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Um antigo retrovírus foi encontrado no DNA humano - e ainda pode estar ativo

Um antigo retrovírus foi encontrado no DNA humano - e ainda pode estar ativo


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Evidências impressionantes surgiram de que um vírus antigo, anteriormente conhecido apenas por evidências fósseis, infectou persistentemente alguns humanos em níveis muito baixos por centenas de milhares ou mesmo milhões de anos. Este antigo retrovírus é uma espécie de fóssil vivo, e a descoberta de uma cópia intacta dele no genoma humano levanta questões sobre como ele sobreviveu e sugere que outros do passado evolucionário distante podem estar adormecidos no DNA de muitas espécies.

Um retrovírus se replica inserindo seu genoma no de uma célula infectada. Ocasionalmente, os retrovírus infectam células germinativas - aquelas encontradas em óvulos e espermatozóides - e se essas células sobreviverem e criarem um novo organismo, esse novo organismo conterá o retrovírus como parte inerente de seu genoma. Dessa forma, os genomas de muitos mamíferos, pássaros e outros vertebrados acumularam muitas sequências de DNA derivadas de retrovírus, conhecidos como retrovírus endógenos (ERVs). Cerca de 8% do genoma humano é composto por ERVs, por exemplo.

A grande maioria dessas sequências são fósseis genômicos em avançado estado de decomposição e incapazes de produzir qualquer tipo de partículas infecciosas. Curiosamente, no entanto, alguns ERVs foram cooptados para desempenhar funções fisiológicas dentro do organismo hospedeiro, por exemplo, para fornecer imunidade. Essas sequências de vírus domesticados, embora funcionais, tornaram-se efetivamente parte do genoma do hospedeiro. Eles também não podem produzir partículas de vírus infecciosas, tendo geralmente perdido o equipamento genético necessário para isso.

No entanto, há uma pequena proporção de sequências de ERV que podem formar partículas infecciosas, e isso mostra que os genomas das espécies hospedeiras podem ser colonizados por retrovírus infecciosos. Este processo é mal compreendido, mas pesquisas recentes têm mostrado a furtividade quase inacreditável com que pode ocorrer, de modo que as técnicas mais modernas e poderosas são necessárias para detectá-lo.

Um retrovírus endógeno (FreeDigitalPhotos.net do usuário ‘jscreationzs’)

O ‘Monstro de Loch Ness’ do genoma humano

Avanços no sequenciamento do genoma completo revelaram uma enorme diversidade de ERVs nos genomas de vertebrados, com diferenças consideráveis ​​entre as espécies. Muitos são extremamente antigos, enquanto os ERVs mais recentes estão mais intactos e menos degradados por mutação. Em algumas espécies, como camundongos, o genoma contém muitos ERVs capazes de produzir vírus infecciosos, mas quase todos os ERVs em humanos (conhecidos como HERVs) parecem ser remanescentes não funcionais de retrovírus extintos. A única exceção é um grupo, denominado HERV-K, que é potencialmente capaz de se replicar apesar de ter muitos milhões de anos.

Estudos anteriores de sequências de HERV-K no genoma humano indicaram que ele esteve recentemente ativo em humanos e que ainda pode circular por infecção. Os co-autores deste estudo recente, Julia Wildschutte e Zach Williams, trabalhando no laboratório de John Coffin na Tufts University, procuraram evidências de HERV-K usando dados do Projeto 1000 Genomes e do Projeto de Diversidade do Genoma Humano. A equipe desenvolveu abordagens que lhes permitiram cavar excepcionalmente a fundo nesses catálogos e estabelecer que o genoma humano contém um total de 36 cópias exclusivas de HERV-K não presentes no padrão de referência da sequência do genoma humano - incluindo 19 novas descobertas.

O mais intrigante de tudo é que uma dessas novas descobertas foi um vírus intacto, sem nenhuma das mutações que poderiam degradar sua função. A descoberta de um vírus intacto à espreita na população humana reforça a possibilidade de que esse retrovírus HERV-K tenha permanecido “vivo” dentro dos humanos até há relativamente pouco tempo, e ainda possa estar circulando em algum lugar até hoje.

Direções futuras

Muitas questões permanecem: o HERV-K ainda está realmente ativo em humanos? Ele está adormecido, prestes a ressurgir como o agente de uma epidemia infecciosa? Ou os sinais da atividade recente do HERV-K são realmente apenas o estertor da morte de um antigo retrovírus à medida que ele caminha lenta mas seguramente em direção à extinção?

Pode um retrovírus antigo resultar no ressurgimento de uma epidemia infecciosa ( Jason Scragz / Flickr )

Pode ser que, por existir em um estado quase dormente com apenas níveis muito baixos de atividade, o HERV-K foi capaz de evitar os efeitos das mutações que o teriam inativado. Alternativamente, pode haver circunstâncias em que os humanos de alguma forma ganharam uma vantagem de sobrevivência que levou à presença de HERV-K no DNA humano sendo selecionado por meio de processos evolutivos.

Essas hipóteses podem ser investigadas até certo ponto porque retrovírus extintos podem ser ressuscitados de remanescentes de DNA e suas propriedades biológicas analisadas. Estudar como os vírus antigos foram extintos por suas espécies hospedeiras pode fornecer pistas para estratégias que podemos usar para ajudar a combater os vírus que nos ameaçam hoje.

