CCR5 (Italiano)

CCR5-Δ32 (o CCR5-D32 o CCR5 delta 32) è un allele di CCR5.

CCR5 Δ32 è una delezione a 32 basi che introduce un codone di arresto prematuro nel locus del recettore CCR5, risultando in un recettore non funzionale. CCR5 è richiesto per l’ingresso del virus HIV-1 M-tropico. Gli individui omozigoti (denotati Δ32 / Δ32) per CCR5 Δ32 non esprimono recettori CCR5 funzionali sulle loro superfici cellulari e sono resistenti all’infezione da HIV-1, nonostante molteplici esposizioni ad alto rischio., Gli individui eterozigoti (+/Δ32) per l’allele mutante hanno una riduzione superiore al 50% dei recettori CCR5 funzionali sulle loro superfici cellulari a causa della dimerizzazione tra i recettori mutanti e wild-type che interferisce con il trasporto di CCR5 alla superficie cellulare. I portatori di eterozigoti sono resistenti all’infezione da HIV-1 rispetto ai tipi selvatici e quando infetti, gli eterozigoti presentano una ridotta carica virale e una progressione 2-3-anno-più lenta verso l’AIDS rispetto ai tipi selvatici. L’eterozigosità per questo allele mutante ha anche dimostrato di migliorare la propria risposta virologica al trattamento anti-retrovirale., CCR5 Δ32 ha una frequenza allele (eterozigote) del 10% in Europa e una frequenza omozigote dell ‘ 1%.

Recenti ricerche indicano che CCR5 Δ32 migliora la cognizione e la memoria. Nel 2016, i ricercatori hanno dimostrato che la rimozione del gene CCR5 dai topi ha migliorato significativamente la loro memoria. CCR5 è un potente soppressore per la plasticità neuronale, l’apprendimento e la memoria; L’iperattivazione CCR5 da parte delle proteine virali può contribuire ai deficit cognitivi associati all’HIV.,

Storia evolutiva ed età dell’alleleEdit

L’allele CCR5 Δ32 è notevole per la sua origine recente, inaspettatamente alta frequenza e distribuzione geografica distinta, che insieme suggeriscono che (a) è nato da una singola mutazione e (b) è stato storicamente soggetto a selezione positiva.

Due studi hanno utilizzato l’analisi del legame per stimare l’età della delezione CCR5 Δ32, supponendo che la quantità di ricombinazione e mutazione osservate sulle regioni genomiche che circondano la delezione CCR5 Δ32 sarebbe proporzionale all’età della delezione., Utilizzando un campione di 4000 individui provenienti da 38 popolazioni etniche, Stephens et al. stima che la delezione CCR5-Δ32 si sia verificata 700 anni fa (275-1875, intervallo di confidenza del 95%). Un altro gruppo, Libert et al. (1998), usato mutazioni microsatellite per stimare l’età della mutazione CCR5 Δ32 per essere 2100 anni (700-4800, intervallo di confidenza del 95%). Sulla base degli eventi di ricombinazione osservati, hanno stimato che l’età della mutazione fosse di 2250 anni (900-4700, intervallo di confidenza del 95%)., Una terza ipotesi si basa sul gradiente nord-sud della frequenza allele in Europa, che mostra che la frequenza allele più alta si è verificata nei paesi nordici e la frequenza allele più bassa nell’Europa meridionale. Poiché i Vichinghi occuparono storicamente questi paesi, potrebbe essere possibile che l’allele si sia diffuso in tutta Europa a causa della dispersione vichinga tra l ‘ 8 ° e il 10 ° secolo. I vichinghi furono in seguito sostituiti dai Varanghi in Russia, che potrebbero aver contribuito al cline osservato da est a ovest della frequenza degli alleli.,

L’HIV-1 è stato inizialmente trasmesso dagli scimpanzé (Pan troglodytes) agli esseri umani nei primi anni del 1900 nel sud-est del Camerun, in Africa, attraverso l’esposizione a sangue infetto e fluidi corporei mentre macellava la carne del bushmeat. Tuttavia, l’HIV – 1 era effettivamente assente dall’Europa fino agli 1980. Pertanto, data l’età media di circa 1000 anni per l’allele CCR5-Δ32, si può stabilire che l’HIV-1 non ha esercitato una pressione di selezione sulla popolazione umana abbastanza a lungo da raggiungere le frequenze attuali., Quindi, altri agenti patogeni sono stati suggeriti come agenti di selezione positiva per CCR5 Δ32, tra cui la peste bubbonica (Yersinia pestis) e il vaiolo (Variola major).Altri dati suggeriscono che la frequenza dell’allele ha sperimentato una pressione di selezione negativa a causa di agenti patogeni che sono diventati più diffusi durante l’espansione romana. L’idea che la selezione negativa abbia avuto un ruolo nella bassa frequenza dell’allele è supportata anche da esperimenti con topi knockout e Influenza A, che hanno dimostrato che la presenza del recettore CCR5 è importante per una risposta efficiente a un agente patogeno.,

