Sequence and Structural Analysis of the 5 ` Noncoding Region of Hepatitis C Virus in Patients With Chronic Infection

Hepatitis C virus (HCV), exhibits considerable genetic diversity, but presents a relatively well conserved 5 ` noncoding region (5 ` NCR) among all genotypes. In this study, the structural features and translational efficiency of the HCV 5 ` NCR sequences were analyzed using the programs RNAfold, RNAshapes and RNApdist and with a bicistronic dual luciferase expression system, respectively. RNA structure prediction software indicated that base substitutions will alter potentially the 5 ` NCR structure. The heterogeneous sequence observed on 5 ` NCR led to important changes in their translation efficiency in different cell culture lines. Interactions of the viral RNA with cellular transacting factors may vary according to the cell type and viral genome polymorphisms that may result in the translational efficiency observed. J. Med. Virol. 81: 1212-1219, 2009. (C) 2009 Wiley-Liss, Inc.

El virus de l'hepatitis C i la ribonucleasa Phumana: aspectes biològics i terapèutics

El virus de l'hepatitis C (VHC) provoca una hepatitis crònica que afecta a més de 170 milions de persones d'arreu del món. És un virus petit que es classifica dins de la família Flaviviridae i és un virus d'RNA de cadena positiva amb un genoma d'aproximadament 9.600 nucleòtids. A l'extrem 5' del genoma viral s'hi troba una regió no codificant (5'NCR) que comprèn els primers 341 nucleòtids i la seva funció està relaciona amb la traducció. Immediatament després hi ha una pauta de lectura oberta ORF que acaba en un únic codó d'aturada i codifica una poliproteïna de 3.010 aminoàcids. A continuació l'extrem 3' no codificant (3'NCR), que malgrat es desconeixen les seves funcions exactes, s'ha demostrat que és essencial per a la replicació vírica. La única poliproteïna generada és processada co- i postraduccionalment mitjançant proteases de l'hoste i víriques, donant lloc a les proteïnes estructurals (Core, E1 i E2-p7) i no estructurals (NS2-NS5B). Igual que la majoria de virus RNA, el VHC es caracteritza per tenir una taxa de mutació elevada. De fet, el genoma del virus no es pot definir com una única seqüència sinó per una població de variants molt relacionades entre sí. A aquesta manera d'organitzar la informació genètica se l'anomena quasiespècie viral i una de les seves implicacions principals és la facilitat amb què sorgeixen resistents al tractament. Els tractaments disponibles són llargs, cars, provoquen efectes secundaris considerables i només es resolen completament el 40% dels casos. Per aquesta raó es busquen altres solucions terapèutiques per combatre el virus entre les quals s'hi inclouen diferents estratègies. Una de les més innovadores i prometedores és la utilització de ribozims dirigits directament contra el genoma del virus. Aquest treball es centra en l'estudi de les noves estratègies terapèutiques basades en ribozims, concretament la ribonucleasa P. La ribonucleasa P és un ribozim que està present en tots els organismes ja que és l'enzim responsable de la maduració dels precursors d'RNA de transferència. El més interessant a nivell terapèutic és que s'ha demostrat que es pot dirigir la seva activitat cap a qualsevol RNA utilitzant una seqüència guia d'RNA que quan hibrida amb l'RNA diana, l'híbrid imita l'estructura secundària del substrat natural. En el cas del VHC, s'han estudiat ribozims dependents de seqüència (ribozims derivats d'RNAs satèl·lits i de viroides de plantes), sempre dirigits contra la regió més conservada del virus per evitar una disminució de l'eficiència del ribozim deguda a la variació de la diana. La ribonucleasa P és una endonucleasa d'activitat molt específica i es diferencia dels altres ribozims naturals en el sistema de reconeixement del substrat, reconeix elements estructurals i no de seqüència. L'objectiu final del treball és tallar in vitro l'RNA del VHC aprofitant la propietat que presenta aquest ribozim de reconèixer elements estructurals i no de seqüència ja que per a un mateix nombre de seqüències, el nombre d'estructures viables que pot adoptar l'RNA genòmic és molt més petit i per tant la variabilitat de la diana disminueix. S'han estudiat dos models d'RNasa P, la RNasa P humana guiada per seqüència guia externa (EGS) i l'RNA M1 de l'RNasa P d'E.coli unit a la seqüència guia per l'extrem 3' (ribozim M1GS). Abans però de dirigir el ribozim, s'han estudiat l'estructura i la variabilitat d'una regió del genoma del virus ja que s'ha descrit que són factors que poden limitar l'eficiència de qualsevol ribozim. Derivat d'aquests estudis s'aporten dades sobre accessibilitat i variabilitat d'una regió interna del genoma del virus de l'hepatitis C, la zona d'unió de la regió E2/NS2 (regió 2658-2869). L'estudi d'accessibilitat revela que la regió 2658-2869 del genoma del virus conté dominis oberts i tancats i que la transició entre uns i altres no és brusca si es compara amb altres regions d'estructura coneguda (regió 5' no codificant). Els resultats dels assajos in vitro amb els dos models de RNasa P mostren que s'ha aconseguit dirigir tant la ribonucleasa P humana com el ribozim M1GS cap a una zona, predeterminada segons l'estudi d'accessibilitat, com a poc estructurada i tallar l'RNA del virus. De l'anàlisi de mutacions, però, es dedueix que la regió estudiada és variable. Tot i dirigir el ribozim cap a la zona més accessible, la variació de la diana podria afectar la interacció amb la seqüència guia i per tant disminuir l'eficiència de tall. Si es proposés una estratègia terapèutica consistiria en un atac simultani de vàries dianes.D'altra banda i derivat d'un resultat inesperat on s'ha observat en els experiments control que l'extracte de RNasa P humana tallava l'RNA viral en absència de seqüències guia externes, s'ha caracteritzat una nova interacció entre l'RNA del VHC i la RNasa P humana. Per a la identificació de l'enzim responsable dels talls s'han aplicat diferents tècniques que es poden dividir en mètodes directes (RNA fingerprinting) i indirectes (immunoprecipitació i inhibicions competitives). Els resultats demostren que la ribonucleasa P humana, i no un altre enzim contaminant de l'extracte purificat, és la responsable dels dos talls específics observats i que es localitzen, un a l'entrada interna al ribosoma (IRES) i molt a prop del codó AUG d'inici de la traducció i l'altre entre la regió codificant estructural i no estructural. La ribonucleasa P és un dels enzims del metabolisme del tRNA que s'utilitza per identificar estructures similars al tRNA en substrats diferents del substrat natural. Així doncs, el fet que la ribonucleasa P reconegui i talli el genoma del VHC en dues posicions determinades suggereix que, a les zones de tall, el virus conté estructures semblants al substrat natural, és a dir estructures tipus tRNA. A més, tot i que el VHC és molt variable, els resultats indiquen que aquestes estructures poden ser importants per el virus, ja que es mantenen en totes les variants naturals analitzades. Creiem que la seva presència podria permetre al genoma interaccionar amb factors cel·lulars que intervenen en la biologia del tRNA,particularment en el cas de l'estructura tipus tRNA que es localitza a l'element IRES. Independentment però de la seva funció, es converteixen en unes noves dianes terapèutiques per a la RNasa P. S'ha de replantejar però l'estratègia inicial ja que la similitud amb el tRNA les fa susceptibles a l'atac de la ribonucleasa P, directament, en absència de seqüències guia externes.