Imagem em destaque: DNA humano

O artigo ' Um antigo retrovírus foi encontrado no DNA humano - e ainda pode estar ativo ' por Robert Gifford foi publicado originalmente em A conversa e foi republicado sob uma licença Creative Commons.


Retrovírus endógeno

Retrovírus endógenos (ERVs) são elementos virais endógenos no genoma que se parecem muito e podem ser derivados de retrovírus. Eles são abundantes nos genomas de vertebrados com mandíbulas e compreendem até 5-8% do genoma humano (estimativas mais baixas de

1%). [1] [2] ERVs são uma sequência proviral herdada verticalmente e uma subclasse de um tipo de gene chamado transposon, que normalmente pode ser empacotado e movido dentro do genoma para servir a um papel vital na expressão gênica e na regulação. [3] [4] Os ERVs, no entanto, não têm a maior parte da função de transposon, geralmente não são infecciosos e costumam ser remanescentes genômicos defeituosos do ciclo de replicação retroviral. [5] [6] Eles são distinguidos como retroelementos de provírus da linha germinativa devido à sua integração e transcrição reversa no genoma nuclear da célula hospedeira. Os pesquisadores sugeriram que os retrovírus evoluíram de um tipo de transposon chamado retrotransposon, um elemento de Classe I [7]. Esses genes podem sofrer mutação e, em vez de se moverem para outro local no genoma, podem se tornar exógenos ou patogênicos. Isso significa que nem todos os ERVs podem ter se originado como uma inserção de um retrovírus, mas alguns podem ter sido a fonte da informação genética nos retrovírus com os quais se assemelham. [8] Quando a integração do DNA viral ocorre na linha germinativa, pode dar origem a um ERV, que mais tarde pode se fixar no pool gênico da população hospedeira. [1] [9]


Aqui, exploramos a incrível descoberta de retrovírus endógenos (ERVs) em nosso próprio DNA. Um retrovírus endógeno é um remanescente genético de uma infecção por vírus anterior sofrida por um ancestral. Acontece que muitos de nossos retrovírus endógenos são compartilhados por chimpanzés. Isso ocorre porque compartilhamos um ancestral comum com eles.

Explore mais

Trabalhos científicos apresentados na animação por tópico:

Pesquisa de retrovírus endógenos da placenta

Renascimento do Retrovírus Endógeno Extinto no DNA Humano

Comparações entre chimpanzés e DNA humano

Estudos sobre a probabilidade de um retrovírus endógeno se inserir no mesmo local de diferentes hospedeiros

Retrovírus endógeno humano & # 8211 W: locais de inserção exatos em humanos e outros macacos

Notas sobre a matemática usada nesta animação:

Transcrição

Você provavelmente já ouviu falar que os grandes macacos, como os chimpanzés, são os parentes vivos mais próximos da humanidade. Mesmo antes de a evolução ser descoberta, os cientistas que estudavam a anatomia comparativa já agrupavam os humanos na família dos macacos ao lado dos chimpanzés.

Naqueles anos de pré-evolução, entretanto, a palavra & # 8220família & # 8221 era freqüentemente usada figurativamente. Muitos cientistas tiveram uma visão & # 8220espécies fixas & # 8221. Eles pensavam que os humanos e os chimpanzés eram semelhantes, mas diferentes desde o início dos tempos. Isso mudou no final do século XIX. Junto com a descoberta do processo de evolução, o estudo dos fósseis convenceu a maioria dos cientistas de que humanos e chimpanzés compartilham um ancestral comum. Nós realmente somos uma família! Hoje, centenas de fósseis de transição foram encontrados, o que confunde a linha entre humanos e chimpanzés.

Dito isso, algumas pessoas acham que o estudo de fósseis é muito subjetivo. Existe uma linha independente de evidência que podemos usar para verificar o que achamos que sabemos a partir do estudo de fósseis?

O Dr. Francis Collins, o homem que dirigiu o projeto do genoma humano, corretamente apontou que o estudo do DNA nos dá uma maneira inteiramente independente e quantificável de testar ideias sobre a evolução. Em vez de simplesmente aceitar sua palavra, aqui examinaremos as evidências por nós mesmos.

É amplamente conhecido que o DNA é ótimo para revelar as relações familiares. No tribunal, o DNA é o padrão ouro para determinar quem é o pai. A evidência de DNA é agora amplamente usada no estudo da genealogia para descobrir relacionamentos mais distantes. Existem muitas maneiras independentes pelas quais as evidências de DNA podem ser usadas para revelar relações familiares, mesmo entre espécies! Aqui, vamos ampliar em apenas uma linha de evidência: DNA de retrovírus endógeno compartilhado entre as espécies. Nesse caso, entre humanos e chimpanzés. Para entender por que o DNA do retrovírus é tão importante, vamos primeiro dar uma olhada no que são os retrovírus.

Um retrovírus é um tipo especial de vírus que se reproduz inserindo seus genes diretamente no DNA de uma célula. Os genes do vírus tornam-se uma parte permanente e contínua do genoma da célula hospedeira & # 8217s. A célula então trata o DNA do vírus como se fosse seu. Ele lê os genes do vírus, usando-os para fazer novos vírus, e quando a célula copia seu próprio DNA antes de se reproduzir, também copia o DNA do vírus e o transmite.

