The evolution of new enterovirus types EV-94, EV-96 and EV-97

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-245-701-1
Title: The evolution of new enterovirus types EV-94, EV-96 and EV-97
Author: Smura, Teemu
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Biosciences
National Institute for Health and Welfare, Department of Infectious Disease Surveillance and Control, Virology Unit
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2012-09-05
Belongs to series: URN:ISSN:1798-0062
URI: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-245-701-1
http://hdl.handle.net/10138/36027
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Enteroviruses (genus Enterovirus, family Picornaviridae) are small single-stranded RNA viruses associated with a wide variety of acute and chronic dis-eases. The genus Enterovirus consists of ten species. Seven of the species, Human enterovirus A (HEV-A), HEV-B, HEV-C, HEV-D, Human rhinovirus A (HRV-A), HRV-B and HRV-C, cause infections in humans. The enterovirus species are further classified into serotypes (or types) by their antigenic properties and/or, more recently, their sequence similarities. In this thesis, the genetic evidence for the classification of three new enterovi-rus types, enterovirus 94 (EV-94), EV-96 and EV-97, was presented. Further characterisation of prevalence and cell tropism was conducted for one of the new types, EV-94. Sequence analysis methods were used to infer evolutionary relationships between the new and previously known EV types and possible mechanisms behind the emergence of new enterovirus clades. The enterovirus strains characterized in this thesis formed distinct mono-phyletic clades within the species HEV-B, HEV-C and HEV-D on the basis of their capsid-coding regions. These strains had less than 75% nucleotide (< 85% amino acid) sequence similarities with previously known enteroviruses in their VP1 protein coding sequences, suggesting that these strains represent previously unknown enterovirus types, designated as EV-94 (HEV-D), EV-96 (HEV-C) and EV-97 (HEV-B). The complete genome analysis of the EV-96 and EV-97 strains together with the previously characterised HEV-C and HEV-B strains suggested multiple inter-typic recombination events within non-coding and non-structural protein-coding regions of their genomes. No evidence of recombination was de-tected for EV-94 and other members of the HEV-D species. Furthermore, an apparently rare inter-species recombination event between the recently described HEV-A types (EV-90 and EV-91) and a member of the HEV-C/-D species was found at 5 untranslated region (5 UTR) of the genome. EV-94 had unusually wide cell type and host species tropism in vitro and, de-spite recent discovery, a high prevalence of antibodies against EV-94 was detected among the Finnish population during the past three decades. These results indicate that this virus is highly prevalent and capable of invading a wide variety of tissues. The sequence analysis presented in this thesis suggested different evolutionary patterns within enterovirus types (leading to intra-typic lineages) and evolution leading to larger scale (type-specific) differences. Intra-typic genetic change was dominated by silent mutations and amino acid polymorphism at immunogenic sites. Inter-typic comparisons, however, suggested type-specific fixation of amino acids and differences in the location of polymorphic amino acid sites between EV types. These changes were proposed to be accompanied by structural alterations in the capsid proteins, possibly as a result of adaptation to larger scale changes in the environment.Pikornavirusten heimoon kuuluvat enterovirukset ovat pieniä vaipattomia RNA-viruksia. Enterovirukset aiheuttavat monia akuutteja ja kroonisia tauteja. Enterovirus-suvussa on kymmenen lajia, joista seitsemän Human enterovirus A (HEV-A), HEV-B, HEV-C, HEV-D, Human rhinovirus A (HRV-A), HRV-B ja HRV-C aiheuttaa infektioita ihmisessä. Enterovirus lajit jaotellaan serotyypeiksi (tai tyypeiksi) niiden antigeenisten ominaisuuksien ja nykyisin myös perimän samankaltaisuuden perusteella. Tässä väitöskirjassa tunnistettiin ja luokiteltiin kolme aiemmin tuntematonta enterovirustyyppiä, enterovirus 94 (EV-94), EV-96 ja EV-97, perimän nukleotidijärjestyksen perusteella. Uusien enterovirusryhmien mahdollista syntytapaa ja enterovirustyyppien välistä kehityshistoriaa tutkittiin vertailemalla virusten nukleotidi- ja aminohappojärjestyksiä. Yhden uuden enterovirustyypin (EV-94) esiintyvyyttä ja soluhakuisuutta tutkittiin tarkemmin. Väitöskirjassa tunnistetut virukset kuuluivat nukleotidi- ja aminohappojärjes-tyksensä perusteella HEV-B, HEV-C ja HEV-D lajeihin. Niiden VP1 kuoriproteiinia koodaavat nukleotidisekvenssit olivat alle 75 % ja vastaavat aminohappojärjestykset alle 85 % samankaltaisia aikaisemmin tunnettuihin enterovirustyyppeihin verrattuna. Tämän perusteella virukset luokiteltiin uusiksi enterovirustyypeiksi ja nimettiin EV-94:ksi (HEV-D), EV-96:ksi (HEV-C) ja EV-97:ksi (HEV-B). EV-96 ja EV-97 kantojen genomeissa havaittiin merkkejä useista enterovirustyyppien välisistä rekombinaatioista. EV-94:llä ja muilla HEV-D lajin viruksilla rekombinaatiota ei havaittu. HEV-A lajiin kuuluvilla EV-90 ja EV-91 tyypeillä havaittiin harvinainen lajien välinen rekombinaatio genomin 5 päässä. EV-94:llä havaittiin muihin enteroviruksiin verrattuna poikkeuksellisen laaja kyky infektoida erilaisia solutyyppejä in vitro. Vasta-aineita EV-94:lle löydettiin lähes 80 %:sta kolmen vuosikymmenen aikana kerätyistä seeruminäytteistä. Näi-den tulosten perusteella EV-94 on yleinen virustyyppi, joka pystyy lisääntymään monentyyppisissä kudoksissa. Sekvenssianalyysin perusteella enterovirustyypin sisällä tapahtuva evoluutio on erilaista kuin eri virustyyppien kehittymiseen johtanut evoluutio. Enterovirus-tyypin sisällä tapahtuu enimmäkseen mutaatioita, jotka eivät johda aminohappo-muutoksiin. Aminohappojärjestykseen vaikuttavia mutaatiota tapahtuu ainoastaan tietyissä, todennäköisesti antigeenisissa, kohdissa. Eri virustyyppien kehittyminen on puolestaan johtanut tiettyjen aminohappojen fiksoitumiseen erilaisiksi eri ente-rovirustyypeissä sekä polymorfisten aminohappoalueitten erilaiseen sijoittumiseen eri virustyypeillä. Tällaiset muutokset saattavat johtua viruksen sopeutumisesta erilaisiin ympäristöihin ja ovat todennäköisesti myös johtaneet viruksen kapsidi-proteiinien rakenteellisiin muutoksiin.
Subject: fysiologia
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
theevolu.pdf 8.573Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record