Биоинформатический анализ взаимосвязей между специфическими генами человека, ассоциированными с прикреплением ВИЧ
- Авторы: Давыденко В.С.1, Останкова Ю.В.1, Щемелев А.Н.1, Ануфриева Е.В.1, Кушнарева В.В.1, Тотолян А.А.1,2
-
Учреждения:
- ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
- ФГБОУ ВО Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова МЗ РФ
- Выпуск: Том 14, № 6 (2024)
- Страницы: 1153-1168
- Раздел: ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
- URL: https://journal-vniispk.ru/2220-7619/article/view/283035
- DOI: https://doi.org/10.15789/2220-7619-BAR-17830
- ID: 283035
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Введение. Изучение взаимодействия вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) с факторами человеческого организма имеет ключевое значение для понимания патогенеза заболевания. ВИЧ вызывает иммунную реакцию, которая включает в себя множество клеточных и молекулярных процессов, связанных с воспалением, миграцией клеток и нарушением барьерных функций тканей. Эти реакции образуют каскад, в котором важную роль играют как хемокины и их корецепторы, так и другие молекулы, регулирующие иммунный ответ. Проблема состоит в том, что взаимодействие ВИЧ с человеческим организмом невозможно свести к простому механизму — это сложная система, в которой ключевые молекулы и механизмы могут быть неизвестны и требуют дальнейшего изучения. Целью исследования была оценка значимости генов-кандидатов, потенциально участвующих в патогенезе ВИЧ-инфекции на стадии прикрепления вируса к клетке, на основании оценки экспрессии, локализации и участии в биологических путях и процессах. Материалы и методы. В работе было проведено сравнение характеристик 100 наиболее перспективных генов-кандидатов (ГК) согласно веб-ресурсу HumanNet с фоновыми генами (CCR5, CXCR4, CCR2, CD4), для которых достоверно показана связь с прикреплением ВИЧ к клетке. Были проанализированы данные экспрессии, локализации, а также вовлеченности в различные клеточные пути и процессы генов-кандидатов и фоновых генов. В ходе работы была разработана система баллового ранжирования, которая позволила оценить значимость каждого гена в контексте его участия в иммунных и воспалительных реакциях. Результаты. Проанализировано 100 генов-кандидатов. С использованием разработанного метода баллового ранжирования ряд генов был определен, как значимый в зависимости от анализируемой характеристики: значимые по профилю экспрессии — 17 кандидатов, локализации — 7, участие в биологических путях — 17, в биологических процессах — 25. По результатам итогового ранжирования выявлено 55 ГК. Выявленные ГК были отнесены к следующим функциональным группам: хемокиновые корецепторы и их лиганды, гены и белки, связанные с G-белками, а также группа, для членов которой не удалось установить общую функциональную роль или семейство. Выводы. Выявленные корреляции между ГК и фоновыми генами акцентируют внимание на необходимости дальнейшего изучения взаимодействий ГК в патогенезе ВИЧ. Это позволит более детально оценить вклад как отдельных генов, так и целых систем, что, в дальнейшем, расширит наше понимание молекулярных механизмов ВИЧ-инфекции, а также, гипотетически, ускорит обнаружение новых или расширение существующих терапевтических моделей.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Владимир Сергеевич Давыденко
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
Автор, ответственный за переписку.
