Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI133510.15789/2220-7619-EAO-1335ORIGINAL ARTICLESОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИExpression analysis of apoptotic and survival genes in blood leukocytes of children with various forms of HHV-6 infectionАнализ экспрессии генов сигнальных путей апоптоза и выживания в лейкоцитах крови детей при различных формах течения ВГЧ-6-инфекцииhttps://orcid.org/0000-0003-3965-2033SakharnovN. A.СахарновН. А.
Russian Federation

Nikolai A. Sakharnov – Researcher, Laboratory of Molecular Biology and Biotechnology

603950, Nizhny Novgorod, Malaya Yamskaya str., 71Phone: +7 (831) 469-79-46 (office); +7 950 624-87-12 (mobile). Fax: +7 (831) 469-79-20 

Сахарнов Николай Александрович – научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии и биотехнологии

603950, Нижний Новгород, ул. Малая Ямская, 71Тел.: 8 (831) 469-79-46 (служебн.); 8 950 624-87-12 (моб.). Факс: 8 (831) 469-79-20 

saharnov@nniiem.ruhttp://www.nniiem.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7571-525XUtkinO. V.УткинО. В.
Russian Federation

PhD (Biology), Head of the Laboratory of Molecular Biology and Biotechnology

Nizhny Novgorod

к.б.н., зав. лабораторией молекулярной биологии и биотехнологии

Нижний Новгород

utkino2004@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6683-7191FilatovaE. N.ФилатоваЕ. Н.
Russian Federation

PhD (Biology), Leading Researcher, Laboratory of Molecular Biology and Biotechnology

Nizhny Novgorod

к.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии и биотехнологии

Нижний Новгород

filatova@nniiem.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6880-7105KnyazevD. I.КнязевД. И.
Russian Federation

PhD (Biology), Senior Researcher, Laboratory of Molecular Biology and Biotechnology

Nizhny Novgorod

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии и биотехнологии

Нижний Новгород

Dmitry-Kn@yandex.ruKulovaE. A.КуловаЕ. А.
Russian Federation

PhD (Medicine), Associate Professor, Infectious Diseases Department

Nizhny Novgorod

к.м.н., доцент кафедры инфекционных болезней

Нижний Новгород

dr_kulova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5257-6210PresnyakovaN. B.ПресняковаН. Б.
Russian Federation

Researcher, Laboratory of Molecular Biology and Biotechnology

Nizhny Novgorod

научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии и биотехнологии

Нижний Новгород

Presnyakova_nb@mail.ruBlokhina Nizhny Novgorod Scientific Research Institute of Epidemiology and MicrobiologyФБУН Нижегородский НИИ эпидемиологии и микробиологии им. акад. И.Н. Блохиной РоспотребнадзораPrivolzhsky Research Medical University of the Ministry of Health of the Russian FederationФГБОУ ВО Приволжский исследовательский медицинский университет Минздрава России220520201023153282911201911032020Copyright ©; 2020, Sakharnov N.A., Utkin O.V., Filatova E.N., Knyazev D.I., Kulova E.A., Presnyakova N.B.Copyright ©; 2020, Сахарнов Н.А., Уткин О.В., Филатова Е.Н., Князев Д.И., Кулова Е.А., Преснякова Н.Б.2020Sakharnov N.A., Utkin O.V., Filatova E.N., Knyazev D.I., Kulova E.A., Presnyakova N.B.Сахарнов Н.А., Уткин О.В., Филатова Е.Н., Князев Д.И., Кулова Е.А., Преснякова Н.Б.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1335