Em mamíferos, os retrovírus modernos geralmente infectam as células brancas do sangue. Se, no entanto, um retrovírus infectar um espermatozóide ou óvulo e esse espermatozóide ou óvulo participar da fertilização, a criança resultante terá uma cópia do DNA do vírus em cada uma de suas células! Ela vai até mesmo passá-lo para os filhos, se tiver filhos.

Agora, você pode pensar que esta é uma sentença de morte garantida para a criança, mas o sistema imunológico às vezes pode lidar com o problema. Erros normais de cópia no DNA do vírus às vezes desligam os vírus.

Nesses casos, a inserção do retrovírus pode ser considerada uma única mutação gigante para o hospedeiro. Como acontece com todas as mutações, a inserção de um retrovírus pode ter um efeito negativo no indivíduo que o contém. Pode acabar sendo neutro ou, com um pouco de sorte, pode acabar sendo benéfico. Os genes do vírus também atuam como material genético extra com o qual a evolução será capaz de “brincar” com o passar do tempo. Futuras mutações podem dar aos genes do vírus novas funções, algumas das quais podem vir a ser úteis. Estudos recentes descobriram que em pelo menos um caso, parece que um antigo mamífero foi infectado com um vírus que acabou ajudando na reprodução. Muitos dos descendentes de mamíferos, incluindo os humanos, acabaram se tornando totalmente dependentes do vírus. Não podemos mais reproduzir sem ele. Somos parte vírus!

Quando um retrovírus se torna parte integrante do DNA de uma espécie, os cientistas o chamam de retrovírus endógeno. “Endógeno” porque está dentro de nós desde o nascimento. Acontece que o genoma humano contém milhares de segmentos de retrovírus endógenos & # 8211 estendidos por muito tempo de DNA com sequências correspondentes às dos retrovírus. Felizmente para nós, nenhum deles ainda pode fazer retrovírus completos. Eles simplesmente sofreram mutações demais para ainda executar suas funções originais de & # 8220vírus & # 8221.

Ok, então, se tudo isso é novidade para você, provavelmente é muito para assimilar, então vamos recapitular bem rápido antes de olharmos como os ERVs agem como evidência de evolução.

Um retrovírus endógeno é um trecho de DNA encontrado em seu DNA que chegou lá quando um de seus ancestrais foi infectado por um retrovírus. Em raras ocasiões, os genes do vírus chegam aos espermatozoides ou óvulos, onde podem passar a se tornar uma parte permanente do genoma de uma espécie.

Seus retrovírus endógenos (ERVs) atuam como registros históricos de infecções anteriores sofridas por nossos ancestrais.

Agora, neste ponto, você deve estar se perguntando: & # 8220Como sabemos com certeza que genes com sequências semelhantes aos genes de vírus realmente vieram de vírus? Isso foi demonstrado experimentalmente? & # 8221

Em vários casos diferentes: Sim!

Cientistas recentemente pegaram células humanas incubadas em placas de Petri e modificaram ligeiramente o DNA de um dos retrovírus endógenos para ver se ele voltaria a produzir vírus. Com certeza funcionou! Um vírus extinto foi revivido a partir de uma sequência de DNA encontrada em nosso próprio genoma humano! Retrovírus endógenos são realmente as cicatrizes remanescentes de infecções por vírus antigos.

Então, como tudo isso age como evidência de que humanos, chimpanzés e outros primatas realmente evoluíram de um ancestral comum?

Bem, em 2003, o primeiro rascunho do genoma do chimpanzé foi publicado. No geral, as sequências de DNA humano e de DNA de chimpanzé são incrivelmente semelhantes, mas a menos que mergulhemos mais fundo, este fato por si só não pode nos dizer com certeza se a evolução é uma explicação melhor do que a ideia de & # 8220espécies fixas & # 8221. Já sabemos que humanos e chimpanzés têm características semelhantes. Se o DNA codifica as características, devemos esperar que nosso DNA também seja semelhante, certo? Em muitos casos, este é um ponto razoável & # 8230, mas não no caso de retrovírus endógenos!

Lembre-se de que seus retrovírus endógenos nos mostram a história única de infecções de vírus específicas sofridas por seus ancestrais. Eles são como cicatrizes em nosso DNA que um indivíduo adquire durante sua vida e pode passar para seus descendentes, mas apenas para seus descendentes.

Aqui, estamos olhando mapas de cromossomos humanos e de chimpanzés lado a lado. Os cromossomos são as estruturas em nossas células que contêm nosso DNA.

Se humanos e chimpanzés compartilham um ancestral comum, e se pelo menos algumas das infecções que encontramos em nosso genoma ocorreram antes da divisão chimpanzé / humano, deveríamos encontrar os mesmos genes de vírus exatamente nas mesmas localizações nos genomas humano e do chimpanzé.

Em contraste, se humanos e chimpanzés não forem parentes, eles não devem compartilhar a mesma história de infecções por vírus.

Agora, é claro que é possível que, ao longo da história, ambas as espécies foram infectadas por alguns dos mesmos vírus (humanos e chimpanzés às vezes ficam doentes hoje), mas se chimpanzés e humanos não estiverem relacionados, esses genes de vírus não serão encontrados em localizações idênticas do DNA do chimpanzé e do humano. Isso ocorre porque quando um retrovírus infecta um hospedeiro, existem muitos pontos diferentes no genoma do hospedeiro onde ele pode acabar se inserindo.