Email: vladimir_david@mail.ru
младший научный сотрудник лаборатории иммунологии и вирусологии ВИЧ-инфекции, аспирант
Россия, Санкт-ПетербургЮ. В. Останкова
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
Email: vladimir_david@mail.ru
к.б.н., зав. лабораторией иммунологии и вирусологии ВИЧ-инфекции; старший научный сотрудник лаборатории молекулярной иммунологии
Россия, Санкт-ПетербургА. Н. Щемелев
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
Email: vladimir_david@mail.ru
младший научный сотрудник лаборатории иммунологии и вирусологии ВИЧ-инфекции
Россия, Санкт-ПетербургЕ. В. Ануфриева
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
Email: vladimir_david@mail.ru
младший научный сотрудник лаборатории иммунологии и вирусологии ВИЧ-инфекции
Россия, Санкт-ПетербургВ. В. Кушнарева
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера
Email: vladimir_david@mail.ru
лаборант-исследователь лаборатории иммунологии и вирусологии ВИЧ-инфекции
Россия, Санкт-ПетербургА. А. Тотолян
ФБУН НИИ эпидемиологии и микробиологии имени Пастера; ФГБОУ ВО Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова МЗ РФ
Email: vladimir_david@mail.ru
академик РАН, д.м.н., профессор, зав. лабораторией молекулярной иммунологии, директор; зав. кафедрой иммунологии
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургСписок литературы
- Aantaa R., Marjamäki A., Scheinin M. Molecular pharmacology of alpha 2-adrenoceptor subtypes. Ann. Med., 1995, vol. 27, no. 4, pp. 439–449. doi: 10.3109/07853899709002452
- Al-Ali H.N., Crichton S.J., Fabian C., Pepper C., Butcher D.R., Dempsey F.C., Parris C.N. A therapeutic antibody targeting annexin-A1 inhibits cancer cell growth in vitro and in vivo. Oncogene, 2024, vol. 43, no. 8, pp. 608–614. doi: 10.1038/s41388-023-02919-9
- Alkhatib G., Berger E.A. HIV coreceptors: from discovery and designation to new paradigms and promise. Eur. J. Med. Res., 2007, vol. 12, no. 9, pp. 375–384.
- Alrumaihi F. The multi-functional roles of CCR7 in human immunology and as a promising therapeutic target for cancer therapeutics. Front. Mol. Biosci., 2022, vol. 9: 834149. doi: 10.3389/fmolb.2022.834149
- Apryatin S.A., Rakhmanaliev E.R., Nikolaeva I.A., Ruban S.V., Vazykhova F.G., Klimov E.A., Sulimova G.E., Sidorovich I.G. Comparison of CCR5del32 mutation in the CCR5 gene frequencies in russians, tuvinians, and in groups of HIV-infected individuals. Russian Journal of Genetics, 2005, vol. 41, pp. 1287–1290. doi: 10.1007/s11177-005-0230-6
- Aseev M.V., Shawi A., Baranov V.S., Dean M. Population frequencies of the CKR5 mutant allele of the chemokine receptor gene responsible for HIV infection. Russian Journal of Genetics, 1997, vol. 33, no. 12, pp. 1475–1477.
- Brandum E.P., Jørgensen A.S., Rosenkilde M.M., Hjortø G.M. Dendritic cells and CCR7 expression: an important factor for autoimmune diseases, chronic inflammation, and cancer. Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, no. 8340. doi: 10.3390/ijms22158340
- Cannavo A., Liccardo D., Komici K., Corbi G., de Lucia C., Femminella G.D., Elia A., Bencivenga L., Ferrara N., Koch W.J., Paolocci N., Rengo G. Sphingosine kinases and sphingosine 1-phosphate receptors: signaling and actions in the cardiovascular system. Front. Pharmacol., 2017, vol. 8: 556. doi: 10.3389/fphar.2017.00556
- Clark-Lewis I., Kim K.S., Rajarathnam K., Gong J.H., Dewald B., Moser B., Baggiolini M., Sykes B.D. Structure-activity relationships of chemokines. J. Leukoc. Biol., 1995, vol. 57, no. 5, pp. 703–711. doi: 10.1002/jlb.57.5.703
