluru, S., and Hu, J. (2007) Deamination-independent inhibition of hepatitis B virus reverse transcription by APOBEC3G, J. Virol., 81, 4465-4472, https://doi.org/10.1128/JVI.02510-06.

26. Chen, Z., Eggerman, T. L., Bocharov, A. V., Baranova, I. N., Vishnyakova, T. G., and Patterson, A. P. (2021) APOBEC3-induced mutation of the hepatitis virus B DNA genome occurs during its viral RNA reverse transcription into (-)-DNA, J. Biol. Chem., 297, 100889, https://doi.org/10.1016/j.jbc.2021.100889.

27. Feng, Z., Zhou, F., Tan, M., Wang, T., Chen, Y., Xu, W., Li, B., Wang, X., Deng, X., and He, M.-L. (2022) Targeting m6A modification inhibits herpes virus 1 infection, Genes Dis., 9, 1114-1128, https://doi.org/10.1016/j.gendis.2021.02.004.

28. Faure-Dupuy, S., Riedl, T., Rolland, M., Hizir, Z., Reisinger, F., Neuhaus, K., Schuehle, S., Remouchamps, C., Gillet, N., Schönung, M., Stadler, M., Wettengel, J., Barnault, R., Parent, R., Schuster, L. C., Farhat, R., Prokosch, S., Leuchtenberger, C., Öllinger, R., Engleitner, T., Rippe, K., Rad, R., Unger, K., Tscharahganeh, D., Lipka, D. B., Protzer, U., Durantel, D., Lucifora, J., Dejardin, E., and Heikenwälder, M. (2021) Control of APOBEC3B induction and cccDNA decay by NF-κB and miR-138-5p, Rep. Innov. Hepatol., 3, 100354, https://doi.org/10.1016/j.jhepr.2021.100354.

29. Kostyushev, D., Brezgin, S., Kostyusheva, A., Ponomareva, N., Bayurova, E., Zakirova, N., Kondrashova, A., Goptar, I., Nikiforova, A., Sudina, A., Babin, Y., Gordeychuk, I., Lukashev, A., Zamyatnin, A. A., Jr., Ivanov, A., and Chulanov, V. (2023) Transient and tunable CRISPRa regulation of APOBEC/AID genes for targeting hepatitis B virus, Mol. Ther. Nucleic Acids, 32, 478-493, https://doi.org/10.1016/j.omtn.2023.04.016.

30. Xia, Y., Stadler, D., Lucifora, J., Reisinger, F., Webb, D., Hösel, M., Michler, T., Wisskirchen, K., Cheng, X., Zhang, K., Chou, W.-M., Wettengel, J. M., Malo, A., Bohne, F., Hoffmann, D., Eyer, F., Thimme, R., Falk, C. S., Thasler, W. E., Heikenwalder, M., and Protzer, U. (2016) Interferon-γ and tumor necrosis factor-α produced by T cells reduce the HBV persistence form, cccDNA, without cytolysis, Gastroenterology, 150, 194-205, https://doi.org/10.1053/j.gastro.2015.09.026.

31. Bockmann, J.-H., Stadler, D., Xia, Y., Ko, C., Wettengel, J. M., Schulze Zur Wiesch, J., Dandri, M., and Protzer, U. (2019) Comparative analysis of the antiviral effects mediated by type I and III interferons in hepatitis B virus-infected hepatocytes, J. Infect. Dis., 220, 567-577, https://doi.org/10.1093/infdis/jiz143.

32. Brezgin, S., Kostyusheva, A., Kostyushev, D., and Chulanov, V. (2019) Dead Cas systems: types, principles, and applications, Int. J. Mol. Sci., 20, 6041, https://doi.org/10.3390/ijms20236041.

33. Klann, T. S., Black, J. B., Chellappan, M., Safi, A., Song, L., Hilton, I. B., Crawford, G. E., Reddy, T. E., and Gersbach, C. A. (2017) CRISPR-Cas9 epigenome editing enables high-throughput screening for functional regulatory elements in the human genome, Nat. Biotechnol., 35, 561-568, https://doi.org/10.1038/nbt.3853.

34. Wang, K., Escobar, M., Li, J., Mahata, B., Goell, J., Shah, S., Cluck, M., and Hilton, I. B. (2022) Systematic comparison of CRISPR-based transcriptional activators uncovers gene-regulatory features of enhancer-promoter interactions, Nucleic Acids Res., 50, 7842-7855, https://doi.org/10.1093/nar/gkac582.

