Секция 1. Молекулярные механизмы генетических процессо

Хрусталёв, В. В.

Russian

Электронная библиотека БГУ

 32
количество клеток вступает на путь апоптоза. По-видимому, это обусловлено приоритетом 
потребления энергии в клетке на репарацию ДНК и в меньшем количестве на апоптоз. 
Отмечено также положительное влияние препарата на выживаемость клеток человека после 
генотоксического стресса. Таким образом, полученные результаты исследований 
свидетельствуют о том, что некоторые аналоги НАДH и НАДФH могут эффективно 
усиливать клеточную защиту против краткосрочного генотоксического воздействия путем 
стимуляции репарации ДНК с последующим снижением гибели клеток. 
Обзор подготовлен в ходе выполнения  проектов при поддержке БРФФИ (№ договора 
Б07-223) и ГКПНИ «Биологическая инженерия и биобезопасность», а также в рамках 
международного сотрудничества между Институтом генетики и цитологии НАНБ, 
Латвийским институтом органического синтеза (г. Рига, Латвия) и Центром Онкологии 
(г. Гливице, Польша). 
1. N.I. Ryabokon, R.I. Goncharova, G. Duburs, J. Rzeszowska-Wolny. A 1,4-dihydropyridine derivative reduces DNA 
damage and stimulate DNA repair in human cells in vitro // Mutat. Res. – 2005. – V. 587. – P. 52–58. 
2. G. Duburs, B. Vigante, A. Plotniece, A. Krauze, A. Sobolev, J. Briede, V. Klusa, A. Velena. Dihydropyridine 
derivatives as bioprotectors // Chemistry Today. – 2008. – V. 26, № 2. – P. 68–70. 
3. Y. Sambongi, H. Nitta, K. Ichihashi M. Futai, I. Ueda. A novel water-soluble Hantzsch 1,4-dihydropyridine 
compound that functions in biological processes through NADH regeneration // J.Org.Chem. – 2002. – V. 67. № 
10. – P. 3499–3501. 
4. Т.Д. Кужир. Антимутагены и химический мутагенез в системах высших эукариот. – Минск: Тэхналогiя. – 
1999. – 267 с. 
5. N.I. Ryabokon, R.I. Goncharova, G. Duburs, R. Hancock, J. Rzeszowska-Wolny. Changes in poly(ADP-ribose) level 
modulate the kinetics of DNA strand break rejoining // Mutat. Res. – 2008. – V. 637. – № 1–2. – P. 173–181. 
6. Schraufstatter I.U., Hyslop P.A., Hinshaw D.B., Spragg R.G., Sklar L.A., Cachrane C.G. Hydrogen peroxide-induced injury 
of cells and its prevention by inhibitors of poly(ADP-ribose) polymerase // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1986. – V. 83. – P. 
4908–4912. 
7. S. Shall, G. de Murcia. Poly(ADP-ribose) polymerase-1: what have we learned from the deficient mouse model? // 
Mutat. Res. – 2000. – V. 460. – P. 1–15. 
8. Н.В. Никитченко, О.В. Даливеля, Р.И. Гончарова, Н.И. Рябоконь. Влияние аналога НАДН на формирование 
спонтанных и радиационно-индуцированных повреждений ДНК, микроядер и апоптоза в лимфоцитах 
периферической крови здоровых доноров in vitro (в данном сборнике). 
 
 
МОЛЕКУЛЯРНЫЙ МЕХАНИЗМ ГИПЕРМУТАБИЛЬНОСТИ V3 РЕГИОНА 
ПОВЕРХНОСТНОГО ГЛИКОПРОТЕИНА gp120 ВИЧ1 
В.В. Хрусталёв, Е.В. Барковский 
Белорусский государственный медицинский университет, Минск, Беларусь 
vvkhrustalev@mail.ru 
 
