Биохимические особенности геноварианта 1а2 парвовируса B19, доминирующего во время подъемов заболеваемости в Беларуси

Среди штаммов парвовируса человека В19 (В19Р) субгенотипа 1а известно два геноварианта – 1а1, 1а2, из которых преимущественное распространение в период подъема заболеваемости в Беларуси получил 1а2. Целью данного исследования являлся сравнительный анализ аминокислотной изменчивости и направления мутационного давления в разных участках генома штаммов В19Р, относящихся к геновариантам 1а1 и 1а2.

Результаты изучения консенсусных аминокислотных последовательностей геновариантов В19Р и моделей трехмерного строения фрагментов белков показали, что в области главного неструктурного белка NS1 у геноварианта 1а2 имеются две уникальные аминокислотные замены – I181M и E114G, одна из которых (E114G) находится в непосредственной близости к ДНК-связывающему домену, ответственному за прикрепление к участку начала репликации (OBD), и может влиять на скорость репликации и транскрипции вируса. В структурном полипептиде VP геноварианта 1а2 найдено три уникальные аминокислотные замены: V30L, S98N, N533S. Две из них располагаются в наиболее иммуногенном фрагменте VP1u, что позволяет геноварианту 1а2 уходить от иммунного ответа. Изучение направления мутационного давления выявило снижение частоты возникновения трансверсий G на T во второй рамке считывания у геноварианта 1а2, что отражает более высокую скорость транскрипции вследствие аминокислотной замены в белке OBD.

Выявленные различия в структуре антигенных сайтов и системе репликации и транскрипции между различными геновариантами В19Р субгенотипа 1а могут обеспечить повышенный «фитнес» геноварианта 1а2 и его преимущественное распространение в период подъема заболеваемости.

1. Rationalization and extension of the taxonomy of the family Parvoviridae / S. F. Cotmore [et al.] // ICTV Official Taxonomy: Updates since the 8th Report, code 2013.001a-aaaV / International Committee on Taxonomy of Viruses (ICTV). – Washington, 2013. – 65 р.

2. Heegaard, E. D. Human parvovirus B19 / E. D. Heegaard, K. E. Brown // Clin. Microbiol. Rev. – 2002. - Vol. 15, N 3. – P. 485–505. https://doi.org/10.1128/cmr.15.3.485-505.2002

3. Role of capsid proteins in parvoviruses infection / M. Tu [et al.] // Virol. J. – 2015. – Vol. 12, N 1. – Art. 114. https://doi. org/10.1186/s12985-015-0344-y

4. ICTV Virus Taxonomy Profile: Parvoviridae. ICTV Report Consortium / S. F. Cotmore [et al.] // J. Gen. Virol. – 2019. – Vol. 100, N 3. – P. 367–368. https://doi.org/10.1099/jgv.0.001212

5. The effects of the 11 kDa protein and the putative X protein on the p6 promoter activity of parvovirus B19 in Hela cells / Y. Dong [et al.] // Virus Genes. – 2013. – Vol. 46, N 1. – P. 167–169. https://doi.org/10.1007/s11262-012-0839-1

6. Parvovirus B19 genome as a single, two-state replicative and transcriptional unit / F. Bonvicini [et al.] // Virology. – 2006. – Vol. 347, N 2. – P. 447–454. https://doi.org/10.1016/j.virol.2005.12.014

7. Functional analysis and quantitative determination of the expression profile of human parvovirus B19 / F. Bonvicini [et al.] // Virology. – 2008. – Vol. 381, N 2. – P. 168–177. https://doi.org/10.1016/j.virol.2008.09.002

8. Molecular and functional analyses of a human parvovirus B19 infectious clone demonstrates essential roles for NS1, VP1, and the 11-kilodalton protein in virus replication and infectivity / N. Zhi [et al.] // J. Virol. – 2006. – Vol. 80, N 12. – P. 5941–5950. https://doi.org/10.1128/JVI.02430-05

