The features of Tat protein of human immunodeficiency virus type 1 (Retroviridae: Lentivirus: Lentivirus humimdef1) non-A6 variants, characteristic for the Russian Federation

Cover Image

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Tat protein is a trans-activator of HIV-1 genome transcription, with additional functions including the ability to induce the chronic inflammatory process. Natural amino acid polymorphisms in Tat may affect its functional properties and the course of HIV infection.

The aim of this work is to analyze the marks of Tat consensus sequences in non-A6 HIV-1 variants characteristic of the Russian Federation, as well as study natural polymorphisms in Tat CRF63_02A6 and subtype B variants circulating in Russia.

Materials and methods. The whole-genome nucleotide sequences of HIV-1 CRF63_02A6, CRF03_A6B, as well as subtype B and CRF02_AG circulating in Russia were used. The reference group was formed based on the sequences of subtype B variants circulating in different countries. Preferentially, the sequences were downloaded from the international database Los Alamos.

Results. CRF63_02A6 consensus sequence contained the highest number of amino acid substitutions, 31, and had no helix at positions 30‒33 in the secondary structure; however, this did not change its predicted tertiary structure. CRF03_A6B consensus sequence contained a stop codon at position 87. The polymorphisms in subtype B variants circulating in our country and in CRF63_02A6 variants were identified.

Conclusion. Consensus sequences of Tat protein in non-A6 variants typical for the Russian Federation were obtained and their features were determined. R78G, located in the functionally significant motif, and C31S, the functionally significant substitution, were significantly more frequent in subtype B variants circulating in Russia and in CRF63_02A6 variants than in the reference group, respectively. A limitation of this study is the small sample of sequences.

About the authors

Anna I. Kuznetsova

D.I. Ivanovsky Institute of Virology of National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya

Author for correspondence.
Email: a-myznikova@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-5299-3081

head of laboratory of T-lymphotropic viruses, PhD, leading researcher

Russian Federation, 123098, Moscow

Anastasiia A. Antonova

D.I. Ivanovsky Institute of Virology of National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya

Email: aantonova1792@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9180-9846

PhD, Researcher, Laboratory of T-lymphotropic viruses

Russian Federation, 123098, Moscow

Aleksey V. Lebedev

D.I. Ivanovsky Institute of Virology of National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya

Email: lebedevalesha236@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-6787-9345

PhD, Researcher, Laboratory of T-lymphotropic viruses

Russian Federation, 123098, Moscow

Ekaterina N. Ozhmegova

D.I. Ivanovsky Institute of Virology of National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya

Email: belokopytova.01@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3110-0843

PhD, Researcher, Laboratory of T-lymphotropic viruses

Russian Federation, 123098, Moscow

Anastasia V. Shlykova

Central Research Institute of Epidemiology

Email: murzakova_a.v@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1390-8021

Researcher

Russian Federation, Moscow, 111123

Ilya A. Lapovok

Central Research Institute of Epidemiology

Email: i_lapovok@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-6328-1415

PhD, Senior researcher

Russian Federation, Moscow, 111123

Oxana V. Galzitskaya

D.I. Ivanovsky Institute of Virology of National Research Center for Epidemiology and Microbiology named after Honorary Academician N.F. Gamaleya; Institute of Protein Research RAS; Institute of Theoretical and Experimental Biophysics RAS

Email: ogalzit@vega.protres.ru
ORCID iD: 0000-0002-3962-1520

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Head of the Bioinformatics Laboratory, Chief Researcher

Russian Federation, 123098, Moscow; 142290, Moscow Region, Pushchino; 142290, Moscow Region, Pushchino

