Problems of VirologyProblems of VirologyВопросы вирусологии0507-40882411-2097Central Research Institute for Epidemiology25510.36233/0507-4088-2019-64-6-281-290ORIGINAL RESEARCHESОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯAnalysis of HIV-1 (Human immunodeficiency virus-1, Lentivirus, Orthoretrovirinae, Retroviridae) Nef protein polymorphism of variants circulating in the former USSR countriesАнализ полиморфизма белка Nef вариантов ВИЧ-1 (Human immunodeficiency virus-1, Lentivirus, Orthoretrovirinae, Retroviridae), циркулирующих в странах бывшего СССРhttps://orcid.org/0000-0002-9316-1975GromovK. B.ГромовК. Б.
Russian Federation

Moscow, 123098

123098, г. Москва

https://orcid.org/0000-0002-7896-2379KazennovaE. V.КиреевД. Е.
Russian Federation

Moscow, 123098

111123, г. Москва

https://orcid.org/0000-0002-1390-8021KireevD. E.МурзаковаА. В.
Russian Federation

Moscow, 111123

111123, г. Москва

https://orcid.org/0000-0002-2826-699XMurzakovaA. V.ЛопатухинА. Э.
Russian Federation

Moscow, 111123

111123, г. Москва

https://orcid.org/0000-0002-7912-4270LopatukhinA. E.КазенноваЕ. В.
Russian Federation

Moscow, 111123

123098, г. Москва

https://orcid.org/0000-0001-5481-8957BobkovaM. R.БобковаМ. Р.
Russian Federation

MD, PhD, Dr Biol Sci, chirf researcher, head of T-lymphotropoc viruseslaboratory, Ivanovsky Institute of Virology

Moscow, 123098, 18, Gamaleya street, Russia

доктор биологических наук, заведующая лабораторией вирусов лейкозов  123098, г. Москва

mrbobkova@mail.ruNational Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. GamaleyaИнститут вирусологии им. Д.И. Ивановского, ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почётного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава РоссииNational Research Centre for Epidemiology and Microbiology named after the honorary academician N.F. GamaleyaФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» РоспотребнадзораCentral Research Institute of EpidemiologyФБУН «Центральный научно-исследовательский институт эпидемиологии» РоспотребнадзораCentral Research Institute of EpidemiologyИнститут вирусологии им. Д.И. Ивановского, ФГБУ «Национальный исследовательский центр эпидемиологии и микробиологии имени почётного академика Н.Ф. Гамалеи» Минздрава России201220196462812900302202003022020Copyright ©; 2019, Gromov K.B., Kazennova E.V., Kireev D.E., Murzakova A.V., Lopatukhin A.E., Bobkova M.R.Copyright ©; 2019, Громов К.Б., Киреев Д.Е., Мурзакова А.В., Лопатухин А.Э., Казеннова Е.В., Бобкова М.Р.2019Gromov K.B., Kazennova E.V., Kireev D.E., Murzakova A.V., Lopatukhin A.E., Bobkova M.R.Громов К.Б., Киреев Д.Е., Мурзакова А.В., Лопатухин А.Э., Казеннова Е.В., Бобкова М.Р.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://virusjour.crie.ru/jour/article/view/255