Despite that human herpes virus type 6 (HHV-6) is extremely spread worldwide, molecular mechanisms of behind HHV-6 infection pathogenesis remain largely unexplored. No molecular markers were found linked to unfavorable course of HHV-6 infection which could allow to ease up selecting proper therapy and preventing development of complications. The aim of the study was to analyze expression of apoptosis and survival-related genes in blood leukocytes from 7–17-year-old children upon various forms of HHV-6 infection. The analysis was carried out by using DNA microarrays developed by us allowing to assess changes in expression level both of individual mRNAs and total gene set (-Σ). It was shown that during the acute phase of HHV-6 infection mRNA level was shifted toward pro-apoptotic factors. In the convalescence phase, most altered mRNA levels returned to normal. We have identified a set of mRNAs and genes whose expression level was significantly changed in acute disease phase. According to available data, these factors play an important role in regulation of studied signaling pathways. In order to search for HHV-6-associated factors, which markedly affect disease pattern of severe herpesvirus mixed infection, we analyzed significant changes of mRNA and genes expression levels in patients with severe HHV-6+EBV+CMV mixed infection and EBV+CMV mixed infection of moderate severity compared with healthy donors. The levels of 5 mRNAs (FAF1-NM_007051, DAPK2-NM_014326, CASP8AP2-NM_001137667, CASP8-NM_033356, BTK-NM_001287345) and 3 genes (FAS-Σ, Puma/BBC3-Σ, ITCH-Σ) were significantly increased in severe mixed infection comorbid with HHV-6 (EBV+CMV+HHV-6) but without HHV-6 (EBV+CMV) compared with healthy donors. Most of detected factors belong to Fas-mediated apoptosis pathway, and may be considered as candidate prognostic development factors of severe herpes virus infection involving HHV-6. This study profoundly extends existing understanding on molecular pathogenesis of HHV-6 infection involving apoptosis and pro-survival signaling pathways. Marked changes of mRNA and gene levels most likely contributed to the pathogenesis of HHV-6 as well as severe HHV-6+EBV+CMV mixed infection.

Несмотря на исключительную распространенность вируса герпеса человека 6 типа (ВГЧ-6), молекулярные механизмы патогенеза ВГЧ-6 инфекции остаются во многом неизученными. В настоящее время не выявлено специфичных молекулярных факторов неблагоприятного течения ВГЧ-6 инфекции, которые позволили бы облегчить выбор адекватной терапии и предупредить развитие осложнений. Целью настоящей работы является анализ экспрессии генов сигнальных путей апоптоза и выживания в лейкоцитах крови детей 7–17 лет при различных формах течения ВГЧ-6-инфекции. Анализ проводился с помощью разработанных нами ДНК-микрочипов, позволяющих оценивать изменения уровней экспрессии как отдельных мРНК, так и суммарных уровней экспрессии генов (-Σ). В острой фазе ВГЧ-6 инфекции баланс уровней экспрессии исследуемых мРНК и генов смещался в сторону проапоптотических факторов, что может оказывать существенное влияние на чувствительность лейкоцитов к апоптозу. В фазе реконвалесценции большинство альтерированных уровней экспрессии мРНК и генов нормализовалось. Нами выявлен ряд мРНК и генов, уровни экспрессии которых значительно изменялись в острой фазе заболевания. По данным литературы такие факторы играют важную функциональную роль в регуляции исследуемых сигнальных путей. С целью поиска ВГЧ-6-ассоциированных факторов, влияющих на формирование клинической картины течения тяжелой герпесвирусной микст-инфекции, был проведен анализ выявленных нами значимых изменений уровней экспрессии мРНК и генов у пациентов с тяжелой ВГЧ-6+ВЭБ+ЦМВ микст-инфекцией и ВЭБ+ЦМВ микстинфекцией средней тяжести по сравнению со здоровыми донорами. Обнаружены 5 мРНК (FAF1-NM_007051, DAPK2-NM_014326, CASP8AP2-NM_001137667, CASP8-NM_033356, BTK-NM_001287345) и 3 гена (FAS-Σ, Puma/BBC3-Σ, ITCH-Σ), уровни экспрессии которых значительно повышались при ВГЧ-6+ВЭБ+ЦМВ микстинфекции и оставались неизменными при ВЭБ+ЦМВ микст-инфекции. Данные мРНК могут служить кандидатными прогностическими факторами риска развития тяжелых форм герпесвирусной инфекции с участием ВГЧ-6. Настоящая работа значительно расширяет существующие представления о молекулярных механизмах патогенеза ВГЧ-6 инфекции с участием сигнальных путей апоптоза и выживания. Выявленные нами значимые изменения уровней экспрессии мРНК и генов с наибольшей вероятностью вносят вклад в патогенез ВГЧ-6 инфекции и тяжелой ВГЧ-6+ВЭБ+ЦМВ микст-инфекции.

