Аннотация:
Вирус гепатита В (ВГВ) может вызывать хронический гепатит В (ХГВ) — тяжелое хроническое заболевание печени инфекционной природы. По последним данным официального статистического наблюдения, число больных ХГВ в мире превышает 250 млн человек, а в Российской Федерации составляет около 3 млн человек. Противовирусные препараты (аналоги нуклеоз(т)идов и пегилированный интерферон) подавляют репликацию и транскрипцию вируса, однако не способны полностью элиминировать его из организма. Причиной этого является стабильная форма генома ВГВ — кольцевая ковалентно замкнутая ДНК (ккзДНК), которая представляет из себя компактную минихромосому, экранированную от воздействия противовирусных препаратов. Необходимым шагом для излечения ХГВ является разработка новых терапевтических подходов, направленных на разрушение или инактивацию матриц ккзДНК. Системы сайтспецифических нуклеаз CRISPR/Cas9 способны вносить двуцепочечные разрывы в практически любые заданные участки ДНК. Ранние работы по использованию сайт-специфичных нуклеаз CRISPR/Cas9 для ВГВ продемонстрировали эффективное разрезание ккзДНК, однако деградации всех матриц добиться не удалось. Вероятно, причиной этого являются структурные особенности ккзДНК, которая может существовать в гетерохроматизированном состоянии, недоступном для действия белков-нуклеаз CRISPR/Cas9. Один из активаторов транскрипции, вирусный белок HBx, способен релаксировать структуру ккзДНК, привлекая к ним факторы, ремоделирующие хроматин. Белок HBx активирует транскрипцию ВГВ и способствует расплетению структуры ккзДНК, делая ее более доступной для систем CRISPR/Cas9. В данной работе было изучено влияние белка HBx дикого типа, а также мутантных, более безопасных форм НВх белка (HBxMut, который не взаимодействует с факторами Bcl-2 и Bcl-xL, и HBxNESM, который не вызывает образование активных форм кислорода и не индуцирует двуцепочечные разрывы в геноме) на эффективность систем CRISPR/Cas9. Выяснилось, что Нbх белок и его мутантные формы способны значительно увеличить эффективность систем CRISPR/Cas9, подавляя транскрипцию вирусной прегеномной РНК вплоть до 98[%]. Были определены оптимальные соотношения и концентрации плазмид, кодирующих элементы систем CRISPR/ Cas9 и белков HBx. Кроме того, было показано, что белки HBx в выбранном диапазоне концентраций не вызывают изменений пролиферации и жизнеспособности клеток. Таким образом, совместное действие систем сайт-специфических нуклеаз CRISPR/Cas9 и вирусного белка-активатора HBx значительно подавляет транскрипцию вируса гепатита В.
Chronic hepatitis B is a severe liver disease associated with persistent infection with hepatitis B virus. According to recent estimations, 250 million people in the world are chronically infected, including 3 million chronically infected people in Russia. Antiviral therapeutics (nucleos(t)ide analogues and PEGylated interferon) suppress viral transcription and replication, but do not eliminate the virus from infected cells. The key reason for HBV persistency is a stable form of the viral genome (covalently closed circular DNA, cccDNA) that exists as a minichromosome protected from novel cccDNA-targeting therapeutics. Novel therapeutic approaches aimed at elimination or inactivation of cccDNA are urgently needed. CRISPR/Cas9 systems induce double strand breaks in target sites of DNA sequences. Experiments with CRISPR/Cas9 demonstrated high antiviral activity and efficient cleavage of cccDNA, but a small part of cccDNA pool remains intact. One of the main reasons of incomplete cccDNA elimination might be the structural organization of cccDNA, which persists in a heterochromatinized, very compacted form and is not be accessible to CRISPR/Cas9 systems. Viral protein HBx unwinds cccDNA and regulates cccDNA epigenetically by recruiting transcription-remodeling factors. In this work, we analyzed effects of CRISPR/Cas9 in combination with an HBxencoding plasmid or plasmids encoding mutant forms of HBx (HBxMut, which does not interact with pro-apoptotic factors Bcl-2 и Bcl-xL, and HBxNesm is localized exclusively in the nucleus and does not generate reactive oxygen species and double strand breaks in the genome). We showed that HBx improves CRISPR/Cas9 efficiency, decreasing pregenomic RNA transcription level over 98[%]. Moreover, we analyzed optimal ratios of plasmids encoding CRISPR/ Cas9 and HBx proteins for better antiviral efficacy. Furthermore, we discovered that HBx proteins do not have an effect on proliferation and viability of the transfected cells. In conclusion, CRISPR/Cas9 with HBx proteins exhibit high antiviral effect. Брезгин С.А. Центральный НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора; ГНЦ «Институт иммунологии ФМБА России»
Костюшева А.П. Центральный НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора
Симирский В.Н. Институт биологии развития имени Н.К. Кольцова Российской академии наук
Волчкова Е.В. Московский Государственный Медицинский Университет им. И. М. Сеченова
Чистяков Д.С. Московский Государственный Медицинский Университет им. И. М. Сеченова
Костюшев Д.С. Центральный НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора
Чуланов В.П. Центральный НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора; Московский Государственный Медицинский Университет им. И. М. Сеченова
Центральный НИИ эпидемиологии Роспотребнадзора
Central Research Institute of Epidemiology of The Federal Service for Surveillance on Customers» Rights Protection and Human Well-being
ГНЦ «Институт иммунологии ФМБА России»
Институт биологии развития имени Н.К. Кольцова Российской академии наук
Koltzov Institute of Developmental Biology of Russian Academy of Sciences
Московский Государственный Медицинский Университет им. И. М. Сеченова
I. M. Sechenov Moscow State Medical University
Brezgin S.A. Central Research Institute of Epidemiology of The Federal Service for Surveillance on Customers» Rights Protection and Human Well-being
Kostyusheva A.P. Central Research Institute of Epidemiology of The Federal Service for Surveillance on Customers» Rights Protection and Human Well-being
Simirsky V.N. Koltzov Institute of Developmental Biology of Russian Academy of Sciences
Volchkova E.A. I. M. Sechenov Moscow State Medical University
Chistyakov D.S. I. M. Sechenov Moscow State Medical University
Kostyushev D.S. Central Research Institute of Epidemiology of The Federal Service for Surveillance on Customers» Rights Protection and Human Well-being
Chulanov V.P. Central Research Institute of Epidemiology of The Federal Service for Surveillance on Customers» Rights Protection and Human Well-being; I. M. Sechenov Moscow State Medical University
Suppression of hepatitis b virus by a combined activity of CRISPR/Cas9 and HBx proteins eng
Подавление цикла вируса гепатита в под действием нуклеолитических систем CRISPR/Cas9 и белка HBx
Текст визуальный электронный
Инфекция и иммунитет
SPb RAACI
Т. 9, № 3-4 С. 476-484
2019
белок HBx
мутантные формы белка HBx
вирус гепатита В
вирус гепатита В
hepatitis B virus
hepatitis B virus
кольцевая ковалентно замкнутая ДНК
кольцевая ковалентно замкнутая ДНК
circular covalently closed DNA
circular covalently closed DNA
CRISPR/Cas9
CRISPR/Cas9
CRISPR/Cas9
CRISPR/Cas9
специфичность
specificity
HBx protein
mutant forms of HBx protein
Статья
Вирус гепатита В (ВГВ) может вызывать хронический гепатит В (ХГВ) — тяжелое хроническое заболевание печени инфекционной природы. По последним данным официального статистического наблюдения, число больных ХГВ в мире превышает 250 млн человек, а в Российской Федерации составляет около 3 млн человек. Противовирусные препараты (аналоги нуклеоз(т)идов и пегилированный интерферон) подавляют репликацию и транскрипцию вируса, однако не способны полностью элиминировать его из организма. Причиной этого является стабильная форма генома ВГВ — кольцевая ковалентно замкнутая ДНК (ккзДНК), которая представляет из себя компактную