Большое количество научных трудов посвящено изучению гипермутабильности вируса 
иммунодефицита человека (ВИЧ). Найдена молекулярная причина наиболее часто 
возникающих мутаций – замен гуанина на аденин на «+» цепи. Эти замены являются 
«отражением» ферментативного дезаминирования цитозина, происходящего на ДНК «-» 
цепи вируса во время репликации [1]. Установлено, что наиболее иммуногенным эпитопом 
ВИЧ является V3 регион поверхностного гликопротеина gp120 [2]. Соответственно, большая 
часть мутаций, приводящих к уходу вируса от иммунного ответа, происходит в V3 регионе 
gp120. Предшественник gp120 – вирусный белок gp160 – кодируется геном env. 
Отличительной особенностью большей части штаммов ВИЧ2 является более низкая, по 
сравнению с ВИЧ1, мутабильность. С этой особенностью связывают более длительный 
латентный период ВИЧ2 инфекции: мутации, приводящие к уходу от иммунного ответа, 
происходят реже [3]. 
Целью настоящего исследования явился поиск причин гипермутабильности V3 региона 
gp120 ВИЧ1 на молекулярном уровне. Для этого мы сравнили нуклеотидный состав участка 
 33
гена env, кодирующего V3 регион gp120 ВИЧ1, с нуклеотидным составом участка гена env, 
кодирующего V3 регион гомологичного белка ВИЧ2. Был определён нуклеотидный состав и 
для полных кодирующих участков генов env ВИЧ1 и ВИЧ2. 
Поскольку вирусу иммунодефицита человека присуща высокая степень изменчивости, 
нами были рассчитаны средние частоты использования нуклеотидов в трёх положениях 
кодонов для обширных выборок генов env и вырезанных из них участков, кодирующих V3 
регион. Вычисления производились с помощью оригинальной программы «VVK 
Consensus 1.0.» (www.barkovsky.hotmail.ru). 
Источником нуклеотидных последовательностей, изученных в данной работе, является 
GenBank. Для ВИЧ1 мы использовали выборку из 100 нуклеотидных последовательностей 
гена env (~2570 нуклеотидов), просеквенированных в разное время по всему миру. 
Непосредственно из этих последовательностей мы вырезали участки, кодирующие V3 
регион gp120. Длина этих участков варьирует среди штаммов, в среднем она составляет 108 
нуклеотидов. На момент написания данной статьи в GenBank находилось только 
17 нуклеотидных последовательностей, содержащих полный кодирующий участок гена env 
ВИЧ2 (без крупных делеций в участке, кодирующем V3 регион). В то же время, количество 
нуклеотидных последовательностей ВИЧ2, содержащих участок, кодирующий V3 регион, 
велико. Поэтому, при расчёте частот использования нуклеотидов в участке, кодирующем V3 
регион ВИЧ2, мы использовали 17 последовательностей вырезанных из полных генов env и 
ещё 83 последовательности из частично просеквенированных генов env различных штаммов 
ВИЧ2. 
Таблица 
Частоты использования нуклеотидов в трёх положениях кодонов полных кодирующих участков  
гена env (~2570 нуклеотидов) и его участков, кодирующих V3 регион белка gp120 (~108 нуклеотидов),  
у ВИЧ1 и ВИЧ2. 
Выборка 1A 2A 3A 1T 2T 3T 1C 2C 3C 1G 2G 3G 
ВИЧ1 
env 
100 посл. 
0,388 
± 
0,001 
0,303 
± 
0,001 
0,370 
± 
0,001 
0,187 
± 
0,001 
0,286 
± 
0,001 
0,264 
± 
0,002 
0,156 
± 
0,001 
0,191 
± 
0,001 
0,161 
± 
0,001 
0,269 
± 
0,001 
0,220 
± 
0,001 
0,206 
± 
0,001 
ВИЧ2 
env 
17 посл. 
0,349 
± 
0,003 
0,310 
± 
0,004 
0,323 
± 
0,002 
0,211 
± 
0,002 
0,260 
± 
0,003 
0,228 
± 
0,004 
0,176 
± 
0,004 
0,223 
± 
0,002 
0,223 
± 
0,004 
0,264 
± 
0,003 
0,208 
± 
0,002 
0,226 
± 
0,003 
ВИЧ1 
V3 
100 посл. 
0,521 
± 
0,005 
0,267 
± 
0,004 
0,560 
± 
0,007 
0,130 
± 
0,003 
0,159 
± 
0,003 
0,215 
± 
0,005 
0,118 
± 
0,004 
0,232 
± 
0,002 
0,119 
± 
0,003 
0,231 
± 
0,003 
0,341 
± 
0,003 
0,106 
± 
0,010 
ВИЧ2 
V3 
100 посл. 
0,397 
± 
0,004 
0,231 
± 
0,005 
0,395 
± 
0,010 
0,198 
± 
0,003 
0,262 
± 
0,002 
0,156 
± 
0,006 
0,235 
± 
0,002 
0,272 
± 
0,004 
0,170 
± 
0,005 
0,169 
± 
0,002 
0,235 
± 
0,003 
0,279 
± 
0,011 
Как видно из таблицы, содержащей результаты нашей работы, частоты использования 
нуклеотидов по трём положениям кодонов в участках, кодирующих V3 регион ВИЧ1 и 
ВИЧ2, не одинаковы; наибольшая разница существует между уровнями 3G. Для участков, 
кодирующих V3 ВИЧ1, характерно низкое содержание гуанина в третьих положениях 
(варьирует от 0,2 до 0), при высокой насыщенности гуанином вторых положений кодонов. 
Транзиции G на A в третьих положениях кодонов в подавляющем большинстве случаев 
являются синонимичными. Во вторых и в первых положениях кодонов транзиции G на A – 