35. Mutz, P., Metz, P., Lempp, F. A., Bender, S., Qu, B., Schöneweis, K., Seitz, S., Tu, T., Restuccia, A., Frankish, J., Dächert, C., Schusser, B., Koschny, R., Polychronidis, G., Schemmer, P., Hoffmann, K., Baumert, T. F., Binder, M., Urban, S., and Bartenschlager, R. (2018) HBV bypasses the innate immune response and does not protect HCV from antiviral activity of interferon, Gastroenterology, 154, 1791-1804.e22, https://doi.org/10.1053/j.gastro.2018.01.044.

36. Lang, T., Lo, C., Skinner, N., Locarnini, S., Visvanathan, K., and Mansell, A. (2011) The hepatitis B e antigen (HBeAg) targets and suppresses activation of the toll-like receptor signaling pathway, J. Hepatol., 55, 762-769, https://doi.org/10.1016/j.jhep.2010.12.042.

37. Christen, V., Duong, F., Bernsmeier, C., Sun, D., Nassal, M., and Heim, M. H. (2007) Inhibition of alpha interferon signaling by hepatitis B virus, J. Virol., 81, 159-165, https://doi.org/10.1128/JVI.01292-06.

38. Guo, X., Chen, P., Hou, X., Xu, W., Wang, D., Wang, T.-Y., Zhang, L., Zheng, G., Gao, Z.-L., He, C.-Y., Zhou, B., and Chen, Z.-Y. (2016) The recombined cccDNA produced using minicircle technology mimicked HBV genome in structure and function closely, Sci. Rep., 6, 25552, https://doi.org/10.1038/srep25552.

39. Hilton, I. B., D’Ippolito, A. M., Vockley, C. M., Thakore, P. I., Crawford, G. E., Reddy, T. E., and Gersbach, C. A. (2015) Epigenome editing by a CRISPR-Cas9-based acetyltransferase activates genes from promoters and enhancers, Nat. Biotechnol., 33, 510-517, https://doi.org/10.1038/nbt.3199.

40. Qu, B., Ni, Y., Lempp, F. A., Vondran, F. W. R., and Urban, S. (2018) T5 exonuclease hydrolysis of hepatitis B virus replicative intermediates allows reliable quantification and fast drug efficacy testing of covalently closed circular DNA by PCR, J. Virol., 92, e01117-18, https://doi.org/10.1128/JVI.01117-18.

41. Suspène, R., Guétard, D., Henry, M., Sommer, P., Wain-Hobson, S., and Vartanian, J.-P. (2005) Extensive editing of both hepatitis B virus DNA strands by APOBEC3 cytidine deaminases in vitro and in vivo, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 102, 8321-8326, https://doi.org/10.1073/pnas.0408223102.

42. Gillmore, J. D., Gane, E., Taubel, J., Kao, J., Fontana, M., Maitland, M. L., Seitzer, J., O’Connell, D., Walsh, K. R., Wood, K., Phillips, J., Xu, Y., Amaral, A., Boyd, A. P., Cehelsky, J. E., McKee, M. D., Schiermeier, A., Harari, O., Murphy, A., Kyratsous, C. A., Zambrowicz, B., Soltys, R., Gutstein, D. E., Leonard, J., Sepp-Lorenzino, L., and Lebwohl, D. (2021) CRISPR-Cas9 in vivo gene editing for transthyretin amyloidosis, N. Engl. J. Med., 385, 493-502, https://doi.org/10.1056/NEJMoa2107454.

43. Fu, Y., Foden, J. A., Khayter, C., Maeder, M. L., Reyon, D., Joung, J. K., and Sander, J. D. (2013) High-frequency off-target mutagenesis induced by CRISPR-Cas nucleases in human cells, Nat. Biotechnol., 31, 822-826, https://doi.org/10.1038/nbt.2623.

44. Becirovic, E. (2022) Maybe you can turn me on: CRISPRa-based strategies for therapeutic applications, Cell. Mol. Life Sci., 79, 130, https://doi.org/10.1007/s00018-022-04175-8.

45. Qiao, Y., Han, X., Guan, G., Wu, N., Sun, J., Pak, V., and Liang, G. (2016) TGF-β triggers HBV cccDNA degradation through AID-dependent deamination, FEBS Lett., 590, 419-427, https://doi.org/10.1002/1873-3468.12058.