Mpox 2022: mutacje APOBEC3 mogły odpowiadać za osłabienie linii B.1 wirusa

Linia B.1 kladu IIb MPXV (monkeypox virus), wirusa wywołującego mpox i odpowiedzialnego za ogólnoświatową epidemię w 2022 roku, wykazywała mniejszą zjadliwość niż najbliższy genetycznie wcześniejszy wirus linii A.1 – wynika z badania opublikowanego w Nature Communications. Naukowcy wykazali, że mimo zaledwie 46 różnic nukleotydowych pomiędzy badanymi wirusami ich właściwości biologiczne istotnie się różniły. Autorzy wskazują na rolę zmian związanych z aktywnością APOBEC3 i rozważają możliwość, że osłabienie zjadliwości wirusa mogło paradoksalnie sprzyjać jego niezauważonemu szerzeniu się w populacji.

W artykule:

• Jak porównano linię B.1 z wcześniejszym wirusem linii A.1?
• Jakie znaczenie mogło mieć 46 różnic nukleotydowych?
• Jak różniły się właściwości wirusów i ich oddziaływanie z odpornością wrodzoną?
• Co wykazały doświadczenia w modelu mysim?
• Jaką rolę w ewolucji MPXV mogły odgrywać APOBEC3?
• Czy mniejsza zjadliwość mogła sprzyjać transmisji?

Linia B.1 związana z ogólnoświatową epidemią mpox w 2022 roku

Zespół badaczy pod kierunkiem prof. Carlosa Maluquera de Motesa z University of Surrey analizował linię B.1 należącą do kladu IIb MPXV. To właśnie wirusy tej linii były związane z ogólnoświatowym szerzeniem się mpox rozpoczętym w 2022 roku.

Naukowcy porównali wirusa linii B.1 z jego najbliższym genetycznie wcześniejszym odpowiednikiem należącym do linii A.1. Celem było ustalenie, czy stosunkowo niewielka liczba zmian w genomie mogła wiązać się ze zmianami fenotypowymi, w tym ze zdolnością wirusa do rozprzestrzeniania się, modulowania odpowiedzi immunologicznej gospodarza oraz wywoływania choroby.

Badanie miało przede wszystkim charakter mechanistyczny. Nie była to analiza kliniczna porównująca przebieg mpox w dwóch grupach pacjentów, lecz eksperymentalne porównanie właściwości dwóch blisko spokrewnionych wirusów, obejmujące badania w hodowlach komórkowych oraz modelu mysim.

Niewielka liczba zmian genetycznych, wyraźne różnice fenotypowe

Jednym z kluczowych wyników badania była niewielka liczba różnic genetycznych pomiędzy analizowanymi wirusami. W genomie liczącym około 197 tys. nukleotydów zidentyfikowano 46 różnic pomiędzy B.1 a A.1.

Mimo stosunkowo niewielkiej liczby zmian linia B.1 wykazywała cechy atenuacji, czyli osłabienia właściwości związanych ze zjadliwością wirusa. Autorzy pracy wskazują, że zmiany te obejmowały kilka różnych elementów jego fenotypu.

Co istotne, oba wirusy replikowały się na porównywalnym poziomie w hodowlach komórkowych. Nie można więc stwierdzić, że B.1 była po prostu wirusem o ogólnie mniejszej zdolności do namnażania. Różnica dotyczyła między innymi rozprzestrzeniania się wirusa na większą odległość w hodowli komórkowej, które w przypadku B.1 było upośledzone.

Badacze powiązali ten fenotyp ze zmianą E353K w białku kodowanym przez gen OPG057, znany również jako F13L. Mutacja ta należała do zmian mających charakterystyczną sygnaturę edycji APOBEC3.

Linia B.1 słabiej kontrolowała odpowiedź odporności wrodzonej

Badacze stwierdzili również różnice w oddziaływaniu analizowanych wirusów z mechanizmami odporności wrodzonej gospodarza.

Zakażenie wirusem B.1 wiązało się z większą ekspresją interferonu beta (IFN-β) oraz genów uczestniczących w szlakach sygnałowych odporności wrodzonej. Oznacza to, że B.1 wykazywała mniejszą zdolność do tłumienia części przeciwwirusowej odpowiedzi komórkowej niż wcześniejszy wirus linii A.1.

Linia B.1 miała również ograniczoną zdolność hamowania odpowiedzi zależnej od interleukiny 1 beta (IL-1β). Autorzy powiązali tę właściwość ze zmianą R48C w OPG047, określanym również jako F3L. Także w tym przypadku była to mutacja związana z edycją APOBEC3.

Wyniki wskazują więc, że niewielka liczba zmian w genomie MPXV mogła mieć konsekwencje dla kilku mechanizmów odpowiedzialnych za interakcję wirusa z komórkami gospodarza.