Extensos experimentos de laboratório com retrovírus descobriram que existem muito mais de 10 milhões de pontos de inserção possíveis no genoma humano. Em outras palavras, a chance de um humano e um chimpanzé serem infectados exatamente no mesmo local pelo mesmo tipo específico de vírus é bem menor que 1 em 10 milhões.

"Então você está dizendo que há uma chance?"

Bem & # 8230, é ridiculamente improvável e piora rapidamente. Se dois indivíduos estiverem infectados com apenas 12 dos mesmos vírus, a chance de cada um desses 12 se inserir nas mesmas localizações de DNA de ambos os hospedeiros é menor que 1 no número de todos os átomos estimados para existir no universo observável!

Para ter uma ideia aproximada de quantas inserções são compartilhadas entre humanos e chimpanzés, os pesquisadores examinaram nossos genomas em busca de um tipo de retrovírus que sabiam ser comum em humanos. Eles encontraram 211 inserções no genoma humano, 208 em chimpanzés. Para descobrir se alguma dessas inserções está nos mesmos locais em humanos e chimpanzés, eles compararam as sequências de DNA flanqueadoras exclusivas em cada lado de cada inserção. Se você pensar no vírus como uma cicatriz, as sequências de flanco são pedaços saudáveis ​​de tecido ao redor da cicatriz que indicam onde a cicatriz está localizada.

Eles descobriram que compartilhamos não apenas 1, não apenas 12, mas 205 inserções. 205 de 214 para este grupo de vírus específico!

Isso faz todo o sentido se a evolução for verdadeira. Os 205 vírus compartilhados foram inseridos algum tempo antes da divisão chimpanzé / humano. As 6 inserções exclusivas para humanos e as 3 exclusivas para chimpanzés representam inserções que aconteceram após a divisão ou representam mutações de exclusão que removeram alguns vírus em apenas uma linhagem após a divisão chimpanzé / humano.

Em contraste, se quisermos acreditar na visão fixa das espécies, somos forçados a concluir que esses vírus são simplesmente compartilhados por coincidência.

Quando fazemos as contas, mesmo tendo certeza de levar em conta os 9 vírus não compartilhados pelas duas espécies, a chance de isso acontecer por coincidência é menor que 1 em & # 8230 esse número louco aqui!

Essa evidência deve ser suficiente para que até mesmo a pessoa mais relutante e racional ponha de lado cuidadosamente a visão fixa da espécie.

O DNA de retrovírus endógeno sozinho é mais do que suficiente para confirmar de forma independente o que já sabíamos do estudo dos fósseis. Dito isso, o que vimos aqui é apenas a ponta do iceberg. Existem muitas outras linhas de evidências de DNA disponíveis. Juntos, eles demonstram, sem qualquer dúvida razoável, que humanos e chimpanzés evoluíram de um ancestral comum. Nós somos família.


Evidências de que comportamentos de dependência têm fortes ligações com infecções retrovirais antigas

Um retrovírus possui uma membrana contendo glicoproteínas, que são capazes de se ligar a uma proteína receptora em uma célula hospedeira. Existem duas fitas de RNA dentro da célula que possuem três enzimas: protease, transcriptase reversa e integrase (1). A primeira etapa da replicação é a ligação da glicoproteína à proteína receptora (2). Uma vez ligados, a membrana celular se degrada, tornando-se parte da célula hospedeira, e as fitas de RNA e enzimas entram na célula (3). Dentro da célula, a transcriptase reversa cria uma fita complementar de DNA a partir do RNA do retrovírus e o RNA é degradado. Essa fita de DNA é conhecida como cDNA (4). O cDNA é então replicado e as duas fitas formam uma ligação fraca e entram no núcleo (5). Uma vez no núcleo, o DNA é integrado ao DNA da célula hospedeira com a ajuda da integrase (6). Essa célula pode permanecer dormente ou o RNA pode ser sintetizado a partir do DNA e usado para criar as proteínas de um novo retrovírus (7). As unidades de ribossomo são usadas para transcrever o mRNA do vírus nas sequências de aminoácidos que podem ser transformadas em proteínas no retículo endoplasmático rugoso. Esta etapa também produzirá enzimas virais e proteínas do capsídeo (8). O RNA viral será feito no núcleo. Essas peças são então reunidas e removidas da membrana celular como um novo retrovírus (9). Crédito: Wikipedia / CC BY-SA 3.0

Nova pesquisa de uma equipe internacional liderada pelo Departamento de Zoologia da Oxford University e pela National-Kapodistrian University of Athens, publicada hoje em Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), mostra que um retrovírus antigo - HK2 - é encontrado com mais frequência em viciados em drogas e, portanto, está significativamente associado ao vício.

O genoma humano está "cheio" de vestígios de infecções antigas de retrovírus que invadiram a linhagem germinativa de nossos ancestrais primatas. Apenas um deles ainda pode estar proliferando em humanos modernos, denominado HERV-K HML-2 (HK2), e nem todos os humanos têm os mesmos vírus HK2 em seus genomas. Um HK2 incomum específico, que está próximo a um gene envolvido na atividade dopaminérgica no cérebro (RASGRF2), é mais freqüentemente encontrado em viciados em drogas e, portanto, está significativamente associado ao vício.