- Collins P.J., McCully M.L., Martínez-Muñoz L., Santiago C., Wheeldon J., Caucheteux S., Thelen S., Cecchinato V., Laufer J.M., Purvanov V., Monneau Y.R., Lortat-Jacob H., Legler D.F., Uguccioni M., Thelen M., Piguet V., Mellado M., Moser B. Epithelial chemokine CXCL14 synergizes with CXCL12 via allosteric modulation of CXCR4. FASEB J., 2017, vol. 31, no. 7, pp. 3084–3097. doi: 10.1096/fj.201700013R
- Console-Bram L., Brailoiu E., Brailoiu G.C., Sharir H., Abood M.E. GPR18 and intracellular calcium, MAPK, β-arrestin. Br. J. Pharmacol., 2014, vol. 171, pp. 3908–3917. doi: 10.1111/bph.12746
- Dattilo M., Neuman I., Muñoz M., Maloberti P., Cornejo Maciel F. OxeR1 regulates angiotensin II and cAMP-stimulated steroid production in human H295R adrenocortical cells. Mol. Cell. Endocrinol., 2015, vol. 408, pp. 38–44. doi: 10.1016/j.mce.2015.01.040
- Feniger-Barish R., Belkin D., Zaslaver A., Gal S., Dori M., Ran M., Ben-Baruch A. GCP-2-induced internalization of IL-8 receptors: hierarchical relationships between GCP-2 and other ELR(+)-CXC chemokines and mechanisms regulating CXCR2 internalization and recycling. Blood, 2000, vol. 95, no. 5, pp. 1551–1559. doi: 10.1182/blood.V95.5.1551.005a36_1551_1559
- Frade J.M., Llorente M., Mellado M., Alcamí J., Gutiérrez-Ramos J.C., Zaballos A., Real G., Martínez-A C. The amino-terminal domain of the CCR2 chemokine receptor acts as coreceptor for HIV-1 infection. J. Clin. Invest., 1997, vol. 100, no. 3, pp. 497–502. doi: 10.1172/JCI119558
- Gordon S.B., Read R.C. Macrophage defences against respiratory tract infections. Br. Med. Bull., 2002, vol. 61, pp. 45–61. doi: 10.1093/bmb/61.1.45
- Global HIV & AIDS statistics — Fact sheet / UNAIDS 2023 epidemiological estimates. URL: https://www.unaids.org/en/resources/fact-sheet (08.05.2024)
- Hernandez P.A., Gorlin R.J., Lukens J.N., Taniuchi S., Bohinjec J., Francois F., Klotman M.E., Diaz G.A. Mutations in the chemokine receptor gene CXCR4 are associated with WHIM syndrome, a combined immunodeficiency disease. Nature Genetics, 2003, vol. 34, no. 1, pp. 70–74. doi: 10.1038/ng1149
- Ito Y., Grivel J.C., Chen S., Kiselyeva Y., Reichelderfer P., Margolis L. CXCR4-tropic HIV-1 suppresses replication of CCR5-tropic HIV-1 in human lymphoid tissue by selective induction of CC-chemokines. J. Infect. Dis., 2004, vol. 189, no. 3, pp. 506–514. doi: 10.1086/381153
- Ivanov S., Lagunin A., Filimonov D., Tarasova O. Network-based analysis of OMICs data to understand the HIV-host interaction. Front. Microbiol., 2020, vol. 11: 1314. doi: 10.3389/fmicb.2020.01314
- Juno J.A., Fowke K.R. Clarifying the role of G protein signaling in HIV infection: new approaches to an old question. AIDS Rev., 2010, vol. 12, no. 3, pp. 164–176.
- Keiran N., Ceperuelo-Mallafré V., Calvo E., Hernández-Alvarez M.I., Ejarque M., Núñez-Roa C., Horrillo D., Maymó-Masip E., Rodríguez M.M., Fradera R., de la Rosa J.V., Jorba R., Megia A., Zorzano A., Medina-Gómez G., Serena C., Castrillo A., Vendrell J., Fernández-Veledo S. SUCNR1 controls an anti-inflammatory program in macrophages to regulate the metabolic response to obesity. Nat. Immunol., 2019, vol. 20, no. 5, pp. 581–592. doi: 10.1038/s41590-019-0372-7
- Kiertiburanakul S., Sungkanuparph S. Emerging of HIV drug resistance: epidemiology, diagnosis, treatment and prevention. Curr. HIV Res., 2009, vol. 7, no. 3, pp. 273–278. doi: 10.2174/157016209788347976