9. Human parvovirus B19 nonstructural protein (NS1) induces cell cycle arrest at G(1) phase / E. Morita [et al.] // J. Virol. – 2003. – Vol. 77, N 5. – P. 2915–2921. https://doi.org/10.1128/jvi.77.5.2915-2921.2003

10. Human parvovirus B19 causes cell cycle arrest of human erythroid progenitors via deregulation of the E2F family of transcription factors / Z. Wan [et al.] // J. Clin. Invest. – 2010. – Vol. 120, N 10. – P. 3530–3544. https://doi.org/10.1172/JCI41805

11. Kaufmann, B. The structure of human parvovirus B19 / B. Kaufmann, A. A. Simpson, M. G. Rossmann // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. – 2004. – Vol. 101, N 32. – P. 11628–11633. https://doi.org/10.1073/pnas.0402992101

12. The VP1-unique region of parvovirus B19: amino acid variability and antigenic stability / S. Dorsch [et al.] // J. Gen. Virol. – 2001. – Vol. 82, N 1. – P. 191–199. https://doi.org/10.1099/0022-1317-82-1-191

13. Peptides derived from the unique region of B19 parvovirus minor capsid protein elicit neutralizing antibodies in rabbits / S. Anderson [et al.] // Virology. – 1995. – Vol. 206, N 1. – P. 626–632. https://doi.org/10.1016/s0042-6822(95)80079-4

14. Identification of immunodominant peptide in the parvovirus B19 VP1 unique region able to elicit a longlasting immune response in humans / E. Zuffi [et al.] // Viral Immunol. – 2001. – Vol. 14, N 2. – P. 151–158. https://doi.org/10.1089/088282401750234529

15. A viral phospholipase A2 is required for parvovirus infectivity / Z. Zádori [et al.] // Dev. Cell. – 2001. – Vol. 1, N 2. – P. 291–302. https://doi.org/10.1016/s1534-5807(01)00031-4

16. VP1u phospholipase activity is critical for infectivity of full-length parvovirus B19 genomic clones / C. Filippone [et al.] // Virology. – 2008. – Vol. 374, N 2. – P. 444–452. https://doi.org/10.1016/j.virol.2008.01.002

17. The determinants for the enzyme activity of human parvovirus B19 phospholipase A2 (PLA2) and its influence on cultured cells / X. Deng [et al.] // PLoS ONE. – 2013. – Vol. 8, N 4. – P. e61440. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0061440

18. Visualization of the externalized VP2 N termini of infectious human parvovirus B19 / B. Kaufmann [et al.] // J. Virol. – 2008. – Vol. 82, N 15. – P. 7306–7312. https://doi.org/10.1128/JVI.00512-08

19. Genetic diversity within human erythroviruses: identification of three genotypes / A. Servant [et al.] // J. Virol. – 2002. – Vol. 76, N 18. – P. 9124–9134. https://doi.org/10.1128/jvi.76.18.9124-9134.2002

20. Phylogenetic analysis of human parvovirus B19, indicating two subgroups of genotype 1 in Vietnamese patients / N. L. Toan [et al.] // J. Gen. Virol. – 2006. – Vol. 87, N 10. – P. 2941–2949. https://doi.org/10.1099/vir.0.82037-0

21. Identification and genetic diversity of two human parvovirus B19 genotype 3 subtypes / A. Parsyan [et al.] // J. Gen. Virol. – 2007. – Vol. 88, N 2. – P. 428–431. https://doi.org/10.1099/vir.0.82496-0

22. Insights into epidemiology of human parvovirus B19 and detection of an unusual genotype 2 variant, Bulgaria, 2004 to 2013 / S. K. Ivanova [et al.] // Eurosurveill. – 2016. – Vol. 21, N 4. – Pii 30116. https://doi.org/10.2807/1560-7917. ES.2016.21.4.30116

23. Global co-existence of two evolutionary lineages of parvovirus B19 1a, different in genome-wide synonymous positions / M. W. A. Molenaar-de Backer [et al.] // PLoS ONE. – 2012. – Vol. 7, N 8. – P. e43206. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0043206