As equipes de pesquisa da Universidade de Oxford e da Universidade de Atenas demonstraram que o HK2 pode manipular genes próximos. Seu estudo fornece fortes evidências de que integrações incomuns de HK2 podem ser responsáveis ​​pela carga patogênica não avaliada de comportamentos de dependência.

A equipe analisou amostras de pacientes infectados com o vírus da hepatite C (HCV) do Reino Unido e pacientes infectados com HIV da Grécia que foram infectados de acordo com rotas de infecção distintas e conhecidas (drogas injetáveis), para determinar a frequência da integração do HK2 em indivíduos. A inserção particular de HK2 no gene RASGRF2 é geralmente prevalente em 5-10% da população.

Este estudo mostra que pessoas com comportamento aditivo bem definido, ou seja, pessoas que injetam drogas (PWID) têm 2 a 3 vezes mais probabilidade de ter a integração de HK2 dentro de RASGRF2 (um gene envolvido na regulação da atividade dopaminérgica no cérebro). É, portanto, uma forte indicação de que HK2 dentro de RASGRF2 predispõe essas pessoas a um comportamento viciante.

O professor Katzourakis, da Universidade de Oxford, que co-dirigiu o estudo, disse: 'Conhecemos papéis biológicos claros para um pequeno número de retrovírus endógenos humanos. No entanto, nunca antes houve forte evidência em apoio a um papel na biologia humana de um retrovírus endógeno que não é fixo, em outras palavras, não é compartilhado por todos os indivíduos da população. Nosso estudo mostra pela primeira vez que variantes raras do HK2 podem afetar uma característica humana complexa. A replicação desta descoberta nas coortes distintas de Atenas e Glasgow é particularmente importante. '

O Dr. Magiorkinis, da Universidade de Atenas, que liderou o estudo, acrescentou: “A maioria das pessoas pensa que esses vírus antigos são inofensivos. De vez em quando, as pessoas apresentam superexpressão de HK2 no câncer, mas é difícil distinguir a causa do efeito. Em 2012, após uma controvérsia de 20 anos a respeito de seus papéis patogênicos em humanos, procuramos testar a hipótese de alto risco de que os HERVs podem ser responsáveis ​​por doenças humanas. Nossa proposta foi apoiada pelo Conselho de Pesquisa Médica, e agora temos fortes provas de que os HERVs podem ser patogênicos. Pela primeira vez, podemos fazer uma distinção entre causa e efeito na patogenicidade do HERV. '

A integração do vírus é anterior ao surgimento dos humanos modernos, como foi encontrada nos genomas de Neandertal e Denisovan, e, portanto, não é o comportamento dos PWIDs que determina a presença do vírus. Em vez disso, é provável que o vírus esteja associado a um comportamento viciante. Nem todos os PWIDs carregam este vírus, então haverá muitos outros fatores genéticos e comportamentais envolvidos, mas este é um importante fator preditivo no vício. Além disso, o trabalho experimental dos pesquisadores apóia um papel causal na expressão de RASGRF2 e, portanto, no vício.

Ao fornecer suporte para uma forte predisposição genética de comportamento aditivo, a equipe de pesquisa de Oxford defende o apoio a intervenções médico-farmacológicas em apoio aos adictos. Seu estudo mostra que novas tecnologias de sequenciamento e grandes projetos genômicos, como o projeto de 100.000 genomas, proporcionarão uma compreensão aprimorada de características genéticas que antes não eram bem compreendidas.

Dr. Magiorkinis disse: 'Olhar para esta parte' escura 'do genoma irá desvendar mais segredos genômicos.'

A maioria dos HERVs no genoma são compartilhados pela maioria dos indivíduos humanos. Portanto, se você escolher duas pessoas aleatórias e verificar se elas têm os mesmos HERVs na mesma localização genômica, ele estará lá. Isso não é verdade para algumas cópias de HK2; há variação, com certos indivíduos carregando cópias extras em seus genomas em locais distintos. Surpreendentemente, parece que existem algumas variantes raras em que o vírus integrado é 'competente em termos de codificação'. Em outras palavras, é um projeto ininterrupto que poderia ser usado para criar mais vírus que poderiam estar ativos e causar problemas ao hospedeiro humano.

Os HERVs carregam sinais para manipular o mecanismo de replicação do hospedeiro, e fazem isso para seus próprios propósitos egoístas - aumentar seu número de cópias às custas do hospedeiro. No entanto, se eles se integrarem perto de um gene, esses mesmos sinais afetarão a expressão e a função do gene próximo ao qual se integraram. Embora os pesquisadores ainda tenham lacunas na compreensão de como exatamente isso acontece, os experimentos dessa equipe de pesquisa mostram que, ao inserir o HK2 em um gene, a transcrição do gene foi significativamente alterada.

Desde a descoberta do HIV e (Human T-Lymphotropic Virus) HTLV, este é o terceiro caso em que um retrovírus humano foi fortemente relacionado com um efeito nocivo em humanos. Nesse caso, o efeito prejudicial que os pesquisadores identificaram é uma condição comportamental complexa. Pode-se dizer que esse vírus é 'condicionalmente patogênico', pois muitos indivíduos podem ser portadores dele e não sofrer consequências negativas.

O HIV se espalha entre os indivíduos, as diferenças na prevalência de HK2 são em grande parte hereditárias, embora seja possível que alguns vírus HK2 ainda possam ser infecciosos nas populações humanas. Uma área muito promissora de pesquisas futuras são as interações entre o HK2 e outros vírus humanos infecciosos. É notável que as duas coortes de PWIDs que os pesquisadores investigaram estejam cronicamente infectadas com HIV e HCV, respectivamente.

