Document
Genetic variation and diversity of the CCR5 gene and its relation to HIV.
Gregorian
2014
Language
English
Subject
English abstract
The acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) is a major global health concern caused by infection with human immunodeficiency virus (HIV). A growing body of evidence supports that the genetic makeup of an individual may influence the HIV/AIDS status and the extent of immune recovery following treatment. C-C motif chemokine receptor-5 (CCR5) is a co-receptor for the R5 strain of HIV-1. A number of polymorphisms were identified within the promoter and coding regions of the CCR5 gene, some of which have been found to affect the protein expression, receptor function and modulate HIV-1 disease progression. Because of this prominent role, variations in this gene have been under differential pressures. Although several CCRS polymorphisms were shown to vary widely in their distribution among different ethnic populations, there has been no study addressing the potential variants of the CCR5 gene in the Omani population. The present study aimed to describe the CCR5 gene and identify the polymorphic sites that exist within the CCR5 gene in Omanis and compare the genetic diversity patterns with other populations. Another aim of the project was to investigate the presence of any association between a particular CCR5 haplotype allele and AIDS pathogenic markers as well as the degree of CD4+ T cell recovery in AIDS patients on combination antiretroviral therapy (CART). Peripheral blood samples were collected from 115 Omani adults, and genomic DNA was extracted to amplify a continuous region of around 4.67 kb of the CCR5 gene by polymerase chain reaction. The amplified DNA was then sequenced to identify the polymorphic sites in the CCR5 gene and the known mutation CCR2V641. New variants were confirmed using the TOPO TA cloning protocol. Bioinformatics tools were used to analyze the nucleotide variants. Furthermore, the distribution of the detected variants was examined and compared with the previously published data. Arlequin v.3,5 package was used to estimate heterozygosity and calculate pairwise linkage disequilibrium between pairs of nucleotide variants. Haplotypes were constructed using Dna$P v5 and POPTREE software was used to generate the phylogenetic tree. Relevant information about the patient's status was retrieved from the electronic database of the Sultan Qaboos University Hospital. Finally, AIDS parameters were assessed for association; mean age, nadir CD4* T cell count, average CD4+ T cell count, average CD8+ T cell count and average viral load among the different groups of AIDS patients on CART. These parameters were also evaluated for any association with CCR5 haplotypes. Four new indels were detected out of 32 variable positions, -2973A/-, -2894A/-, -2827TA/- and -2769T/-, and all were located in the 5'UTR. Furthermore, two new mutations, -2248G/A and +658A/G were observed for the first time; the -2248G/A was detected in the Intron I region in one individual and +658A/G in the coding region of the CCR5 in another individual. In silico analysis showed that the novel variations in the 5'UTR could affect the transcription factor binding sites. Moreover, the results demonstrated that the following four minor alleles were common: CCR5 25547 and CCR5-2086G occurred at a frequency of 49% and 46%, respectively, and CCR5-24594 and CCR5-2135C both existed at a frequency of 36%. These alleles had moderate heterozygosity levels indicating that they were under balancing selection. However, the widely known allele, CCR5432, was relatively rare in our sample population. Eleven human haplogroups (HH) were constructed, four of which were common: HHC (46%), HHE (20%), HHA (14%) and HHF*2 (12%). AIDS
patients were grouped based on their average CD4* T cell count and viral load levels into three different groups: immunological responders (IR), immunological non responders (INR) and viremic group. Only average CD4* T cell count was significantly higher among IR compared to INR (P = 0.005), but no significant relation with the viremic group was observed. The carriers of the HHC allele had significantly high average CD4+ T cell and CD8+ T cell counts (P = 0.022 and 0.045 respectively), compared to individuals who do not carry the HHC allele. The effect of HHC was independent and remained significant even after adjusting for all the other CCR5 haplotypes. This suggests a possible protective role played by this allele on HIV-1 disease course. The results also showed that HHE was significantly associated with lower average viral load levels (P = 0.007), indicating a protective role of the HHE. Omanis have distinct variations of the CCR5 gene, allele distribution and associations with HIV/AIDS parameters compared to other ethnic populations. These findings indicate that the CCR5 is an important genetic factor that may contribute to the HIV-1 replication and cell-mediated immunity that may ultimately affect the HIV/AIDS status of the Omani AIDS patients. Furthermore, this information can be used to develop guidelines that provide early treatment interventions for HIV-1 infected Omani patients at risk of developing immune recovery failure following CART.
