Вирус денге использует менее оптимальные кодоны, чем человек или комар

Денге — самое распространенное вирусное заболевание, передаваемое комарами и вызывающее около 390 миллионов инфекций ежегодно. Заболевание вызывается четырьмя различными, но генетически родственными серотипами (DENV1-4). DENV — это одноцепочечный РНК+ вирус, который передается человеку через укусы инфицированных комаров рода Aedes (Ae. aegypti или Ae. albopictus).

В ходе эволюции РНК-вирусы приобрели способность подстраивать трансляционные ресурсы клеток хозяина под свои нужды. Это означает также, что вирус сам адаптируется к хозяину. Ученые из США показали, что один из механизмов взаимодействия «вирус—хозяин» основан на предпочтении кодонов разной степени оптимальности.

Оптимальность кодонов — это механизм, с помощью которого трансляция мРНК влияет на стабильность мРНК и эффективность трансляции в зависимости от выбора тех или иных синонимичных кодонов. Кодоны, которые повышают стабильность мРНК, определяются как «оптимальные кодоны», в то время как «неоптимальные» кодоны оказывают противоположное действие. Хотя молекулярные механизмы, вовлеченные в оптимальность кодонов, остаются слабо охарактеризованными, оптимальные кодоны ассоциированы с более высокими уровнями тРНК. Недавняя работа показала, что DENV и многие другие вирусы предпочитают использовать неоптимальные кодоны по сравнению с их хозяевами.

Чтобы определить, какие кодоны предпочитает использовать вирус денге по сравнению с хозяином, авторы статьи оценили разницу относительного использования синонимичных кодонов (RSCU) между вирусом и его хозяином. Эта разница рассчитывается как отношение RSCU, наблюдаемого у DENV, к RSCU у его хозяина (например, человека) для каждой аминокислоты. Затем ученые рассчитали корреляцию между изменением RSCU и коэффициентом стабильности кодонов (CSC) у клеток человека, который служит мерой оптимальности кодонов, чтобы исследовать связь между предпочтением кодонов у DENV и оптимальностью кодонов у хозяина. Они обнаружили отрицательную корреляцию между изменением RSCU у всех серотипов DENV и оптимальностью кодонов — это указывает на то, что DENV предпочтительно использует неоптимальные кодоны по отношению к человеку.

Анализ корреляции между изменением RSCU и CSC человека для 483 вирусов, инфицирующих человека, показал, что диапазон хозяев оказывает эволюционное давление, которое может формировать предпочтение неоптимальных кодонов. Интересно, что клеткам комара также свойственен механизм оптимальности кодонов, и вирус денге предпочитает использовать неоптимальные кодоны и в организме комара.

Чтобы исследовать, объясняются ли изменения экспрессии генов хозяина при заражении DENV кодон-зависимым механизмом, ученые проанализировали данные секвенирования ядер единичных клеток Huh7 человека, инфицированных DENV2. Они выяснили, что заражение DENV изменяет доступность тРНК и может объяснять изменения в экспрессии генов человека, основанные на кодонах, во время инфекции. Анализ синонимичных мутаций продемонстрировал, что синонимичные мутации вируса денге в сторону предпочитаемых вирусом кодонов, как правило, увеличивают относительную приспособленность вируса при адаптации к человеку или комару.

Данное исследование демонстрирует, что адаптация вируса денге к клеткам человека или комаров способствует отбору синонимичных мутаций в сторону предпочитаемых DENV кодонов, которые, как правило, являются неоптимальными. Эти результаты можно использовать для разработки терапии вирусных заболеваний.

Генно-инженерные комары против лихорадки денге