несинонимичны (приводят к замене аминокислоты в кодируемом белке). Чем ниже 
содержание гуанина в третьих положениях кодонов, тем выше вероятность того, что замена 
G на A произойдёт в первом или во втором положении. Следовательно, чем ниже 3G 
 34
(относительно 1G и 2G), тем выше вероятность того, что замена G на A будет 
несинонимичной. 
Из приведенных выше данных видно, что высокая частота возникновения 
несинонимичных нуклеотидных замен в участке, кодирующем V3 регион gp120 ВИЧ1, 
напрямую связана с низким содержанием гуанина в третьих положениях кодонов. В 
гомологичном участке ВИЧ2 (см. таблицу) 3G значительно выше (варьирует от 0,17 до 0,37). 
При этом, содержание гуанина в первых и во вторых положениях кодонов в участках, 
кодирующих V3 ВИЧ2, в среднем, ниже, чем в третьих положениях. Согласно теории 
мишеней, вероятность того, что транзиция G на A в участке, кодирующем V3 ВИЧ2, 
произойдёт в третьем положении кодона, составляет 41 % (поскольку 41 % всего гуанина 
находится в третьих положениях кодонов). Для ВИЧ1 такая вероятность составляет всего 
лишь 16 %. 
Как было сказано выше, уровень 3G в участках, кодирующих V3, варьирует у различных 
штаммов ВИЧ1 и ВИЧ2. Секвенирование этих участков с последующим расчётом 3G 
позволит сделать прогноз скорости развития СПИД и прогрессирования иммунодефицита. 
Было бы целесообразно усиливать схемы противовирусной терапии у больных с 
экстремально низким 3G в участке, кодирующем V3 gp120 ВИЧ. 
Частоты использования нуклеотидов в полных генах env дают представление о том, что 
участок, кодирующий V3 ВИЧ1, является аномальным: уровни 1A и 2G в нём существенно 
выше, чем в целом по гену env, а уровень 3G – значительно ниже. В генах env ВИЧ1 и ВИЧ2 
выполняются правила «1G > 2G» и «1T < 2T», универсальные для генов, расположенных в 
двухцепочечной ДНК; в то время как в отдельно взятых участках этих генов, кодирующих 
V3 регион, первое из этих двух неравенств имеет противоположный знак. Эти данные 
указывают на происхождение гена env от клеточных предшественников. Участок же, 
кодирующий V3 регион, судя по всему, является продуктом более поздних генетических 
перестроек. В частности, у ВИЧ1 этот участок перенасыщен триплетами AGA, которые 
могли возникнуть в результате внедрения повторяющихся последовательностей. 
Возникновение участка с низким 3G и высоким 2G могло обусловить повышенную 
мутабильность gp120 ВИЧ1, по сравнению с гомологичным белком ВИЧ2. 
Многие исследователи утверждают, что V3 регион gp120 и весь геном ВИЧ1 в целом 
находятся под влиянием положительного отбора [3]. Методы, с помощью которых этот факт 
устанавливают, претерпевают изменения от работы к работе, хотя все они основаны на 
поиске превышения теоретической вероятности возникновения несинонимичных замен их 
реально наблюдаемыми частотами, причём, на уровне одного кодона. Классические 
селекционные тесты, определяющие соотношение синонимичной и несинонимичной 
эволюционной дистанции между полными генами (или даже их участками), как ни странно, 
практически не используются в работах такого плана.  
По нашему мнению, положительный отбор, способствующий «закреплению» в 
организме данного больного ушедших на некоторое время от иммунного ответа мутантных 
вирусов, невозможен без процесса, «поставляющего» большое количество несинонимичных 
мутаций. В настоящей работе описан первичный молекулярный механизм увеличения 
вероятности возникновения несинонимичных нуклеотидных замен (относительно 
синонимичных) в участке, кодирующем V3 регион gp120 ВИЧ1. 
1. S.K. Pillai, J.K. Wong, J.D. Barbour Turning up the volume on mutational pressure: Is more of a good thing always 
better? (A case study of HIV-1 Vif and APOBEC3) // Retrovir. – 2008. – Vol.5. – №.26. 
2. C. Spenlehauer et al. Study of the V3 Loop as a Target Epitope for Antibodies Involved in the Neutralization of 
Primary Isolates versus T-Cell-Line-Adapted Strains of Human Immunodeficiency Virus Type 1 // J. Virol. – 1998. 
– V.72, №12. – P. 9855–9864 
3. S. Williamson Adaptation in the env gene of HIV-1 and evolutionary theories of disease progression // Mol. Biol. 
Evol. – 2003. – V.20, №8. – P.1318-1325. 


Молекулярный механизм Гипермутабильности V3 региона поверхностного гликопротеина gp120 ВИЧ1

http://elib.bsu.by/bitstream/123456789/13982/1/1_11.pdf

Молекулярный механизм Гипермутабильности V3 региона поверхностного гликопротеина gp120 ВИЧ1

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Электронная библиотека БГУ