Os pesquisadores esperam que, ao compreender as características bioquímicas mecanicistas do comportamento aditivo, melhores alvos farmacológicos possam ser desenvolvidos para o desenvolvimento de drogas. E como o HK2 (o fator preditivo) é um retrovírus, é possível que os medicamentos existentes possam ser usados ​​como pontos de partida para pesquisas nessa área.


Um sistema imunológico para o genoma

Com base em nossas novas descobertas, sugerimos que existe um sistema imunológico especializado na defesa contra a invasão do genoma retroviral. Como o sistema imunológico comum, este inclui uma resposta inata - uma espécie de defesa de uso geral contra invasores - e uma resposta adaptativa, que aprende a reconhecer patógenos específicos e a eliminá-los.

Nos estágios iniciais da infecção do óvulo ou esperma, a sequência de DNA alterada resulta em um “padrão molecular” que é reconhecido por um sistema imunológico do genoma inato, que interrompe a atividade do vírus e começa a produzir sequências piRNA de assinatura para reconhecer o invasor.

A resposta imune inata funciona até que uma memória do invasor do genoma seja criada e uma resposta adaptativa específica da sequência seja ativada.

Propomos uma estrutura por meio da qual uma sequência de um retrovírus invasor pode primeiro ter seus genes “silenciados” e, em seguida, por meio de processos direcionados, eventualmente se torna uma parte integrante do genoma do hospedeiro.

Este “sistema imunológico do genoma” muda nossa compreensão do que molda os genomas de todos os animais. Não podemos mais ver o genoma como uma entidade indefesa governada puramente pela seleção natural - ele revida.

Autores: Keith Chappell, Pesquisador Sênior, Escola de Química e Biociências Moleculares, Universidade de Queensland


Pegando um retrovírus no ato

Quase todas as invasões do genoma de retrovírus conhecidas aconteceram há milhões de anos. No entanto, KoRV é uma exceção identificada recentemente. O vírus se espalha entre os indivíduos, mas também infecta espermatozoides e óvulos, então muitos coalas nascem com esse patógeno como parte de seu genoma.

Meus colegas e eu na University of Queensland estamos colaborando com cientistas da University of Massachusetts Medical School para analisar como o espermatozóide e os óvulos do coala respondem à infecção pelo KoRV-A.

Nossas descobertas, publicadas hoje na Cell, sugerem que essas células montam uma nova “resposta imune do genoma inato” à infecção viral, que pode ajudar a controlar a propagação do KoRV infeccioso.

Dentro deste projeto, a equipe analisou DNA e RNA de diferentes amostras de tecido de coalas selvagens falecidos do sudeste de Queensland. (Como o DNA, o RNA também contém informações genéticas sobre os coalas - mas também é o que o genoma do próprio KoRV é feito.)

A equipe procurou especificamente por sequências curtas de RNA, entre 23 e 35 nucleotídeos de comprimento, conhecidas como RNAs de interação PIWI (piRNAs). Aglomerados de sequências piRNA são retidos dentro do genoma e servem como uma espécie de banco de memória de sequências indesejáveis ​​- assinaturas de vírus invasores - a serem alvejadas.


Pegando um retrovírus no ato

Quase todas as invasões do genoma de retrovírus conhecidas aconteceram há milhões de anos. No entanto, KoRV é uma exceção identificada recentemente. O vírus se espalha entre os indivíduos, mas também infecta espermatozoides e óvulos, então muitos coalas nascem com esse patógeno como parte de seu genoma.

Meus colegas e eu na University of Queensland estamos colaborando com cientistas da University of Massachusetts Medical School para analisar como o espermatozóide e os óvulos do coala respondem à infecção pelo KoRV-A.

Nossas descobertas, publicadas hoje na Cell, sugerem que essas células montam uma nova “resposta imune do genoma inato” à infecção viral, que pode ajudar a controlar a propagação do KoRV infeccioso.

Dentro deste projeto, a equipe analisou DNA e RNA de diferentes amostras de tecido de coalas selvagens falecidos do sudeste de Queensland. (Como o DNA, o RNA também contém informações genéticas sobre os coalas - mas também é o que o genoma do próprio KoRV é feito.)

A equipe procurou especificamente sequências curtas de RNA, entre 23 e 35 nucleotídeos de comprimento, conhecidas como RNAs de interação PIWI (piRNAs). Aglomerados de sequências piRNA são retidos dentro do genoma e servem como uma espécie de banco de memória de sequências indesejáveis ​​- assinaturas de vírus invasores - a serem alvejadas.


Pegando um retrovírus no ato

Quase todas as invasões do genoma de retrovírus conhecidas aconteceram há milhões de anos. No entanto, KoRV é uma exceção identificada recentemente. O vírus se espalha entre os indivíduos, mas também infecta espermatozoides e óvulos, então muitos coalas nascem com esse patógeno como parte de seu genoma.

Meus colegas e eu na University of Queensland estamos colaborando com cientistas da University of Massachusetts Medical School para analisar como o espermatozóide e os óvulos do coala respondem à infecção pelo KoRV-A.

Nossas descobertas, publicadas hoje na Cell, sugerem que essas células montam uma nova “resposta imune do genoma inato” à infecção viral, que pode ajudar a controlar a propagação do KoRV infeccioso.

