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內源性反轉錄病毒

二月 08, 2024

內源性反轉錄病毒（Endogenous retrovirus，簡稱ERV）是脊椎動物基因組中的一類具有長末端重複序列（LTR）的基因元件，與LTR反轉錄轉座子非常相似，但除了gag與pol兩基因外還多了編碼包膜蛋白的env基因，可能源於千萬年前感染細胞的反轉錄病毒，這些反轉錄病毒整合進宿主細胞基因組中，大部分已累積許多突變而不再能組裝成完整病毒顆粒，僅能透過細胞複製垂直傳播而不能在細胞間水平傳播，許多甚至已丟失了開放閱讀框，只剩兩側的LTR[1]，不過有些仍能表現病毒蛋白，甚至有能組裝成顆粒感染其他細胞者[2]。細胞中有許多機制可抑制內源性反轉錄病毒的基因表現，但這些序列仍可能在生殖細胞中與發育早期的胚胎裡轉錄，進而複製增殖，內源性反轉錄病毒的過度表現可能與一些癌症與神經退化性疾病有關[3]。

各種內源性反轉錄病毒的分類關係

反轉錄病毒丟失env基因後可能轉為LTR反轉錄轉座子，反之LTR反轉錄轉座子獲得env基因後可能轉為反轉錄病毒[4]，不過文獻中常見混用兩者的狀況，且許多內源性反轉錄病毒丟失了編碼蛋白的序列，有些LTR反轉錄轉座子新獲得類似env蛋白的序列，使兩者差異更趨模糊[4]。有研究發現內源性反轉錄病毒丟失env基因而轉為反轉錄轉座子後，雖不能作為病毒感染其他細胞，但在基因組中增殖的能力大大增加[5]。

實例 编辑

人類基因組序列中有約5%至8%為內源性反轉錄病毒[6][7]，可分為30至40個基因家族，並可依序列歸為三型，第一型人類內源性反轉錄病毒（HERV）與Γ反轉錄病毒屬和Ε反轉錄病毒屬接近，第二型HERV與Β反轉錄病毒屬接近，第三型HERV則與泡沫反轉錄病毒接近[8]。HERV-K（英语：Human endogenous retrovirus K）（屬第二型HERV）約在數百萬年前進入靈長類基因組[9]，現在人類基因組中約有數百個HERV-K，有些尚有完整的開放閱讀框，在胚胎發育與某些疾病中可生成蛋白質[10][11]。另外還有HERV-T、HERV-L（最古老、存在於許多哺乳類類群中，但無發現env序列）、HERV-H（數量最多的HERV）、HERV-W（英语：Human Endogenous Retrovirus-W）（env基因被細胞用來編碼合胞素-1）[12]。小鼠基因組中的內源性反轉錄病毒則包括與小鼠白血病病毒（英语：Murine leukemia virus）相關的元件、與鼠乳腺癌病毒（英语：Mouse mammary tumor virus）相關的元件（如IAP元件）、MusD2/ETn元件和MuERV-L元件等[13]。豬基因組的內源性反轉錄病毒（porcine endogenous retroviruses，PERV）分為PERVA、PERVB與PERVC三型，其中有些可能仍保有組成病毒顆粒以感染其他細胞的能力[14]，為過去進行異種器官移植（將豬的器官移植到病人身上）的一項隱憂，2017年有研究人員成功以CRISPR將豬基因組中所有內源性反轉錄病毒都去活化，以避免它們跨物種感染病患[15]。

影響基因表現 编辑

有些內源性反轉錄病毒和LTR反轉錄轉座子被細胞用作調控自身基因表現的一種方式[16][17]。LTR序列插入基因的5'後可能被用作啟動子或強化子影響基因表現，在某些案例中甚至可影響下游約70kb處基因的表現[18][19]。人類AMY1C（英语：AMY1C）基因的啟動子中即有完整的內源性反轉錄病毒序列，可調控其在唾腺的表現[20]；BAAT（英语：Bile acid-CoA:amino acid N-acyltransferase）基因主要的啟動子也是來自內源性反轉錄病毒的LTR[21]。有些案例中，內源性反轉錄病毒的序列成為基因新的啟動子，進而影響基因表現的組織種類，生殖組織中即有許多此類案例[22]，例如編碼芳香化酶的CYP19基因在大部分哺乳類中表現於腦部與生殖器官，但在靈長類中，因內源性反轉錄病毒LTR的插入而可在胎盤細胞中轉錄出一個5端序列卻有差異的mRNA（transcript variant），進而在胎盤中表現蛋白，影響懷孕時雌激素的水平[19]。NOS3（英语：ndothelial NOS）、IL2RB（英语：IL2RB）和HSD17B1（英语：HSD17B1）也都由啟動子的LTR序列調控其在胎盤的表現[21][23]，這些現象顯示LTR可能可與胎盤表現的轉錄因子結合，也能是胎盤DNA缺乏甲基化而不抑制其表現所致[24]。另外有假說認為胚胎中深入胎盤的滋胚層細胞可能利用內源性反轉錄病毒抑制母體的免疫反應，以避免受到母體免疫細胞的攻擊，此機制可能對胎生的演化相當重要[25]。