Introduction. The human immunodeficiency virus (HIV) Nef protein is one of the key factors determining the infectivity and replicative properties of HIV. With the ability to interact with numerous proteins of the host cell, this protein provides the maximum level of virus production and protects it from the immune system. The main activities of Nef are associated with a decrease in the expression of the CD4 receptor and major histocompatibility complex class I molecules (MHC-I), as well as the rearrangement of the cytoskeleton. These properties of the protein are determined by the structure of several motifs in the structure of the nef gene encoding it, which is quite variable.Goals and tasks. The main goal of the work was to analyze the characteristics of Nef protein of HIV-1 variant A6, which dominates in the countries of the former USSR. The objective of the work was a comparative analysis of natural polymorphisms in the nef gene of HIV-1 sub-subtypes A6 and A1 and subtype B.Material and methods. The sequences of the HIV-1 genome obtained during the previous work of the laboratory were used, as well as the reference sequence from GenBank. In this work, Sanger sequencing and new generation sequencing methods, as well as bioinformation analysis methods were used.Results and discussion. The existence of noticeable differences in the prevalence of Nef natural polymorphisms (A32P, E38D, I43V, A54D, Q104K, H116N, Y120F, Y143F, V168M, H192T, V194R, R35Q, D108E, Y135F, E155K, E182M, R184K and F191L), some of which are characteristic mutations for variant A6, was shown. Conclusion. Characteristic substitutions were found in the Nef structure, potentially capable of weakening the replicative properties of HIV-1 variant A6.

Введение. Белок Nef вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) является одним из ключевых факторов, определяющих инфекционность и репликативные свойства ВИЧ. Обладая способностью к взаимодействию с многочисленными белками хозяйской клетки, этот белок обеспечивает максимальный уровень продукции вируса и защиту его от иммунной системы. Основные активности Nef связывают со снижением экспрессии CD4-рецептора и молекул главного комплекса гистосовместимости I типа (MHC-I), а также с перестройкой цитоскелета. Эти свойства белка определяются структурой нескольких мотивов в составе кодирующего его гена nef, имеющих вариабельную природу.Цели и задачи. Основной целью работы был анализ особенностей белка Nef варианта А6 ВИЧ-1, доминирующегов странах бывшего СССР. Задачей работы послужил сравнительный анализ естественных полиморфизмов в генe nef ВИЧ-1 суб-субтипов А6 и А1 и субтипа B.Материал и методы. Материалом для работы послужили последовательности генома ВИЧ-1, полученные в ходе предшествующей работы лаборатории, а также референс-последовательности из GenBank. В работе использованы методы секвенирования по Сэнгеру и секвенирования нового поколения, а также методы биоинформационного анализа.Результаты и обсуждение. Продемонстрированы различия в частоте встречаемости естественных полиморфизмов белка Nef (A32P, E38D, I43V, A54D, Q104K, H116N, Y120F, Y143F, V168M, H192T, V194R, R35Q, D108E, Y135F, E155K, E182M, R184K и F191L), некоторые из которых являются характеристическими мутациями для варианта А6.Заключение. Обнаружены характеристические замены в составе Nef, потенциально способные ослаблять репликативные свойства варианта А6 ВИЧ-1.