A Novel Diagnostic Target in the Hepatitis C Virus Genome

BackgroundDetection and quantification of hepatitis C virus (HCV) RNA is integral to diagnostic and therapeutic regimens. All molecular assays target the viral 5'-noncoding region (59-NCR), and all show genotype-dependent variation of sensitivities and viral load results. Non-western HCV genotypes have been under-represented in evaluation studies. An alternative diagnostic target region within the HCV genome could facilitate a new generation of assays.Methods and FindingsIn this study we determined by de novo sequencing that the 3'-X-tail element, characterized significantly later than the rest of the genome, is highly conserved across genotypes. To prove its clinical utility as a molecular diagnostic target, a prototype qualitative and quantitative test was developed and evaluated multicentrically on a large and complete panel of 725 clinical plasma samples, covering HCV genotypes 1-6, from four continents (Germany, UK, Brazil, South Africa, Singapore). To our knowledge, this is the most diversified and comprehensive panel of clinical and genotype specimens used in HCV nucleic acid testing (NAT) validation to date. The lower limit of detection (LOD) was 18.4 IU/ml (95% confidence interval, 15.3-24.1 IU/ml), suggesting applicability in donor blood screening. The upper LOD exceeded 10(-9) IU/ml, facilitating viral load monitoring within a wide dynamic range. In 598 genotyped samples, quantified by Bayer VERSANT 3.0 branched DNA (bDNA), X-tail-based viral loads were highly concordant with bDNA for all genotypes. Correlation coefficients between bDNA and X-tail NAT, for genotypes 1-6, were: 0.92, 0.85, 0.95, 0.91, 0.95, and 0.96, respectively; X-tail-based viral loads deviated by more than 0.5 log10 from 5'-NCR-based viral loads in only 12% of samples (maximum deviation, 0.85 log10). The successful introduction of X-tail NAT in a Brazilian laboratory confirmed the practical stability and robustness of the X-tail-based protocol. The assay was implemented at low reaction costs (US$8.70 per sample), short turnover times (2.5 h for up to 96 samples), and without technical difficulties.ConclusionThis study indicates a way to fundamentally improve HCV viral load monitoring and infection screening. Our prototype assay can serve as a template for a new generation of viral load assays. Additionally, to our knowledge this study provides the first open protocol to permit industry-grade HCV detection and quantification in resource-limited settings.