References

  1. German Advisory Committee Blood (Arbeitskreis Blut), Subgroup «Assessment of Pathogens Transmissible by Blood». Human Immunodeficiency Virus (HIV). Transfus. Med. Hemother. 2016; 43(3): 203–22. https://doi.org/10.1159/000445852
  2. Bbosa N., Kaleebu P., Ssemwanga D. HIV subtype diversity worldwide. Curr. Opin. HIV AIDS. 2019; 14(3): 153–60. https://doi.org/10.1097/COH.0000000000000534
  3. Kuznetsova A.I. The role of HIV-1 polymorphism in the pathogenesis of the disease. VICh-infektsiya i immunosupressii. 2023; 15(3): 26–37. https://doi.org/10.22328/2077-9828-2023-15-3-26-37 https://elibrary.ru/cwjjai (in Russian)
  4. Antonova A.A., Kuznetsova A.I., Ozhmegova E.N., Lebedev A.V., Kazennova E.V., Kim K.V., et al. Genetic diversity of HIV-1 at the current stage of the epidemic in the Russian federation: an increase in the prevalence of recombinant forms. VICh-infektsiya i immunosupressii. 2023; 15(3): 61–72. https://doi.org/10.22328/2077-9828-2023-15-3-61-72 https://elibrary.ru/tpwttn (in Russian)
  5. Kuznetsova A.I., Gromov K.B., Kireev D.E., Shlykova A.V., Lopatukhin A.E., Kazennova E.V., et al. Analysis of tat protein characteristics in human immunodeficiency virus type 1 sub-subtype A6 (Retroviridae: Orthoretrovirinae: lentivirus: human immunodeficiency Virus-1). Voprosy virusologii. 2021; 66(6): 452–63. https://doi.org/10.36233/0507-4088-83 https://elibrary.ru/cmzgyc (in Russian)
  6. Li L., Dahiya S., Kortagere S., Aiamkitsumrit B., Cunningham D., Pirrone V., et al. Impact of Tat genetic variation on HIV-1 disease. Adv. Virol. 2012; 2012: 123605. https://doi.org/10.1155/2012/123605
  7. Kuznetsova A., Kim K., Tumanov A., Munchak I., Antonova A., Lebedev A., et al. Features of Tat protein in HIV-1 sub-subtype A6 variants circulating in the Moscow Region, Russia. Viruses. 2023; 15(11): 2212. https://doi.org/10.3390/v15112212
  8. Ajasin D., Eugenin E.A. HIV-1 Tat: Role in bystander toxicity. Front. Cell. Infect. Microbiol. 2020: 10: 61. https://doi.org/10.3389/fcimb.2020.00061
  9. Kamori D., Ueno T. HIV-1 Tat and viral latency: what we can learn from naturally occurring sequence variations. Front. Microbiol. 2017; 8: 80. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.00080
  10. Spector C., Mele A.R., Wigdahl B., Nonnemacher M.R. Genetic variation and function of the HIV-1 Tat protein. Med. Microbiol. Immunol. 2019; 208(2): 131–69. https://doi.org/10.1007/s00430- 019-00583-z
  11. Ranga U., Shankarappa R., Siddappa N.B., Ramakrishna L., Nagendran R., Mahalingam M., et al. Tat protein of human immunodeficiency virus type 1 subtype C strains is a defective chemokine. J. Virol. 2004; 78(5): 2586–90. https://doi.org/10.1128/jvi.78.5.2586-2590.2004
  12. Ruiz A.P., Ajasin D.O., Ramasamy S., DesMarais V., Eugenin E.A., Prasad V.R. A naturally occurring polymorphism in the HIV-1 Tat basic domain inhibits uptake by bystander cells and leads to reduced neuroinflammation. Sci. Rep. 2019; 9(1): 3308. https://doi.org/10.1038/s41598-019-39531-5
  13. Jin H., Li D., Lin M.H., Li L., Harrich D. Tat-based therapies as an adjuvant for an HIV-1 functional cure. Viruses. 2020; 12(4): 415. https://doi.org/10.3390/v12040415
  14. Asamitsu K., Fujinaga K., Okamoto T. HIV Tat/P-TEFb interaction: a potential target for novel anti-HIV therapies. Molecules. 2018; 23(4): 933. https://doi.org/10.3390/molecules23040933
  15. Lobanov M.Y., Sokolovskiy I.V., Galzitskaya O.V. IsUnstruct: prediction of the residue status to be ordered or disordered in the protein chain by a method based on the Ising model. J. Biomol. Struct. Dyn. 2013; 31(10): 1034–43. https://doi.org/10.1080/07391102.2012.718529
  16. Jumper J., Evans R., Pritzel A., Green T., Figurnov M., Ronneberger O., et al. Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold. Nature. 2021; 596(7873): 583–9. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03819-2
  17. Shafer R.W., Rhee S.Y., Pillay D., Miller V., Sandstrom P., Schapiro J.M., et al. HIV-1 protease and reverse transcriptase mutations for drug resistance surveillance. AIDS. 2007; 21(2): 215–23. https://doi.org/10.1097/QAD.0b013e328011e691
  18. Berezov T.T., Korovkin B.F. Biological Chemistry [Biologicheskaya khimiya]. Moscow: Meditsina; 1998. (in Russian)
  19. Lobanov M.Y., Pereyaslavets L.B., Likhachev I.V., Matkarimov B.T., Galzitskaya O.V. Is there an advantageous arrangement of aromatic residues in proteins? Statistical analysis of aromatic interactions in globular proteins. Comput. Struct. Biotechnol. J. 2021; 19: 5960–8. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2021.10.036
  20. Tee K.K., Thomson M.M., Hemelaar J. Editorial: HIV-1 genetic diversity, volume II. Front. Microbiol. 2022; 13: 1007037. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.1007037
  21. Bobkova M.R. Genetic diversity of human immunodeficiency viruses and antiretroviral therapy. Terapevticheskii arkhiv. 2016; 88(11): 103–11. https://doi.org/10.17116/terarkh20168811103-111 https://elibrary.ru/xeaxsb (in Russian)
  22. Cilento M.E., Kirby K.A., Sarafianos S.G. Avoiding drug resistance in HIV reverse transcriptase. Chem. Rev. 2021; 121(6): 3271–96. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00967
  23. Gotora P.T., Brown K., Martin D.R., van der Sluis R., Cloete R., Williams M.E. Impact of subtype C-specific amino acid variants on HIV-1 Tat-TAR interaction: insights from molecular modelling and dynamics. Virol. J. 2024; 21(1): 144. https://doi.org/10.1186/s12985-024-02419-6
  24. Mishra M., Vetrivel S., Siddappa N.B., Ranga U., Seth P. Clade-specific differences in neurotoxicity of human immunodeficiency virus-1 B and C Tat of human neurons: Significance of dicysteine C30C31 motif. Ann. Neurol. 2008; 63(3): 366–76. https://doi.org/10.1002/ana.21292