HIV-1sub-subtype A6mutationspolymorphismnef geneВИЧ-1суб-субтип А6мутацииполиморфизмген nefThe study was carrried out as a part of the international CARE project and supported from the sources of Ministry of science and higher education grant (unique number RFMEFI61019X0020).Исследование проведено в рамках выполнения международного проекта CARE и поддержано Министерством науки и высшего образования (уникальный номер проекта RFMEFI61019X0020).1. Saksena N.K., Ge Y.C., Wang B., Xiang S.H., Dwyer D.E., Randle C., et al. An HIV-1 infected long-term non-progressor (LTNP): molecular analysis of HIV-1 strains in the vpr and nef genes. Ann. Acad. Med. Singapore. 1996; 25(6): 848-54.2. Wang B. Viral factors in non-progression. Front. Immunol. 2013; 4: 355. Doi: https://doi.org/10.3389/fimmu.2013.003553. Arhel N.J., Kirchhoff F. Implications of Nef: host cell interactions in viral persistence and progression to AIDS. Curr. Top. Microbiol. Immunol. 2009; 339: 147-75. Doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-02175-6_84. Basmaciogullari S., Pizzato M. The activity of Nef on HIV-1 infectivity. Front. Microbiol. 2014; 5: 232. Doi: https://doi.org/10.3389/fmicb.2014.002325. Pereira E.A., daSilva L.L. HIV-1 Nef: Taking Control of Protein Trafficking. Traffic. 2016; 17(9): 976-96. Doi: https://doi.org/10.1111/tra.124126. Jager S., Cimermancic P., Gulbahce N., Johnson J.R., McGovern K.E., Clarke S.C., et al. Global landscape of HIV-human protein complexes. Nature. 2011; 481(7381): 365-70. Doi: https://doi.org/10.1038/nature107197. Dekaban G.A., Dikeakos J.D. HIV-I Nef inhibitors: a novel class of HIV-specific immune adjuvants in support of a cure. AIDS Res. Ther. 2017; 14(1): 53. Doi: https://doi.org/10.1186/s12981-017-0175-68. Van den Broeke C., Radu M., Chernoff J., Favoreel H.W. An emerging role for p21-activated kinases (Paks) in viral infections. Trends Cell Biol. 2010; 20(3): 160-9. Doi: https://doi.org/10.1016/j.tcb.2009.12.0059. Stolp B., Fackler O.T. How HIV takes advantage of the cytoskeleton in entry and replication. Viruses. 2011; 3(4): 293-311. Doi: https://doi.org/10.3390/v304029310. Sourisseau M., Sol-Foulon N., Porrot F., Blanchet F., Schwartz O. Inefficient human immunodeficiency virus replication in mobile lymphocytes. J. Virol. 2007; 81(2):1000-12. Doi: https://doi.org/10.1128/JVI.01629-0611. Vermeire J., Vanbillemont G., Witkowski W.,Verhasselt B. The Nefinfectivity enigma: mechanisms of enhanced lentiviral infection. Curr. HIV Res. 2011; 9(7): 474-89. Doi: https://doi.org/10.2174/15701621179884209912. Rosa A., Chande A., Ziglio S., De Sanctis V., Bertorelli R., Goh S.L., et al. HIV-1 Nef promotes infection by excluding SERINC5 from virion incorporation. Nature. 2015; 526(7572): 212-7. Doi: https://doi.org/10.1038/nature1539913. Lama J. The physiological relevance of CD4 receptor down-modulation during HIV infection. Curr. HIV Res. 2003; 1(2): 167-84. Doi: https://doi.org/10.2174/157016203348527614. Toyoda M., Ogata Y., Mahiti M., Maeda Y., Kuang X.T., Miura T., et al. Differential Ability of Primary HIV-1 Nef Isolates To Downregulate HIV-1 Entry Receptors. J. Virol. 2015; 89(18): 9639-52. Doi: https://doi.org/10.1128/JVI.01548-1515. Dikeakos J.D., Thomas L., Kwon G., Elferich J., Shinde U., Thomas G. An interdomain binding site on HIV-1 Nef interacts with PACS-1 and PACS-2 on endosomes to down-regulate MHC-I. Mol. Biol. Cell. 2012; 23(11): 2184-97. Doi: https://doi.org/10.1091/mbc.E11-11-092816. Lewis M.J., Lee P., Ng H.L.,Yang O.O. Immune selection in vitro reveals human immunodeficiency virus type 1 Nef sequence motifs important for its immune evasion function in vivo. J. Virol. 2012; 86(13): 7126-35. Doi: https://doi.org/10.1128/JVI.00878-1217. Olivetta E., Arenaccio C., Manfredi F., Anticoli S., Federico M. The Contribution of Extracellular Nef to HIV-Induced Pathogenesis. Curr. Drug Targets. 