Member of
Resource URL
Arabic abstract
مرض نقص المناعة المكتسبة ( الإيدز) يمثل مشكلة صحية عالمية رئيسية ناجمة عن الإصابة بعدوى فيروس نقص المناعة البشرية (HIV) والتي اجتذبت انتباه العلماء منذ اكتشافه عام 1981 لذلك تم توجيه الدراسات نحو الجوانب المختلفة المتعلقة بالفيروس وبالمرض. الجدير بالذكر أن العلم قد قطع شوطا كبيرا في محاولاته للتخفيف من حدة هذا المرض وذلك بتصنيع أدوية مضادة للفيروس والتي تعمل على منع تكاثره وبالتالي منح المصاب فرصة أطول للعيش. من الملاحظ أن هناك تفاوت في قدرات الأشخاص للتصدي لهذا المرض وكذلك في الاستجابة للعلاج في حال استخدام الأدوية المضادة للفيروس، ولقد أكدت العديد من الدراسات أن السبب في ذلك يرجع إلى عوامل مختلفة منها طبيعة الشخص الجينية . ولقد اشارت الدراسات أن من بين الجينات المحتمل اشتراكها في التأثير على تطور الأيدز بين المصابين في الجينات المسؤولة عن مستقبلات الكيموكاين ال CCR5) والتي تعرف بأهميتها في السماح لفيروس الإيدز بالارتباط بها لإختراق جدار الخلية كذلك لها دور في التفاوت في الاستجابة المناعية للعلاج لدى مرضى الإيدز. تحليل ال CCR5 الجيني أدى إلى التعرف على أشكال جينية متعددة لل CCR5 تختلف في تأثيرها على مرض الإيدز. كذلك أفادت دراسات سابقة حول الإختلافات الجينية في المجموعات السكانية المختلفة إلى تحديد أنماط خاصة بمختلف المجموعات السكانية ولكن لم يكن هناك أي دراسة لمعالجة المتغيرات المحتملة من الجين CCR5 في منطقة الشرق الأوسط وبالأخص بين السكان العمانيين. ولذلك فإن الدراسة الحالية تهدف إلى وصف الجين CCR5 وتحديد مواقع متعددة الأشكال التي توجد داخل الجين CCR5 لدى العمانيين ومن ثم مقارنة أنماط التنوع الجيني عندهم مع غيرهم من السكان، وثمة هدف آخر للمشروع وهو التحقق من وجود ارتباط بين محدد الأنماط الخاصة لل CCR5 ومرض الإيدز. بالإضافة إلى درجة الإستجابة المناعية لخلايا "ت" المساعدة لمرضى الإيدز العمانيين أثناء استخدام العلاج بمضاد الفيروسات (cART). لتحقيق الأهداف المذكورة أعلاه، تم جمع عينات من الدم من عدد 115 فرد عماني، واستخراج الحمض النووي الجيني باستخدام بروتوكول QIAmp و تضخيمها بواسطة تفاعل البلمرة المتسلسل. ثم إستخدام تقنية تسلسل الحمض النووي لتحديد مواقع متعددة الأشكال في الجين CCR5 و الطفرة المعروفة CCR2V641 . تم تأكيد المتغيرات الجديدة باستخدام بروتوكول الاستنساخ TOPOTA واستخدمت الأدوات المعلوماتية الحيوية لتحليل المتغيرات من النيوكليوتيدات. وعلاوة على ذلك ، تم فحص توزيع الأنماط الخاصة لل CCR5 و مقارنة ما تم الحصول عليه في هذا البحث مع البيانات المنشورة سابقا. واخيرا ، تم تقييم: متوسط العمر، عدد خلايا الت" المساعدة (Nadir)، متوسط عدد خلايا "ت" المساعدة، متوسط عدد خلايا "ت" القاتلة ومتوسط كمية الفيروس لدى مرضى الإيدز الذين يتلقون العلاج. أسفر هذا البحث عن إكتشاف متغيرات نيوكليوتيدية جديدة في الجين CCR5 خاصة للأفراد العمانيين. فقد تم إكتشاف أربع indels جديدة من أصل 32 مواضع نيوكليوتيدية متغيرة: - / A / . ، - 2973 A 2894-، - -/TA 2827 و -T 2769- كلها كانت تقع في