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Title: Implicações da diversidade genética intra-hospedeiro do dengue vírus sorotipo 2 na patogênese da dengue
Advisor: Filippis, Ana Maria Bispo de
Authors: Torres, Maria Celeste
Affilliation: Fundação Oswaldo Cruz. Instituto Oswaldo Cruz. Rio de Janeiro, RJ, Brasil.
Abstract: A infecção pelo vírus da dengue (DENV) pode variar de infecção assintomática a uma doença aguda debilitante e potencialmente fatal em hospedeiros humanos. A teoria da amplificação dependente de anticorpos (ADE - do inglês antibody dependent enhancement) explica por que certos casos progridem para gravidade; no entanto, ainda é controverso, uma vez que muitos casos de dengue hemorrágico ocorrem em infecções primárias, indicando que o ADE não é essencial para o desenvolvimento de uma clínica de maior gravidade. Vários estudos apontam os fatores virais como responsáveis pelo aumento da virulência e da patogênese da doença. Os DENVs são vírus de RNA que no hospedeiro existem como subpopulações geneticamente diversas devido à sua replicação propensa a erros. Acredita-se que a diversidade genética intra-hospedeiro facilite a adaptação de arbovírus a diferentes ambientes e hospedeiros, e esta, pode estar relacionada à patogênese viral. Com o objetivo de aumentar o conhecimento acerca dos determinantes virais envolvidos na patogênese grave da dengue, analisamos a diversidade genética intra-hospedeiro do DENV-2 em 68 pacientes infectados classificados clinicamente como dengue (n=31), dengue com sinais de alarme (n=19) e dengue grave (n=18). Ao contrário dos estudos anteriores de diversidade intra-hospedeiro de DENV, cujas abordagens empregaram PCR, aqui realizamos o sequenciamento massivo do genoma viral inteiro a partir de amostras clínicas com uma abordagem livre de amplificação por PCR, representando o cenário mais próximo de diversidade intra-hospedeiro. Diferenças marcantes foram detectadas na estrutura da população viral entre as três categorias clínicas, as quais parecem ser consequência principalmente dos diferentes tempos de infecção e pressões de seleção, em vez de estarem associadas ao próprio desfecho clínico. A diversidade no gene NS2B, no entanto, mostrou-se limitada, independentemente da apresentação clínica e do tempo de infecção, tornando à proteína um alvo atraente para o desenho inteligente de drogas. Além disso, dentre as 1.474 variantes diferentes que foram achadas de forma consistente entre as amostras, junto com outras 1.232 variantes únicas, um conjunto de 141 mutações relevantes distribuídas por todo o genoma viral se destacou por sua possível associação com os desfechos clínicos dos pacientes. Portanto, empregamos modelagem molecular para avaliar seu potencial efeito estrutural e/ou funcional nas proteínas virais e nas estruturas secundárias do RNA. No geral, os resultados mostraram que as variantes disruptivas foram identificadas principalmente entre os casos de dengue clássico, enquanto as variantes potenciais de escape imunológico foram principalmente associadas aos casos de maior gravidade, em linha com os tempos de evolução intra-hospedeiro mais longos destes últimos. No entanto, estudos funcionais seriam necessários para confirmar nossos achados. Além disso, várias mutações foram localizadas em regiões de superfície de proteínas, o que exigiria mais pesquisas para desvendar possíveis interações complexas entre proteínas virais e do hospedeiro. A presente análise fornece novas informações sobre as implicações da diversidade genética intra-hospedeiro do DENV-2, contribuindo para o conhecimento dos fatores virais possivelmente envolvidos em sua patogênese no hospedeiro humano.
Abstract: Dengue virus (DENV) infection can range from asymptomatic infection to a debilitating and potentially life-threatening acute disease in human hosts. Antibodydependent enhancement (ADE) theory does explain why certain cases do progress to severity; however, it is still controversial since many hemorrhagic dengue cases occurred in primary DENV infections, indicating that ADE is not essential to disease severity. Several studies have pointed out viral factors as responsible for increased virulence and disease pathogenesis. DENVs are RNA viruses that within the host exist as genetically diverse subpopulations due to their error-prone nucleic acid replication. Intra-host genetic diversity is thought to facilitate arbovirus adaptation to changing environments and hosts, and it may also be linked to viral pathogenesis. Intending to shed light on the viral determinants for severe dengue pathogenesis, we sought to analyze the DENV-2 intrahost genetic diversity in 68 patient cases clinically classified as dengue fever (n = 31), dengue with warning signs (n = 19), and severe dengue (n = 18). Unlike previous DENV intrahost diversity studies whose approaches employed PCR, here we performed viral whole-genome deep sequencing from clinical samples with an amplicon-free approach, representing the real intrahost diversity scenario. Striking differences were detected in the viral population structure between the three clinical categories, which appear to be driven mainly by different infection times and selection pressures rather than being linked with the clinical outcome itself. Diversity in the NS2B gene, however, showed to be constrained, irrespective of clinical outcome and infection time, making its protein-product an attractive target for intelligent drug design. Moreover, among the 1474 different variants that were consistently repeated among samples plus the 1232 unique variants, a set of 141 relevant mutations distributed throughout the entire viral genome stood out for its possible association with patients\2019 clinical outcomes. Therefore, we employed molecular modeling to assess their potential structural and/or functional effect on the viral proteins/RNA secondary structures. Overall, the results showed that disruptive variants were primarily identified among DF cases. In contrast, potentially immune-escape variants mainly were associated with WS+SD cases, in line with the latter's longer intrahost evolution times. Functional studies would be needed to confirm our findings. Furthermore, several mutations were located on proteins-surface regions, which would require further research to disentangle possible complex interactions between viral and host proteins. The present analysis provides new information about the implications of the intrahost genetic diversity of DENV-2, contributing to the knowledge about the viral factors possibly involved in its pathogenesis within the human host.
keywords: Vírus da Dengue
Variação Genética
Interações entre Hospedeiro e Microrganismos
Proteínas Virais
DeCS: Vírus da Dengue
Variação Genética
Interações entre Hospedeiro e Microrganismos
Proteínas Virais
Issue Date: 2021
Citation: TORRES, Maria Celeste. Implicações da diversidade genética intra-hospedeiro do dengue vírus sorotipo 2 na patogênese da dengue. 2021. 351f. Tese (Doutorado em Medicina Tropical) - Instituto Oswaldo Cruz, Fundação Oswaldo Cruz, Rio de Janeiro, 2021.
Date of defense: 2021
Place of defense: Rio de Janeiro
Department: Instituto Oswaldo Cruz
Defense institution: Fundação Oswaldo Cruz
Program: Programa de Pós-Graduação em Medicina Tropical
Copyright: open access
Appears in Collections:IOC - PGMT - Teses de Doutorado
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