минихромосому, экранированную от воздействия противовирусных препаратов. Необходимым шагом для излечения ХГВ является разработка новых терапевтических подходов, направленных на разрушение или инактивацию матриц ккзДНК. Системы сайтспецифических нуклеаз CRISPR/Cas9 способны вносить двуцепочечные разрывы в практически любые заданные участки ДНК. Ранние работы по использованию сайт-специфичных нуклеаз CRISPR/Cas9 для ВГВ продемонстрировали эффективное разрезание ккзДНК, однако деградации всех матриц добиться не удалось. Вероятно, причиной этого являются структурные особенности ккзДНК, которая может существовать в гетерохроматизированном состоянии, недоступном для действия белков-нуклеаз CRISPR/Cas9. Один из активаторов транскрипции, вирусный белок HBx, способен релаксировать структуру ккзДНК, привлекая к ним факторы, ремоделирующие хроматин. Белок HBx активирует транскрипцию ВГВ и способствует расплетению структуры ккзДНК, делая ее более доступной для систем CRISPR/Cas9. В данной работе было изучено влияние белка HBx дикого типа, а также мутантных, более безопасных форм НВх белка (HBxMut, который не взаимодействует с факторами Bcl-2 и Bcl-xL, и HBxNESM, который не вызывает образование активных форм кислорода и не индуцирует двуцепочечные разрывы в геноме) на эффективность систем CRISPR/Cas9. Выяснилось, что Нbх белок и его мутантные формы способны значительно увеличить эффективность систем CRISPR/Cas9, подавляя транскрипцию вирусной прегеномной РНК вплоть до 98[%]. Были определены оптимальные соотношения и концентрации плазмид, кодирующих элементы систем CRISPR/ Cas9 и белков HBx. Кроме того, было показано, что белки HBx в выбранном диапазоне концентраций не вызывают изменений пролиферации и жизнеспособности клеток. Таким образом, совместное действие систем сайт-специфических нуклеаз CRISPR/Cas9 и вирусного белка-активатора HBx значительно подавляет транскрипцию вируса гепатита В.
Chronic hepatitis B is a severe liver disease associated with persistent infection with hepatitis B virus. According to recent estimations, 250 million people in the world are chronically infected, including 3 million chronically infected people in Russia. Antiviral therapeutics (nucleos(t)ide analogues and PEGylated interferon) suppress viral transcription and replication, but do not eliminate the virus from infected cells. The key reason for HBV persistency is a stable form of the viral genome (covalently closed circular DNA, cccDNA) that exists as a minichromosome protected from novel cccDNA-targeting therapeutics. Novel therapeutic approaches aimed at elimination or inactivation of cccDNA are urgently needed. CRISPR/Cas9 systems induce double strand breaks in target sites of DNA sequences. Experiments with CRISPR/Cas9 demonstrated high antiviral activity and efficient cleavage of cccDNA, but a small part of cccDNA pool remains intact. One of the main reasons of incomplete cccDNA elimination might be the structural organization of cccDNA, which persists in a heterochromatinized, very compacted form and is not be accessible to CRISPR/Cas9 systems. Viral protein HBx unwinds cccDNA and regulates cccDNA epigenetically by recruiting transcription-remodeling factors. In this work, we analyzed effects of CRISPR/Cas9 in combination with an HBxencoding plasmid or plasmids encoding mutant forms of HBx (HBxMut, which does not interact with pro-apoptotic factors Bcl-2 и Bcl-xL, and HBxNesm is localized exclusively in the nucleus and does not generate reactive oxygen species and double strand breaks in the genome). We showed that HBx improves CRISPR/Cas9 efficiency, decreasing pregenomic RNA transcription level over 98[%]. Moreover, we analyzed optimal ratios of plasmids encoding CRISPR/ Cas9 and HBx proteins for better antiviral efficacy. Furthermore, we discovered that HBx proteins do not have an effect on proliferation and viability of the transfected cells. In conclusion, CRISPR/Cas9 with HBx proteins exhibit high antiviral effect.