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Multiple alignment of the full-length Tat protein’s consensus sequences of subtype B and CRF02_AG variants circulating in Russia, and variants Crf03_A6B, CRF63_02A6 relative to the consensus sequence of subtype B variants circulating in the world (B reference). The dots indicate amino acid residues (a.a.r.) positions in which the a.a.r. in the consensus corresponded to the reference. Non-polar amino acids: G (glycine), A (alanine), V (valine), L (leucine), I (isoleucine), P (proline) – are marked in blue; polar uncharged amino acids: S (serine), T (threonine), C (cysteine), M (methionine), N (asparagine), Q (glutamine) – green; aromatic amino acids: F (phenylalanine), Y (Tyrosine), W (tryptophan), H (Histidine) – yellow; polar acidic negatively charged amino acids: D (aspartic acid) and E (glutamic acid) – orange; polar basic positively charged amino acids: K (lysine), R (arginine) – in red [18, 19]. X – a.a.r. is undefined (gray).

Download (202KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Predicted secondary structures of consensus sequences: A – B(референс)/B(reference); B – B(Россия)_v1/ B(Russia)_v1; C – B(Россия)_v2/ B(Russia)_v2; D – CRF63_02A6.

Download (111KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Results of comparison of the tertiary structure of the consensus sequence of the Tat protein CRF63_02A6 with the reference sequence. Probability profile for unstructured regions of Tat consensus sequences predicted by IsUnstruct: A – consensus sequence of HIV-1 subtype B variants circulating worldwide; B – consensus sequence of HIV-1 CRF63_02A6 variants. Spatial structure predicted by AlphaFold 2 for Tat consensus sequences: C – consensus sequence of HIV-1 subtype B variants circulating worldwide; D – consensus sequence of HIV-1 CRF63_02A6 variants. The sequence profile corresponding to unstructured regions is marked in red.

Download (122KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Kuznetsova A.I., Antonova A.A., Lebedev A.V., Ozhmegova E.N., Shlykova A.V., Lapovok I.A., Galzitskaya O.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».