除了影響基因表現，內源性反轉錄病毒還可能與宿主DNA重組成新的基因，例如新大陸猴與舊大陸猴的IRGM基因開放閱讀框因Alu元件的插入而被破壞，使其成為不能編碼蛋白的偽基因，但在大猩猩等人科動物基因組中，內源性反轉錄病毒ERV9的插入將其開放閱讀框恢復，使其可編碼蛋白[26]；人類的內源性反轉錄病毒HERV-W（英语：Human Endogenous Retrovirus-W）雖已不具完整序列，但其env基因被細胞用來編碼合胞素1，在胚胎的合胞體滋胚層（胎盤外層入侵子宮內膜的細胞）中表現。

參考文獻 编辑

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二月 08, 2024
內源性反轉錄病毒, endogenous, retrovirus, 簡稱erv, 是脊椎動物基因組中的一類具有長末端重複序列, 的基因元件, 與ltr反轉錄轉座子非常相似, 但除了gag與pol兩基因外還多了編碼包膜蛋白的env基因, 可能源於千萬年前感染細胞的反轉錄病毒, 這些反轉錄病毒整合進宿主細胞基因組中, 大部分已累積許多突變而不再能組裝成完整病毒顆粒, 僅能透過細胞複製垂直傳播而不能在細胞間水平傳播, 許多甚至已丟失了開放閱讀框, 只剩兩側的ltr, 不過有些仍能表現病毒蛋白, 甚至有能組裝成顆粒感染其他. 內源性反轉錄病毒 Endogenous retrovirus 簡稱ERV 是脊椎動物基因組中的一類具有長末端重複序列 LTR 的基因元件 與LTR反轉錄轉座子非常相似 但除了gag與pol兩基因外還多了編碼包膜蛋白的env基因 可能源於千萬年前感染細胞的反轉錄病毒 這些反轉錄病毒整合進宿主細胞基因組中 大部分已累積許多突變而不再能組裝成完整病毒顆粒 僅能透過細胞複製垂直傳播而不能在細胞間水平傳播 許多甚至已丟失了開放閱讀框 只剩兩側的LTR 1 不過有些仍能表現病毒蛋白 甚至有能組裝成顆粒感染其他細胞者 2 細胞中有許多機制可抑制內源性反轉錄病毒的基因表現 但這些序列仍可能在生殖細胞中與發育早期的胚胎裡轉錄 進而複製增殖 內源性反轉錄病毒的過度表現可能與一些癌症與神經退化性疾病有關 3 各種內源性反轉錄病毒的分類關係反轉錄病毒丟失env基因後可能轉為LTR反轉錄轉座子 反之LTR反轉錄轉座子獲得env基因後可能轉為反轉錄病毒 4 不過文獻中常見混用兩者的狀況 且許多內源性反轉錄病毒丟失了編碼蛋白的序列 有些LTR反轉錄轉座子新獲得類似env蛋白的序列 使兩者差異更趨模糊 4 有研究發現內源性反轉錄病毒丟失env基因而轉為反轉錄轉座子後 雖不能作為病毒感染其他細胞 但在基因組中增殖的能力大大增加 5 實例 编辑人類基因組序列中有約5 至8 為內源性反轉錄病毒 6 7 可分為30至40個基因家族 並可依序列歸為三型 第一型人類內源性反轉錄病毒 HERV 與G反轉錄病毒屬和E反轉錄病毒屬接近 第二型HERV與B反轉錄病毒屬接近 第三型HERV則與泡沫反轉錄病毒接近 8 HERV K 英语 Human endogenous retrovirus K 屬第二型HERV 約在數百萬年前進入靈長類基因組 9 現在人類基因組中約有數百個HERV K 有些尚有完整的開放閱讀框 在胚胎發育與某些疾病中可生成蛋白質 10 11 另外還有HERV T HERV L 最古老 存在於許多哺乳類類群中 但無發現env序列 HERV H 數量最多的HERV HERV W 英语 Human Endogenous Retrovirus W env基因被細胞用來編碼合胞素 1 12 小鼠基因組中的內源性反轉錄病毒則包括與小鼠白血病病毒 英语 Murine leukemia virus 相關的元件 與鼠乳腺癌病毒 英语 Mouse mammary tumor virus 相關的元件 如IAP元件 MusD2 ETn元件和MuERV L元件等 13 豬基因組的內源性反轉錄病毒 porcine