HHV-6 infectionsevere HHV-6+EBV+CMV mixed infectionleukocytesmRNA expressionsignaling pathwaysapoptosisВГЧ-6 инфекциятяжелая ВГЧ-6+ВЭБ+ЦМВ микст-инфекциялейкоцитыэкспрессия мРНКсигнальные путиапоптозДНК-микрочипы1. Князев Д.И., Старикова В.Д., Уткин О.В., Солнцев Л.А., Сахарнов Н.А., Ефимов Е.И. Особенности сплайсингориентированных ДНК-микрочипов и их применение в биомедицинских исследованиях (обзор) // Современные технологии в медицине. 2015. Т. 7, № 4. С. 162–173. doi: 10.17691/stm2015.7.4.232. Новосад Е.В., Шамшева О.В., Львов Н.Д., Мельниченко А.В., Егорова Н.Ю., Михайловская Г.В., Никитина А.А., Зоненшайн Т.П. Инфекционный мононуклеоз, ассоциированный с вирусом герпеса 6 типа // Детские инфекции. 2008. Т. 7, № 1. С. 36–38.3. Тимченко В.Н., Хмилевская С.А. Болезни цивилизации (корь, ВЭБ-мононуклеоз) в практике педиатра: руководство для врачей. СПб.: Специальная Литература, 2017. 527 с.4. Филатова Е.Н., Уткин О.В., Анисенкова Е.В., Преснякова Н.Б., Сычева Т.Д., Краснов В.В., Сенягина Н.Е., Кулова Е.А., Ефимов Е.И. Оценка уровня апоптоза наивных CD8+ T-лимфоцитов у детей с острым инфекционным мононуклеозом при активации рецепторов CD95 и DR3 // Современные технологии в медицине. 2015. Т. 7, № 3. С. 109–118. doi: 10.17691/stm2015.7.3.165. Филатова Е.Н., Уткин О.В. Современные подходы к моделированию герпесвирусной инфекции // Медиaль, 2014. С. 172–197.6. Agut H., Bonnafous P., Gautheret-Dejean A. Laboratory and clinical aspects of human herpesvirus 6 infections. Clin. Microbiol. Rev., 2015, vol. 28, no. 2, pp. 313–335. doi: 10.1128/CMR.00122-14.7. Akashi K., Eizuru Y., Sumiyoshi Y., Minematsu T., Hara S., Harada M., Kikuchi M., Niho Y., Minamishima Y. Brief report: severe infectious mononucleosis-like syndrome and primary human herpesvirus 6 infection in an adult. N. Engl. J. Med., 1993, vol. 329, pp. 168–171. doi: 10.1056/NEJM1993071532903048. Azakir B.A., Desrochers G., Angers A. The ubiquitin ligase Itch mediates the antiapoptotic activity of epidermal growth factor by promoting the ubiquitylation and degradation of the truncated C-terminal portion of Bid. FEBS J., 2010, vol. 277, no. 5, pp. 1319–1330. doi: 10.1111/j.1742-4658.2010.07562.x9. Balachandra K., Ayuthaya P., Auwanit W., Jayavasu C., Okuno T., Yamanishi K., Takahashi M. Prevalence of antibody to human, herpesvirus 6 in women and children. Microbiol. Immunol., 1989, vol. 33, pp. 515–518. doi: 10.1111/j.1348-0421.1989.tb02001.x10. Beovi ć B., Pe č ari č -Megli č N., Marin J., Bedernjak J., Muzlovi č I., Č i ž man M. Fatal human herpesvirus 6-associated multifocal meningoencephalitis in an adult female patient. Scand. J. Infect. Dis., 2001, vol. 33, no. 12, pp. 942–944. doi: 10.1080/0036554011007657011. Brune W. Inhibition of programmed cell death by cytomegaloviruses. Virus Res., 2011, vol. 15, pp. 144–150. doi: 10.1016/j.virusres.2010.10.01212. Cavallo M.L., Castrovilli A., D’Introno A., Perrone A., Polito A., Lenato G.M., Sabb à C.A. A systemic and severe infection via cytomegalovirus and other herpesviruses in a young apparently immunocompetent patient: a case report. J. Med. Cases, 2017, vol. 8, no. 9, pp. 265–268. doi: https://doi.org/10.14740/jmc2865w13. Chu K., Niu X., Williams L.T. A Fas-associated protein factor, FAF1, potentiates Fas-mediated apoptosis. Proc. Natl. Acad. Sci., 1995, vol. 92, pp. 11894–1189814. Fliss P.M., Brune W. Prevention of cellular suicide by cytomegaloviruses. Viruses, 2012, vol. 4, pp. 1928–1949. doi: 10.3390/v410192815. Floettmann J.E., Rowe M. Epstein–Barr virus latent membrane protein-1 (LMP1) C-terminus activation region 2 (CTAR2) maps to the far C-terminus