2016; 17(1): 46-53. Doi: https://doi.org/10.2174/138945011666615100111012618. Lamers S.L., Poon A.F., McGrath M.S. HIV-1 nef protein structures associated with brain infection and dementia pathogenesis. PLoS One. 2011; 6(2): e16659. Doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.001665919. Anand A.R., Rachel G., Parthasarathy D. HIV Proteins and Endothelial Dysfunction: Implications in Cardiovascular Disease. Front. Cardiovasc. Med. 2018; 5: 185. Doi: https://doi.org/10.3389/fcvm.2018.0018520. Almodovar S., Knight R., Allshouse A.A., Roemer S., Lozupone C., McDonald D., et al. Human Immunodeficiency Virus nef signature sequences are associated with pulmonary hypertension. AIDS Res. Hum. Retroviruses. 2012; 28(6): 607-18. Doi: https://doi.org/10.1089/AID.2011.002121. Emert-Sedlak L.A., Loughran H.M., Shi H., Kulp J.L., Shu S.T., Zhao J., et al. Synthesis and evaluation of orally active small molecule HIV-1 Nef antagonists. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2016; 26(5): 1480-4. Doi: https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2016.01.04322. Hunegnaw R., Vassylyeva M., Dubrovsky L., Pushkarsky T., Sviridov D., Anashkina A.A., et al. Interaction Between HIV-1 Nef and Calnexin: From Modeling to Small Molecule Inhibitors Reversing HIV-Induced Lipid Accumulation. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2016; 36(9): 1758-71. Doi: https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.116.30799723. Corro G., Rocco C.A., De Candia C., Catano G., Turk G., Mangano A., et al. Genetic and functional analysis of HIV type 1 nef gene derived from long-term nonprogressor children: association of attenuated variants with slow progression to pediatric AIDS. AIDS Res. Hum. Retroviruses. 2012; 28(12): 1617-26. Doi: https://doi.org/10.1089/AID.2012.002024. Foster J.L., Denial S.J., Temple B.R., Garcia J.V. Mechanisms of HIV-1 Nef function and intracellular signaling. J. Neuroimmune Pharmacol. 2011; 6(2): 230-46. Doi: https://doi.org/10.1007/s11481-011-9262-y25. O’Neill E., Kuo L.S., Krisko J.F., Tomchick D.R., Garcia J.V., Foster J.L. Dynamic evolution of the human immunodeficiency virus type 1 pathogenic factor, Nef. J. Virol. 2006; 80(3): 1311-20. Doi: https://doi.org/10.1128/JVI.80.3.1311-1320.200626. Usmani S.M., Murooka T.T., Deruaz M., Koh W.H., Sharaf R.R., Di Pilato M., et al. HIV-1 Balances the Fitness Costs and Benefits of Disrupting the Host Cell Actin Cytoskeleton Early after Mucosal Transmission. Cell. Host Microbe. 2019; 25(1): 73-86. Doi: https://doi.org/10.1016/j.chom.2018.12.00827. Kumar S., Stecher G.,Tamura K. MEGA7: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 7.0 for Bigger Datasets. Mol. Biol. Evol. 2016; 33(7): 1870-4. Doi: https://doi.org/10.1093/molbev/msw05428. Tamura K., Stecher G., Peterson D., Filipski A., Kumar S. MEGA6: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 6.0. Mol. Biol. Evol. 2013; 30(12): 2725-9. Doi: https://doi.org/10.1093/molbev/mst19729. Golosova O., Henderson R., Vaskin Y., Gabrielian A., Grekhov G., Nagarajan V., et al. Unipro UGENE NGS pipelines and components for variant calling, RNA-seq and ChIP-seq data analyses. PeerJ. 2014; 2: e644. Doi: https://doi.org/10.7717/peerj.64430. Nguyen L.T., Schmidt H.A., von Haeseler A., Minh B.Q. IQTREE: A Fast and Effective Stochastic Algorithm for Estimating Maximum-Likelihood Phylogenies. Mol. Biol. Evol. 2015; 32(1): 268-74. Doi: https://doi.org/10.1093/molbev/msu30031. Ratner L., Haseltine W., Patarca R., Livak K.J., Starcich B., Josephs S.F., et al. Complete Nucleotide-Sequence of the AIDS Virus, HTLV-III. Nature. 1985; 313(6000): 277-84. Doi: https://doi.org/10.1038/313277a0