- Kim C.Y., Baek S., Cha J., Yang S., Kim E., Marcotte E.M., Hart T., Lee I. HumanNet v3: an improved database of human gene networks for disease research. Nucleic Acids Res., 2022, vol. 50, no. D1, pp. D632–D639. doi: 10.1093/nar/gkab1048
- Kim S.D., Kim J.M., Jo S.H., Lee H.Y., Lee S.Y., Shim J.W., Seo S.K., Yun J., Bae Y.S. Functional expression of formyl peptide receptor family in human NK cells. J. Immunol., 2009, vol. 183, no. 9, pp. 5511–5517. doi: 10.4049/jimmunol.0802986
- Koenen J., Bachelerie F., Balabanian K., Schlecht-Louf G., Gallego C. Atypical chemokine receptor 3 (ACKR3): a comprehensive overview of its expression and potential roles in the immune system. Mol. Pharmacol., 2019, vol. 96, no. 6, pp. 809–818. doi: 10.1124/mol.118.115329
- Kohlmeier J.E., Cookenham T., Miller S.C., Roberts A.D., Christensen J.P., Thomsen A.R., Woodland D.L. CXCR3 directs antigen-specific effector CD4+ T cell migration to the lung during parainfluenza virus infection. J. Immunol., 2009, vol. 183, no. 7, pp. 4378–4384. doi: 10.4049/jimmunol.0902022
- Kurnik D., Muszkat M., Friedman E.A., Sofowora G.G., Diedrich A., Xie H.G., Harris P.A., Choi L., Wood A.J., Stein C.M. Effect of the alpha2C-adrenoreceptor deletion322-325 variant on sympathetic activity and cardiovascular measures in healthy subjects. J. Hypertens., 2007, vol. 25, no. 4, pp. 763–771. doi: 10.1097/HJH.0b013e328017f6e9
- Mabrouk N., Tran T., Sam I., Pourmir I., Gruel N., Granier C., Pineau J., Gey A., Kobold S., Fabre E., Tartour E. CXCR6 expressing T cells: functions and role in the control of tumors. Front. Immunol., 2022, vol. 13: 1022136. doi: 10.3389/fimmu.2022.1022136
- Mabuka J.M., Mackelprang R.D., Lohman-Payne B., Majiwa M., Bosire R., John-Stewart G., Rowland-Jones S., Overbaugh J., Farquhar C. CCR2-64I polymorphism is associated with lower maternal HIV-1 viral load and reduced vertical HIV-1 transmission. J. Acquir. Immune Defic. Syndr., 2009, vol. 51, no. 2, pp. 235–237. doi: 10.1097/QAI.0b013e31819c155b
- Martens K., Steelant B., Bullens D.M.A. Taste receptors: the gatekeepers of the airway epithelium. Cells, 2021, vol. 10, no. 11: 2889. doi: 10.3390/cells10112889
- McMyn N.F., Varriale J., Fray E.J., Zitzmann C., MacLeod H., Lai J., Singhal A., Moskovljevic M., Garcia M.A., Lopez B.M., Hariharan V., Rhodehouse K., Lynn K., Tebas P., Mounzer K., Montaner L.J., Benko E., Kovacs C., Hoh R., Simonetti F.R., Laird G.M., Deeks S.G., Ribeiro R.M., Perelson A.S., Siliciano R.F., Siliciano J.M. The latent reservoir of inducible, infectious HIV-1 does not decrease despite decades of antiretroviral therapy. J. Clin. Invest., 2023, vol. 133, no. 17: e171554. doi: 10.1172/JCI171554
- Na J., Zhou W., Yin M., Hu Y., Ma X. GNA13 promotes the proliferation and migration of lung squamous cell carcinoma cells through regulating the PI3K/AKT signaling pathway. Tissue Cell, 2022, vol. 76: 101795. doi: 10.1016/j.tice.2022.101795
- Nemes B., Bölcskei K., Kecskés A., Kormos V., Gaszner B., Aczél T., Hegedüs D., Pintér E., Helyes Z., Sándor Z. Human somatostatin SST4 receptor transgenic mice: construction and brain expression pattern characterization. Int. J. Mol. Sci., 2021, vol. 22, no. 7: 3758. doi: 10.3390/ijms22073758
- Ruckriegl S., Loris J., Wert K., Bauerschmitz G., Gallwas J., Gründker C. Knockdown of G protein-coupled estrogen receptor 1 (GPER1) enhances tumor-supportive properties in cervical carcinoma cells. Cancer Genomics Proteomics, 2023, vol. 20, no. 3, pp. 281–297. doi: 10.21873/cgp.20381