Dentro deste projeto, a equipe analisou DNA e RNA de diferentes amostras de tecido de coalas selvagens falecidos do sudeste de Queensland. (Como o DNA, o RNA também contém informações genéticas sobre os coalas - mas também é o que o genoma do próprio KoRV é feito.)

A equipe procurou especificamente por sequências curtas de RNA, entre 23 e 35 nucleotídeos de comprimento, conhecidas como RNAs de interação PIWI (piRNAs). Aglomerados de sequências piRNA são retidos dentro do genoma e servem como uma espécie de banco de memória de sequências indesejáveis ​​- assinaturas de vírus invasores - a serem alvejadas.


Um antigo retrovírus foi encontrado no DNA humano - e pode ainda estar ativo - História

(Inside Science) - Os vírus que invadiram o DNA dos ancestrais da humanidade há milhões de anos podem agora desempenhar papéis críticos nos primeiros estágios do desenvolvimento humano, dizem os pesquisadores.

A descoberta lança luz sobre o papel fundamental que os vírus podem ter desempenhado na evolução humana, acrescentaram os cientistas.

Os primeiros estágios do desenvolvimento embrionário estabelecem a base do que se torna os órgãos e tecidos de um organismo. Pesquisas anteriores revelaram que uma série de fatores podem influenciar o desenvolvimento humano inicial, como as dietas e o ambiente dos pais. Now researchers find that viruses incorporated into the human genome may be another major factor.

Viruses infect cells in order to hijack their machinery and make copies of themselves. One type of virus known as a retrovirus does this by weaving its own genes into the DNA of its hosts. The most infamous retrovirus is HIV, the virus that causes AIDS.

In rare instances, retroviruses infect sperm or egg cells. If those cells go on to become part of a person, his or her cells will contain retroviral DNA, which they can then pass onto their descendants. Prior studies revealed that at least 8 percent of the human genome is made up of these so-called endogenous retroviruses — the remnants of retroviral infections our ancestors had millions of years ago. These retroviral elements no longer produce active viruses.

Scientists had long thought that endogenous retroviruses might be junk DNA that did nothing within the human genome. However, recent studies found that one class of endogenous retroviruses known as human endogenous retrovirus subfamily H, or HERV-H, is surprisingly active in human embryonic stem cells, and is key to their ability to become any other kind of cell in the body. Past research suggests that HERV-H sequences are unique to humans and great apes, invading primates less than 20 million years ago.

Now researchers find that retroviral material could play key roles from the beginning of human development.

"Endogenous retroviruses might have played an important role in human evolution," said lead study author Jonathan Göke, a computational biologist at the Genome Institute of Singapore.

The possibility that the early stages of human development might depend in part on genetic material from an outside source, much less a virus, is counter-intuitive, Göke said. Still, random mutations are a very slow way to introduce lasting changes to genomes — retroviruses may have proven a fast way at introducing genetic alterations, including ones important enough to steer the course of human development, he said.

The scientists investigated more than 650,000 retroviral elements within the human genome, about 5,000 of which belong to HERV-H. They analyzed previously published data about the activity of these retroviral elements in unfertilized egg cells and human embryonic stem cells, as well as during the earliest stages of development, including the one-cell stage, known as the zygote the two-cell, four-cell and eight-cell stages the morula, when the embryo becomes a solid ball of cells and the blastocyst, when the embryo becomes a hollow ball of cells.

"They did a really good job going the distance to dig through the data," said molecular biologist Didier Trono at the Federal Polytechnic School of Lausanne in Switzerland, who did not take part in this research.

The researchers discovered that roughly 1,400 of these retroviral elements were only expressed at specific times during embryonic development. They believe these are under control of the embryo's cellular machinery and therefore "potentially important in development," Göke said.

It remains uncertain what role these retroviral elements play in early human development, but it may have to do with how millions of years of evolution have made viruses masters at controlling the biology of their victims. One possibility is that embryos are using these retroviral elements as signals to switch on genetic activity within their cells. Originally, the retroviruses used these signals to activate themselves, but the cells may now have co-opted these signals to activate other parts of their genome instead, Göke said.

One challenge to determining what these retroviral elements do is that they do not exist in common lab animals such as mice, and they are not active in the human cell lines most widely used in research. Göke and his colleagues are now attempting to identify other cells these retroviral elements show activity in to study their function.

All in all, Trono noted that up to a whopping 70 percent or so of the human genome may actually come from retroviruses, much of it now too degraded to identify as such.

"These virus-like elements are increasingly now seen not as junk DNA, but as involved in regulating most aspects of human biology, from early development to the physiology of every single system, from our brain to our immune system," Trono said.

The scientists detailed their findings in the Feb. 5 issue of the journal Cell Stem Cell.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature, and many other news outlets. He tweets at @cqchoi. Reprinted with permission from Inside Science, an editorially independent news product of the American Institute of Physics, a nonprofit organization dedicated to advancing, promoting and serving the physical sciences.

Charles Q. Choi is a freelance science writer based in New York City who has written for The New York Times, Scientific American, Wired, Science.