and requires oligomerisation for NF-κB activation. Oncogene, 1997, vol. 15, pp. 1851–1858. doi: 10.1038/sj.onc.120135916. Fu Q., He C., Mao Z.R. Epstein–Barr virus interactions with the Bcl-2 protein family and apoptosis in human tumor cells. J. Zhejiang Univ. Sci. B, 2013, vol. 14, no. 1, pp. 8–24. doi: 10.1631/jzus.B120018917. Goldmacher V.S., Bartle L.M., Skaletskaya A., Dionne C.A., Kedersha N.L., Vater C.A., Han J.W., Lutz R.J., Watanabe S., Cahir McFarland E.D., Kieff E.D., Mocarski E.S., Chittenden T. A cytomegalovirus-encoded mitochondria-localized inhibitor of apoptosis structurally unrelated to Bcl-2. Proc. Natl Acad. Sci. USA, 1999, vol. 96, pp.12536–12541. doi: 10.1073/pnas.96.22.1253618. Gupta S., Agrawal S., Gollapudi S. Differential effect of human herpesvirus 6A on cell division and apoptosis among na ï ve and central and effector memory CD4 and CD8 T-cell subsets. J. Virol., 2009, pp. 5442–5450. doi: 10.1128/JVI.00106-0919. Ichimi, R., Jin-no T., Ito M. Induction of apoptosis in cord blood lymphocytes by HHV-6. J. Med. Virol., 1999, vol. 58, pp. 63–68. doi: 10.1002/(sici)1096-9071(199905)58:1<63::aid-jmv10>3.0.co;2-c20. Imai Y., Kimura T., Murakami A., Yajima N., Sakamaki K., Yonehara S. The CED-4-homologous protein FLASH is involved in Fas-mediated activation of caspase-8 during apoptosis. Nature, 1999, vol. 398, pp. 777–785. doi: 10.1038/1970921. Inoue Y., Yasukawa M., Fujita S. Induction of T-cell apoptosis by human herpesvirus 6. J. Virology, 1997, vol. 71, pp. 3751–3759.22. Izquierdo J.M., Valc árcel J. Fas-activated serine/threonine kinase (FASTK) synergizes with TIA-1/TIAR proteins to regulate Fas alternative splicing. J. Biol. Chem., 2007, vol. 282, no. 3, pp. 1539–1543. doi: 10.1074/jbc.C60019820023. Milovic-Holm K., Krieghoff E., Jensen K., Will H., Hofmann T.G. FLASH links the CD95 signaling pathway to the cell nucleus and nuclear bodies. EMBO J., 2007, vol. 26, pp. 391–401. doi: 10.1038/sj.emboj.760150424. O’Brien V. Viruses and apoptosis. J. Gen. Virol., 1998, vol. 79, pp. 1833–1845. doi: 10.1099/0022-1317-79-8-183325. Pruksananonda P., Hall C.B., Insel R.A., McIntyre K., Pellett P.E., Long C.E., Schnabel K.C., Pincus P.H., Stamey F.R., Dambaugh T.R., Stewart J.A. Primary human herpesvirus infection in young children. New Engl. J. Med., 1992, vol. 326, no. 22, pp. 1445–1452. doi: 10.1056/NEJM19920528326220126. Ryu S.W., Lee S.J., Park M.Y., Jun J.I., Jung Y.K., Kim E. Fas-associated factor 1, FAF1, is a member of Fas death-inducing Signaling Complex. J. Biol. Chem., 2003, vol. 278, pp. 24003–24010. doi: 10.1074/jbc.M30220020027. Solntsev L.A., Starikova V.D., Sakharnov N.A., Knyazev D.I., Utkin O.V. Strategy of probe selection for studying mRNAs that participate in receptor-mediated apoptosis signaling. Mol. Biol., 2015, vol. 49, no. 3, pp. 457–465. doi: 10.1134/S002689331503016428. Wu Z., Aryee M. J. Subset quantile normalization using negative control feature. J. Comput. Biol., 2010, vol. 17, no. 10, pp. 13851395. doi: 10.1089/cmb.2010.004929. Yamanishi K., Okuno T., Shiraki K., Takahashi M., Kondo T., Asano Y., Kurata T. Identification of human herpesvirus-6 as a causal agent for exanthema subitum. Lancet, 1988, vol. 1, pp. 1065–1067. doi: 10.1016/s0140-6736(88)91893-430. Yasukawa M., Inoue Y., Ohminami H., Terada K., Fujita S. Apoptosis of CD4 T lymphocytes in human herpesvirus-6 infection. J. Gen. Virol., 1998, vol. 79, pp. 143–147. doi: 10.1099/0022-1317-79-1-14331. Yu J., Zhang L., Hwang P. M., Kinzler K.W., Vogelstein B. PUMA induces the rapid apoptosis of colorectal cancer cells. Mol. Cell, 2001, vol. 7, no. 3, pp. 673–682.