Hatott-e az APOBEC-enzimcsalád a vírusok kodonhasználatára?

Összehasonlító genomikai vizsgálat

Müller Viktor1,2 & Sebastian Bonhoeffer2

1ELTE2ETH Zürich

Háttér

hipermutáció: a retrovírusok elleni általános védelem APOBEC3G:

– apolipoprotein B mRNA-editing enzyme, catalytic polypeptide-like 3G

– az aktiváció-indukált deamináz (AID) rokona– citozint uracillá deaminál egyszálú DNS-ben

a hipermutált vírusok nem fertőzőképesek a lentivírusok Vif (viral infectivity factor) fehérjéje

gátolja az APOBEC3G-t

Háttér

Háttér

csak GA mutáció– CU (T) a negatív szálon

széleskörű hatás: SIV, HIV, MLV, EIAV, HBV széleskörű kifejeződés dózisfüggő hatás

Hipermutáció és kodonhasználat

részlegesen gátolt hipermutáció mutációs nyomást okozhat

a retrovírusok genomja adeninben gazdag

VAN-E ÖSSZEFÜGGÉS?

Hipermutáció és kodonhasználat

1115 virális referenciaszekvencia szinonim kodonpárok, pl. CTA-CTG (leucin),

TCA-TCG (szerin)– mutációs nyomás indikátorai

Silent Nucleotide Bias:

tottot

synsynA GA

GA

/

/logSNBG

– a teljes genomösszetétel szerint skálázva

Módszerek

az eltérő leolvasási keretű átfedések kiküszöbölése

Várakozás

az APOBEC-et kódoló gazdaszervezetek vírusaiban erősebb kodontorzulás– főemlős, rágcsáló

a Vif-et kódoló vírusokban gyengébb torzulás

– minden lentivírus, kivéve EIAV

Retroid vírusok

1-5: alfa-epszilon retrovírusok6: lentivírusok7: spumavírusok8: hepadnavírusok9: caulimovírusok

Retroid vírusok

léteznie kell alternatív mechanizmusoknak az APOBEC-hatás elkerülésére

léteznie kell alternatív mechanizmusoknak, amelyek GA torzulást okoznak

(minden lentivírus gazdaszervezetében lehet APOBEC3G analóg)

az APOBEC-Vif rendszer nem meghatározó szerepű a retroid vírusok kodonhasználatában

Más tényezők fedik el a hatását?

Kontextushatás

az APOBEC3G célpreferenciája GG és GGG az APOBEC3F célpreferenciája GA, GAA és

GAG az egér APOBEC3 célpreferenciája GA és GG

Felfedezhető-e a preferenciák mintázata a potenciálisan érintett vírusok kodonhasználatában?

+1 G+1 NG

Sor-összeg

Syn A a b a + b

Syn G c d c + d

Oszlop-összeg a + c b + d n

.05.084.3

égfüggetlens teljes0

))()()((

)(

2

2

22

p

dbcadcba

bcadn

Függetlenségvizsgálat 2-próbával

Nullhipotézis: nincs kapcsolat a két pozíció között

2 2-es kontingenciatáblázat

Kontextushatás

az APOBEC3G célpreferenciája GG és GGG az APOBEC3F célpreferenciája GA, GAA és

GAG az egér APOBEC3 célpreferenciája GA és GG

+1 G vs. NG, +1 A vs. NA, +1 G/A vs. C/T +2 G vs. NG, +2 A vs. NA, +2 G/A vs. C/T

Kontextushatás

49 retrovírus and 9 hepadnavírus (58) szignifikáns hatás 13/10/9/23/2/20 fajban a

+1A/+1G/+1AG/+2A/+2G/+2AG pozíciókra a hatás általában olyan fajokban szignifikáns,

amelyekben nincs általános G-A torzulás!

Szál-specificitás

az APOBEC-homológok specifikusan egyszálú DNS-re hatnak

-szálú DNS a reverz transzkripció során CT deamináció a - szálon GA mutációt

eredményez a + szálon CT deamináció a + pozitív szálon CT

mutációt eredményez

Szál-specificitás

a torzulást kiváltó hatás mindkét szálra hat

(a caulimovírusok esetében hasonló a helyzet)

retrovírusok:

(r = 0.79, p<10-6)

Következtetés #1

a retrovírusok A-gazdag kodonhasználata nem az APOBEC-indukálta hipermutáció eredménye

A retroid vírusok általános sajátosságáról van szó?

Minden ismert vírus

Víruscsaládok átlagai

A családátlagok átlagai

A családátlagok

átlagai(GA SNB)

dsDNS vírusok 0.111292293

dsRNS vírusok -0.049714126

Retroid vírusok 0.26946984

ssDNS vírusok 0.12149455

ssRNS -szálú vírusok 0.065356219

ssRNS +szálú vírusok -0.07307027

A nagy víruscsoportok közül a retroid vírusok csoportjában legerősebb és legáltalánosabb a GA torzulás.

Következtetés és diszkusszió

a retroid vírusok általánosan hajlamosak lehetnek GA torzulásra

a HIV RT APOBEC3G hiányában is nagyobb arányban generál GA mutációkat

sok retrovírus és DNS-vírus tartalmaz deoxiuridin-trifoszfatázt és uracil-DNS glikozilázt

már a 30-millió éves humán endogén retrovírusok is adeninben gazdagok

a reverz transzkripció eredendően hajlamos lehet a magasabb GA (azaz CT) mutációs rátára

Diszkusszió

Minden vagy semmi?

VAGY Más szelekciós erők felülírják a mutációs

nyomás hatását az evolúció során?

Miért nem észlelhető az APOBEC-hatás?