- Schafer C.T., Chen Q., Tesmer J.J.G., Handel T.M. Atypical chemokine receptor 3 “senses” CXC chemokine receptor 4 activation through GPCR kinase phosphorylation. Mol. Pharmacol., 2023, vol. 104, no. 4, pp. 174–186. doi: 10.1124/molpharm.123.000710
- Schemelev A.N., Davydenko V.S., Ostankova Y.V., Reingardt D.E., Serikova E.N., Zueva E.B., Totolian A.A. Involvement of human cellular proteins and structures in realization of the HIV life cycle: a comprehensive review. Viruses, 2024, vol. 16, no. 11: 1682. doi: 10.3390/v16111682
- Shchemelev A.N., Ostankova Y.V., Zueva E.B., Semenov A.V., Totolian A.A. Detection of patient HIV-1 drug resistance mutations in Russia’s Northwestern Federal District in patients with treatment failure. Diagnostics (Basel), 2022, vol. 12, no. 8: 1821. doi: 10.3390/diagnostics12081821
- Shimizu T., De Wispelaere A., Winkler M., D’Souza T., Caylor J., Chen L., Dastvan F., Deou J., Cho A., Larena-Avellaneda A., Reidy M., Daum G. Sphingosine-1-phosphate receptor 3 promotes neointimal hyperplasia in mouse iliac-femoral arteries. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol., 2012, vol. 32, no. 4, pp. 955–961. doi: 10.1161/ATVBAHA.111.241034
- Spathakis M., Dovrolis N., Filidou E., Kandilogiannakis L., Tarapatzi G., Valatas V., Drygiannakis I., Paspaliaris V., Arvanitidis K., Manolopoulos V.G., Kolios G., Vradelis S. Exploring microbial metabolite receptors in inflammatory bowel disease: an in silico analysis of their potential role in inflammation and fibrosis. Pharmaceuticals (Basel), 2024, vol. 17, no. 492. doi: 10.3390/ph17040492
- Steiniger B., Barth P., Hellinger A. The perifollicular and marginal zones of the human splenic white pulp: do fibroblasts guide lymphocyte immigration? Am. J. Pathol., 2001, vol. 159, no. 2, pp. 501–512. doi: 10.1016/S0002-9440(10)61722-1
- Tsou C.L., Peters W., Si Y., Slaymaker S., Aslanian A.M., Weisberg S.P., Mack M., Charo I.F. Critical roles for CCR2 and MCP-3 in monocyte mobilization from bone marrow and recruitment to inflammatory sites. J. Clin. Invest., 2007, vol. 117, no. 4, pp. 902–909. doi: 10.1172/JCI29919
- Van Op den Bosch J., Torfs P., De Winter B.Y., De Man J.G., Pelckmans P.A., Van Marck E., Grundy D., Van Nassauw L., Timmermans J.P. Effect of genetic SSTR4 ablation on inflammatory peptide and receptor expression in the non-inflamed and inflamed murine intestine. J. Cell. Mol. Med., 2009, vol. 13, no. 9B, pp. 3283–3295. doi: 10.1111/j.1582-4934.2009.00760.x
- Wareing M.D., Lyon A.B., Lu B., Gerard C., Sarawar S.R. Chemokine expression during the development and resolution of a pulmonary leukocyte response to influenza A virus infection in mice. J. Leukoc. Biol., 2004, vol. 76, no. 4, pp. 886–895. doi: 10.1189/jlb.1203644
- Xu Z., Gong L., Peng P., Liu Y., Xue C., Cao Y. Porcine enteric alphacoronavirus inhibits IFN-α, IFN-β, OAS, Mx1, and PKR mRNA expression in infected Peyer’s patches in vivo. Front. Vet. Sci., 2020, vol. 7: 449. doi: 10.3389/fvets.2020.00449
- Yagensky O., Kohansal-Nodehi M., Gunaseelan S., Rabe T., Zafar S., Zerr I., Härtig W., Urlaub H., Chua J.J. Increased expression of heme-binding protein 1 early in Alzheimer’s disease is linked to neurotoxicity. Elife, 2019, vol. 8: e47498. doi: 10.7554/eLife.47498
- Yan Y., Chen R., Wang X., Hu K., Huang L., Lu M., Hu Q. CCL19 and CCR7 expression, signaling pathways, and adjuvant functions in viral infection and prevention. Front. Cell Dev. Biol., 2019, vol. 7: 212. doi: 10.3389/fcell.2019.00212
Дополнительные файлы