منطقة UTR 5 من الجين، والطفرات الجديدة G / A 2248- و A / G 658+ تم الكشف عنها: الأولي تقع في منطقة إنترون 1 من جين الCCR5 أما الثانية فاكتشفت في منطقة الترميز من الجين. في تحليل ال In - Silico للمتغيرات الجديدة أظهرت النتائج أن هذه الاختلافات قد يكون لها تأثير على النسخ في مواقع عوامل الربط TF. وعلاوة على ذلك ، فإن نتائج هذه الدراسة أظهرت أن بعض الأشكال الجينية إلى CCR5 كانت شائعة مثل: 2554T. و 2086G- ظهرت على تردد 449 و 46% ، على التوالي. أما الأشكال الجينية 2459A- و 2135C- تواجدت على تردد 36٪ على حد سواء. وكان لهذه الأشكال الجينية مستويات معتدلة من تغاير الزيجوت يشير إلى كونها تحت تحديد جيني متوازن. وقد أشارت هذه الدراسة إلى أن الأليل المعروف عالميا وعلى نطاق واسع ،CCR5432 هو نادر نسبيا عند العمانيين. أستطعنا في هذه الدراسة تشييد أحد عشر مجموعة بشرية ورائية ( HH) ، أربعة منها كانت شائعة: (469) HHF * 2 ( 12 % ) , HHA ( 14 % ) , HHE ( 20 % ) , HHC . أما بالنسبة للإختلاف بين فئات مرضى الإيدز العمانيين فقد لوحظ أن متوسط عدد خلايا "ت" المساعدة كان أعلى بكثير في فئة المستجيبين مناعيا مقارنة بغير المستجيبين ( 0 . 005 = P) ولكن لم يلاحظ وجود أي علاقة ذات دلالة مع مجموعة مرضى الإيدز ذوي كمية مرتفعة من الفيروس. من الدلالات المهمة التي أشارت إليها هذه الدراسة أن المرضى العمانيين حاملي اليل HHC حظوا بارتفاع كبير في متوسط عدد خلايات" المساعدة viii و "ت" القاتلة، (قيمة م معدلة بالنسبة للعمر والجنس = 0 . 022 و 0 . 045، على التوالي)، مقارنة مع الأفراد الذين لا يحملون أليل HHC حتى بعد تسوية جميع نسخ ال CCR5 الأخرى. هذا يشير إلى وجود دور وقاني محتمل من هذا الأليل على مرض الإيدز. وبالمثل أشارت دراسات أخرى مماثلة إلى أن هذا الأليل يرتبط مع تأخر تطور مرض الإيدز في القوقاز وتايلاند ومع تأخر ظهور الإيدز بين اليابانيين. في المقابل، ارتبط HHC مع تسارع تطور المرض بين الأمريكيين من أصل أفريقي. وأظهرت نتائج البحث الحالي أن HHE كان مرتبطا بشكل كبير مع انخفاض متوسط مستويات الفيروس ( 0 . 007 = P) ، مما يدل على الدور الوقائي لل HHE، ويتفق هذا مع ما لوحظ عند الأوغنديين ومع ذلك، لم يتم العثور على مثل هذه الملاحظة بين القوقازيين والهنود و التايلانديين فيما تم ربط HHE إلى سرعة تطور مرض الإيدز. وإجمالا ، فإن النتائج التي توصلنا إليها تدعم طائفة واسعة من التنوع الجيني ذكرت داخل منطقة الجين CCR5 بين المجموعات العرقية المختلفة. وعلى حد علمنا هذه الدراسة هي الأولى التي يتم فيها إكتشافه ستة إختلافات جينية جديدة لدى العمانيين في جين CCR5 كما بينت تحاليلنا أن هذه الاختلافات قد تؤثر على مواقع الربطTF ، مما يؤدي إلى تغيير برمجة التعبير ووظيفة بروتين اليCCR5. إن نتائج هذه الدراسة تدعو لإجراء المزيد من الأبحاث لتشمل عينة أكبر من الأفراد لوصف اثر ودور المتغيرات الجديدة على وظيفة البروتين، وكذلك انعكاساتها في التأثير على فيروس نقص المناعة المكتسبة مما يسمح بتوفير أفضل رعاية لمرضى الإيدز.
Category
Theses and Dissertations
File size
10.32 MB
0
0