Mniejsza zjadliwość B.1 w modelu mysim

Kolejnym etapem pracy były badania w modelu mysim zakażenia MPXV. W doświadczeniach tych wirus linii B.1 wykazywał mniejszą zjadliwość niż wcześniejszy wirus linii A.1.

Wyniki uzyskane in vivo były zatem zgodne z obserwowanymi zmianami fenotypowymi dotyczącymi rozprzestrzeniania wirusa oraz jego zdolności do przeciwdziałania mechanizmom odporności wrodzonej.

Należy jednak zachować właściwe rozróżnienie między wynikami badań przedklinicznych a przebiegiem zakażenia u ludzi. Doświadczenie w modelu mysim dostarcza dowodów na różnice biologiczne między analizowanymi wirusami, ale nie jest równoznaczne z bezpośrednim porównaniem ciężkości mpox wywołanej przez B.1 i A.1 w dwóch grupach pacjentów.

APOBEC3 jako jeden z mechanizmów zmian ewolucyjnych MPXV

Szczególną uwagę badacze poświęcili rodzinie białek APOBEC3. Są to komórkowe enzymy uczestniczące między innymi w mechanizmach obrony przeciwwirusowej, które mogą powodować charakterystyczne zmiany w materiale genetycznym wirusów.

Autorzy wskazują, że rozwój linii B.1 był związany z mikroewolucją napędzaną przez APOBEC3. Część zmian odróżniających B.1 od wcześniejszych wirusów linii A miała charakterystyczną sygnaturę takiej edycji.

Badanie pokazuje, że aktywność APOBEC3 może być nie tylko śladem oddziaływania układu odpornościowego gospodarza na wirusa, lecz również jednym z mechanizmów prowadzących do zmian jego fenotypu. Autorzy uznają, że proces ten może uczestniczyć w ewolucji poszczególnych kladów MPXV i wpływać na ich wzajemną konkurencję.

Jednocześnie badacze zwracają uwagę, że mutacje powodujące osłabienie analizowanego wirusa B.1 nie występowały w równolegle krążących wirusach kladu IIb związanych z ogniskami o cięższym przebiegu. Podkreśla to znaczenie dalszego nadzoru genomowego połączonego z badaniami funkcjonalnymi.

Czy mniejsza zjadliwość mogła ułatwiać transmisję?

Autorzy pracy rozważają również możliwość, że osłabienie wirusa mogło paradoksalnie sprzyjać jego rozprzestrzenianiu się w populacji.

Hipoteza ta zakłada, że mniej nasilona choroba mogła sprawiać, iż część zakażonych osób przez dłuższy czas pozostawała aktywna i miała kontakty z innymi osobami przed rozpoznaniem zakażenia. Mogłoby to zwiększać możliwości dalszego przenoszenia wirusa i sprzyjać jego szerzeniu się pomiędzy krajami.

Badanie nie dowodzi jednak, że mniejsza zjadliwość była przyczyną ogólnoświatowego rozprzestrzenienia się linii B.1. Jest to mechanistyczna hipoteza przedstawiona przez autorów, która może pomagać w interpretacji obserwowanego przebiegu epidemii, ale wymaga odróżnienia od bezpośrednio wykazanych wyników eksperymentalnych.

Bezpośrednio wykazano natomiast różnice fenotypowe pomiędzy B.1 i A.1, obejmujące między innymi rozprzestrzenianie się wirusa w hodowli komórkowej, wpływ na mechanizmy odporności wrodzonej oraz zjadliwość w modelu mysim.

Znaczenie dla nadzoru nad MPXV

Badanie wskazuje, że sama liczba zmian nukleotydowych nie wystarcza do oceny ich biologicznego znaczenia. Stosunkowo niewielka liczba różnic genetycznych może wpływać na kilka istotnych właściwości wirusa, dlatego dane pochodzące z sekwencjonowania powinny być, kiedy jest to możliwe, uzupełniane badaniami funkcjonalnymi.

Ma to znaczenie dla nadzoru nad MPXV, ponieważ poszczególne linie mogą różnić się właściwościami biologicznymi mimo bliskiego pokrewieństwa genetycznego. Monitorowanie nowych wariantów powinno zatem obejmować nie tylko identyfikację mutacji, lecz również ocenę ich potencjalnego wpływu na zjadliwość, ucieczkę przed odpowiedzią immunologiczną i inne cechy fenotypowe.

Autorzy podkreślają również, że dalsza transmisja MPXV między ludźmi tworzy warunki do jego dalszej ewolucji. Wyniki pracy wskazują APOBEC3 jako jeden z mechanizmów mogących uczestniczyć w tym procesie.