24. Molecular and phylogenetic analyses of human parvovirus B19 isolated from Brazilian patients with sickle cell disease and β-thalassemia major and healthy blood donors / S. N. Slavov [et al.] // J. Med. Virol. – 2012. – Vol. 84, N 10. – P. 1652–1665. https://doi.org/10.1002/jmv.23358

25. Human parvovirus B19 surveillance in patients with rash and fever from Belarus / M. A. Yermalovich [et al.] // J. Med. Virol. – 2012. – Vol. 84, N 6. – P. 973–978. https://doi.org/10.1002/jmv.23294

26. Ермолович, М. А. Генетические варианты парвовируса B19, циркулирующие в Беларуси в течение эпидемического цикла инфекции, 2005–2016 годы / М. А. Ермолович, Г. В. Семейко, Е. О. Самойлович // Bес. Нац. акад. Беларусi. Сер. мед. навук. – 2019. – Т. 16, № 1. – С. 35–45.

27. Swiss-model: homology modelling of protein structures and complexes / A. Waterhouse [et al.] // Nucl. Acids Res. – 2018. – Vol. 46, N W1. – P. W296–W303. https://doi.org/10.1093/nar/gky427

28. Hwang, S. DP-Bind: a web server for sequence-based prediction of DNA-binding residues in DNA-binding proteins / S. Hwang, Z. Gou, I. B. Kuznetsov // Bioinformatics. – 2007. – Vol. 23, N 5. – P. 634–636. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btl672

29. Transcription-associated mutational pressure in the parvovirus B19 genome: reactivated genomes contribute to the variability of viral populations / V. V. Khrustalev [et al.] // J. Theor. Biol. – 2017. – Vol. 435. – P. 199–207. https://doi.org/10.1016/j.jtbi.2017.09.019

30. Khrustalev, V. V. Amino acid content of beta strands and alpha helices depends on their flanking secondary structure elements / V. V. Khrustalev, T. A. Khrustaleva, V. V. Poboinev // Biosystems. – 2018. – Vol. 168. – P. 45–54. https://doi.org/10.1016/j.biosystems.2018.04.002

31. Structural studies of AAV2 Rep68 reveal a partially structured linker and compact domain conformation / F. N. Musayev [et al.] // Biochemistry. – 2015. – Vol. 54, N 38. – P. 5907–5919. https://doi.org/10.1021/acs.biochem.5b00610

32. Gros, L. Enzymology of the repair of free radicals-induced DNA damage / L. Gros, M. K. Saparbaev, J. Laval // Oncogene. – 2002. – Vol. 21, N 58. – P. 8905–8925. https://doi.org/10.1038/sj.onc.1206005

33. Control of adeno-associated virus type 2 cap gene expression: relative influence of helper virus, terminal repeats, and rep proteins / S. Weger [et al.] // J. Virol. – 1997. – Vol. 71, N 11. – P. 8437–8447. https://doi.org/10.1128/jvi.71.11.8437-8447.1997

34. The adeno-associated virus type 2 regulatory proteins rep78 and rep68 interact with the transcriptional coactivator PC4 / S. Weger [et al.] // J. Virol. – 1999. – Vol. 73, N 1. – P. 260–269. https://doi.org/10.1128/jvi.73.1.260-269.1999

35. Nonstructural protein of parvoviruses B19 and minute virus of mice controls transcription / C. Doerig [et al.] // J. Virol. – 1990. – Vol. 64, N 1. – P. 387–396. https://doi.org/10.1128/jvi.64.1.387-396.1990

36. NS1 protein of parvovirus B19 interacts directly with DNA sequences of the P6 promoter and with the cellular transcription factors Sp1/Sp3 / U. Raab [et al.] // Virology. – 2002. – Vol. 293, N 1. – P. 86–93. https://doi.org/10.1006/viro.2001.1285