endogenous retroviruses PERV 分為PERVA PERVB與PERVC三型 其中有些可能仍保有組成病毒顆粒以感染其他細胞的能力 14 為過去進行異種器官移植 將豬的器官移植到病人身上 的一項隱憂 2017年有研究人員成功以CRISPR將豬基因組中所有內源性反轉錄病毒都去活化 以避免它們跨物種感染病患 15 影響基因表現 编辑有些內源性反轉錄病毒和LTR反轉錄轉座子被細胞用作調控自身基因表現的一種方式 16 17 LTR序列插入基因的5 後可能被用作啟動子或強化子影響基因表現 在某些案例中甚至可影響下游約70kb處基因的表現 18 19 人類AMY1C 英语 AMY1C 基因的啟動子中即有完整的內源性反轉錄病毒序列 可調控其在唾腺的表現 20 BAAT 英语 Bile acid CoA amino acid N acyltransferase 基因主要的啟動子也是來自內源性反轉錄病毒的LTR 21 有些案例中 內源性反轉錄病毒的序列成為基因新的啟動子 進而影響基因表現的組織種類 生殖組織中即有許多此類案例 22 例如編碼芳香化酶的CYP19基因在大部分哺乳類中表現於腦部與生殖器官 但在靈長類中 因內源性反轉錄病毒LTR的插入而可在胎盤細胞中轉錄出一個5端序列卻有差異的mRNA transcript variant 進而在胎盤中表現蛋白 影響懷孕時雌激素的水平 19 NOS3 英语 ndothelial NOS IL2RB 英语 IL2RB 和HSD17B1 英语 HSD17B1 也都由啟動子的LTR序列調控其在胎盤的表現 21 23 這些現象顯示LTR可能可與胎盤表現的轉錄因子結合 也能是胎盤DNA缺乏甲基化而不抑制其表現所致 24 另外有假說認為胚胎中深入胎盤的滋胚層細胞可能利用內源性反轉錄病毒抑制母體的免疫反應 以避免受到母體免疫細胞的攻擊 此機制可能對胎生的演化相當重要 25 除了影響基因表現 內源性反轉錄病毒還可能與宿主DNA重組成新的基因 例如新大陸猴與舊大陸猴的IRGM基因開放閱讀框因Alu元件的插入而被破壞 使其成為不能編碼蛋白的偽基因 但在大猩猩等人科動物基因組中 內源性反轉錄病毒ERV9的插入將其開放閱讀框恢復 使其可編碼蛋白 26 人類的內源性反轉錄病毒HERV W 英语 Human Endogenous Retrovirus W 雖已不具完整序列 但其env基因被細胞用來編碼合胞素1 在胚胎的合胞體滋胚層 胎盤外層入侵子宮內膜的細胞 中表現 參考文獻 编辑 Ishak Charles A De Carvalho Daniel D Reactivation of Endogenous Retroelements in Cancer Development and Therapy Annual Review of Cancer Biology 2020 4 159 176 doi 10 1146 annurev cancerbio 030419 033525 van der Laan LJ Lockey C Griffeth BC Frasier FS Wilson CA Onions DE et al Infection by porcine endogenous retrovirus after islet xenotransplantation in SCID mice Nature 2000 407 6800 90 4 PMID 10993079 doi 10 1038 35024089 Meyer TJ Rosenkrantz JL Carbone L Chavez SL Endogenous Retroviruses With Us and against Us Front Chem 2017 5 23 PMC 5384584 nbsp PMID 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