Evaluation of GBV-C / HVG viremia in HIV-infected women

The present study aimed at standardizing a real-time quantitative polymerase chain reaction assay to evaluate the presence of GBV-C/HGV RNA. A "TaqMan" assay using primers and probe derived from the 5¢ NCR region was developed and validated. Two hundred and fifty-three plasma samples from HIV-infected women were tested for GBV-C viremia and antibody against the envelope protein 2. GBV-C RNA was detected in 22.5% of the patients whereas the antibody was identified in 25.3% of the cohort. Detection of viral RNA and of antibodies was mutually exclusive. Viral loads showed a mean of 1,777 arbitrary units / mL, being 1.1 and 13,625 arbitrary units / mL respectively the lowest and highest values measured. We conclude that the real-time quantitative polymerase chain reaction method developed is appropriate for the investigation of GBV-C RNA since it was shown to be highly specific and sensitive, as well as requiring few steps, preventing contamination and providing additional information as to the relative viremia of carriers, a parameter that must be included in studies evaluating the co-factors influencing the clinical outcome of HIV/AIDS.

Chronic rhinoviral infection in lung transplant recipients

RATIONALE: Lung transplant recipients are particularly at risk of complications from rhinovirus, the most frequent respiratory virus circulating in the community. OBJECTIVES: To determine whether lung transplant recipients can be chronically infected by rhinovirus and the potential clinical impact. METHODS: We first identified an index case, in which rhinovirus was isolated repeatedly, and conducted detailed molecular analysis to determine whether this was related to a unique strain or to re-infection episodes. Transbronchial biopsies were used to assess the presence of rhinovirus in the lung parenchyma. The incidence of chronic rhinoviral infections and potential clinical impact was assessed prospectively in a cohort of 68 lung transplant recipients during 19 mo by screening of bronchoalveolar lavages. MEASUREMENTS AND MAIN RESULTS: We describe 3 lung transplant recipients with graft dysfunctions in whom rhinovirus was identified by reverse transcriptase-polymerase chain reaction in upper and lower respiratory specimens over a 12-mo period. In two cases, rhinovirus was repeatedly isolated in culture. The persistence of a unique strain in each case was confirmed by sequence analysis of the 5'NCR and VP1 gene. In the index case, rhinovirus was detected in the lower respiratory parenchyma. In the cohort of lung transplant recipients, rhinoviral infections were documented in bronchoalveolar lavage specimens of 10 recipients, and 2 presented with a persistent infection. CONCLUSIONS: Rhinoviral infection can be persistent in lung transplant recipients with graft dysfunction, and the virus can be detected in the lung parenchyma. Given the potential clinical impact, chronic rhinoviral infection needs to be considered in lung transplant recipients.

Raman spectroscopic characteristics of phthalocyanine and naphthalocyanine in sandwich-type phthalocyaninato and porphyrinato rare earth complexes Part 5. – Raman spectroscopic characteristics of naphthalocyanine in mixed [tetrakis(4-tert-butylphenyl)porphyrinato]-(naphthalocyaninato) rare earth double-deckers

Raman spectra were recorded in the range 400–1800 cm−1 for a series of 15 mixed \[tetrakis(4-tert-butylphenyl)porphyrinato](2,3-naphthalocyaninato) rare earth double-deckers M(TBPP)(Nc) (M = Y; La–Lu except Pm) using laser excitation at 632.8 and 785 nm. Comparisons with bis(naphthalocyaninato) rare earth counterparts reveal that the vibrations of the metallonaphthalocyanine M(Nc) fragment dominate the Raman features of M(TBPP)(Nc). When excited with radiation of 632.8 nm, the most intense vibration appears at about 1595 cm−1, due to the naphthalene stretching. These complexes exhibit the marker Raman band for Nc•− as a medium-intense band in the range 1496–1507 cm−1, attributed to the coupling of pyrrole and aza stretching, while the marker Raman band of Nc2− in intermediate-valence Ce(TBPP)(Nc) appears as a strong band at 1493 cm−1 and is due to the isoindole stretchings. By contrast, when excited with radiation of 785 nm that is in close resonance with the main Q absorption band of the naphthalocyanine ligand, the ring radial vibrations at ca 680 and 735 cm−1 for MIII(TBPP)(Nc) are selectively intensified and are the most intense bands. For the cerium double-decker, the most intense vibration also acting as the marker Raman band of Nc2− appears at 1497 cm−1 with contributions from both pyrrole CC and aza CN stretches. The same vibrational modes show weak to medium intensity scattering at 1506–1509 cm−1 for MIII(TBPP)(Nc) and this is the marker Raman band of Nc•− when thus excited. The scatterings due to the Nc breathings, ring radial vibration, aza group stretchings, naphthalene stretchings, benzoisoindole stretchings and the coupling of pyrrole CC and aza CN stretchings in MIII(TBPP)(Nc) are all slightly blue shifted along with the decrease in rare earth ionic radius, confirming the effects of increased ring–ring interactions on the Raman characteristics of naphthalocyanine in the mixed ring double-deckers.