Evidence that addictive behaviors have strong links with ancient retroviral infection

New research from an international team led by Oxford University's Department of Zoology and the National-Kapodistrian University of Athens, published today in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), shows that an ancient retrovirus -- HK2 -- is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The human genome is "littered" with remnants of ancient retrovirus infections that invaded the germline of our primate ancestors. Only one of these may still be proliferating in modern humans named HERV-K HML-2 (HK2), and not all humans have the same HK2 viruses in their genomes. One specific uncommon HK2, which lies close to a gene involved in dopaminergic activity in the brain (RASGRF2), is more frequently found in drug addicts and thus is significantly associated with addiction.

The Oxford University and University of Athens research teams have shown that HK2 can manipulate nearby genes. Their study provides strong evidence that uncommon HK2 integrations can be responsible for the unappreciated pathogenic burden of addictive behaviours.

The team analysed samples of Hepatitis C Virus (HCV)-infected patients from the UK and HIV-infected patients from Greece who had become infected according to distinct, known routes of infection (injecting drugs), to determine the frequency of the HK2 integration in individuals. The particular HK2 insertion in the RASGRF2 gene is usually prevalent in 5-10% of the population.

This study shows that people with well-defined addictive behaviour i.e. Persons Who Inject Drugs (PWID) are 2 to 3 times more likely to have the integration of HK2 within RASGRF2 (a gene involved in regulating dopaminergic activity in the brain). It is thus a strong indication that HK2 within RASGRF2 predisposes these people in addictive behaviour.

Professor Katzourakis, from the University of Oxford, who co-directed the study said: 'We know of clear biological roles for a small number of human endogenous retroviruses. However, there has never before been strong evidence in support of a role in human biology of an endogenous retrovirus that is unfixed, in other words not shared by all individuals in the population. Our study shows for the first time that rare variants of HK2 can affect a complex human trait. The replication of this finding in the distinct Athens and Glasgow cohorts is particularly important.'

Dr Magiorkinis, from the University of Athens, who led the study added: 'Most people think these ancient viruses are harmless. From time to time, people have shown overexpression of HK2 in cancer, but it has been difficult to distinguish cause from effect. Back in 2012, following a 20-year controversy regarding their pathogenic roles in humans, we sought to test the high-risk hypothesis that HERVs can be responsible for human disease. Our proposal was supported by the Medical Research Council, and now we have strong proof that HERVs can be pathogenic. For the first time, we are able to make a distinction between cause and effect in HERV pathogenicity.'

The integration of the virus predates the emergence of modern humans, as it has been found in Neanderthal and Denisovan genomes, and therefore it is not the behaviour of PWIDs that determines the presence of the virus. Rather, it is likely that the virus is associated with addictive behaviour. Not all PWIDs carry this virus so there will be many other genetic and behavioural factors involved, but this is an important predictive factor in addiction. Furthermore the researchers' experimental work supports a causal role in the expression of RASGRF2 and hence addiction.

By providing support for a strong genetic predisposition of addictive behaviour, the Oxford research team advocates in support of medical-pharmacological interventions in support of addicts. Their study shows that new sequencing technologies and large genomic projects such as the 100,000 genomes project will deliver enhanced understanding of genetic features that were previously not well-understood.

Dr Magiorkinis said: 'Looking into this "dark" part of the genome will unlock more genomic secrets.'

Most HERVs in the genome are shared by most human individuals. So if you pick two random people and check to see if they have the same HERVs in the same genomic location, it will be there. This is not true of some copies of HK2 there is variation, with certain individuals carrying extra copies in their genomes at distinct locations. Amazingly, it appears there are some rare variants where the integrated virus is 'coding competent'. In other words, it is an unbroken blueprint that could be used to make more viruses which could be active and cause problems to the human host.

HERVs carry signals to manipulate the host's replication machinery, and they do this for their own selfish purposes -- to increase their copy number at the expense of the host. However, if they integrate near a gene, these same signals will affect the expression and function of the gene near which they have integrated. While researchers still have gaps in their understanding of how exactly this happens, the experiments of this research team show that by inserting HK2 within a gene the transcription of the gene was significantly altered.

Since the discovery of HIV and (Human T-Lymphotropic Virus) HTLV, this is the third case in which a human retrovirus has been strongly linked with a harmful effect in humans. In this case, the harmful effect that researchers have identified is a complex behavioural condition. It could be said that this virus is 'conditionally pathogenic' as many individuals could carry it and not suffer negative consequences.

HIV spreads between individuals differences in prevalence of HK2 are largely heritable, although it is possible that some HK2 viruses could still be infectious in the human populations. A very promising area of future research are the interactions between HK2 and other infectious human viruses. It is notable that the two cohorts of PWIDs that the researchers investigated are chronically infected with HIV and HCV respectively.

The researchers hope that by understanding the mechanistic-biochemical features of addictive behaviour better pharmacological targets can be developed for drug development. And as HK2 (the predictive factor) is a retrovirus it is possible that existing drugs could be used as starting points for research into this area.


Assista o vídeo: A INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL E A DESCONFIGURAÇÃO DO. HUMANO. (Junho 2022).


Comentários:

  1. Aegisthus

    espero, está tudo bem

  2. Mabon

    Eu deveria

  3. Frantz

    É incrível! Admiravelmente!

  4. Sarsour

    Isso apenas condicionalidade, não mais

  5. Willimod

    Concordo com todos os itens acima. Podemos nos comunicar sobre este tema. Aqui ou no PM.

  6. Woodley

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  7. Taunris

    Você devolve o relatório, no referido ...



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