Evidence for a single mutationEdit

Diverse linee di evidenza suggeriscono che l’allele CCR5 Δ32 si è evoluto solo una volta. Innanzitutto, CCR5 Δ32 ha una frequenza relativamente alta in diverse popolazioni europee, ma è relativamente assente nelle popolazioni asiatiche, mediorientali e indiane americane, suggerendo che una singola mutazione si è verificata dopo la divergenza degli europei dal loro antenato africano. In secondo luogo, l’analisi del legame genetico indica che la mutazione si verifica su un background genetico omogeneo, implicando che l’ereditarietà della mutazione si è verificata da un antenato comune., Ciò è stato dimostrato dimostrando che l’allele CCR5 Δ32 è in forte squilibrio di legame con microsatelliti altamente polimorfici. Oltre il 95% dei cromosomi CCR5 Δ32 portava anche l’allele IRI3.1-0, mentre l ‘ 88% portava l’allele IRI3.2. Al contrario, i marcatori microsatelliti IRI3.1-0 e IRI3.2-0 sono stati trovati solo nel 2 o 1,5% dei cromosomi che trasportano un allele CCR5 wild-type. Questa evidenza di squilibrio del legame supporta l’ipotesi che la maggior parte, se non tutti, gli alleli CCR5 Δ32 siano nati da un singolo evento mutazionale., Infine, l’allele CCR5 Δ32 ha una distribuzione geografica unica che indica una singola origine settentrionale seguita dalla migrazione. Uno studio che misura le frequenze alleliche in 18 popolazioni europee ha trovato un gradiente da Nord a Sud, con le frequenze alleliche più alte nelle popolazioni finlandesi e mordviniane (16%) e la più bassa in Sardegna (4%).

Selezione positivamodifica

In assenza di selezione, una singola mutazione impiegherebbe circa 127.500 anni per raggiungere una frequenza di popolazione del 10%., Le stime basate sui tassi genetici di mutazione e di ricombinazione collocano l’età dell’allele fra 1000 e 2000 anni. Questa discrepanza è una firma di selezione positiva.

Si stima che l’HIV-1 sia entrato nella popolazione umana in Africa nei primi anni del 1900; tuttavia le infezioni sintomatiche non sono state segnalate fino agli anni 1980. L’epidemia di HIV-1 è quindi troppo giovane per essere la fonte di selezione positiva che ha guidato la frequenza di CCR5 Δ32 da zero a 10% negli anni 2000. Stephens, et al., (1998), suggeriscono che la peste bubbonica (Yersinia pestis) aveva esercitato una pressione selettiva positiva su CCR5 Δ32. Questa ipotesi si basava sui tempi e sulla gravità della pandemia di peste nera, che uccise il 30% della popolazione europea di tutte le età tra il 1346 e il 1352. Dopo la morte nera, ci furono epidemie meno gravi e intermittenti. Le singole città hanno registrato un’alta mortalità, ma la mortalità complessiva in Europa era solo una piccola percentuale. Nel 1655-1656 una seconda pandemia chiamata “Grande peste” uccise il 15-20% della popolazione europea. È importante sottolineare che le epidemie di peste erano intermittenti., La peste bubbonica è una malattia zoonotica, che infetta principalmente i roditori, diffusa dalle pulci e infetta solo occasionalmente gli esseri umani. L’infezione da uomo a uomo della peste bubbonica non si verifica, anche se può verificarsi nella peste polmonare, che infetta i polmoni. Solo quando la densità dei roditori è bassa, le pulci infette sono costrette a nutrirsi di ospiti alternativi come gli esseri umani, e in queste circostanze può verificarsi un’epidemia umana., Sulla base di modelli genetici di popolazione, Galvani e Slatkin (2003) sostengono che la natura intermittente delle epidemie di peste non ha generato una forza selettiva sufficientemente forte da guidare la frequenza allele di CCR5 Δ32 al 10% in Europa.

Per testare questa ipotesi, Galvani e Slatkin (2003) hanno modellato le pressioni di selezione storiche prodotte dalla peste e dal vaiolo. La peste è stata modellata secondo i resoconti storici, mentre la mortalità per vaiolo specifica per età è stata ricavata dalla distribuzione per età delle sepolture di vaiolo a York (Inghilterra) tra il 1770 e il 1812., Il vaiolo infetta preferenzialmente i giovani membri pre-riproduttivi della popolazione poiché sono gli unici individui che non sono immunizzati o morti dall’infezione passata. Poiché il vaiolo uccide preferenzialmente i membri pre-riproduttivi di una popolazione, genera una pressione selettiva più forte della peste. A differenza della peste, il vaiolo non ha un serbatoio animale e viene trasmesso solo da uomo a uomo. Gli autori hanno calcolato che se la peste fosse selezionata per CCR5 Δ32, la frequenza dell’allele sarebbe ancora inferiore all ‘ 1%, mentre il vaiolo ha esercitato una forza selettiva sufficiente a raggiungere il 10%.,

L’ipotesi che il vaiolo abbia esercitato una selezione positiva per CCR5 Δ32 è anche biologicamente plausibile, poiché i poxvirus, come l’HIV, entrano nei globuli bianchi usando i recettori della chemochina. Al contrario, Yersinia pestis è un batterio con una biologia molto diversa.

Sebbene gli europei siano l’unico gruppo ad avere sottopopolazioni con un’alta frequenza di CCR5 Δ32, non sono l’unica popolazione che è stata soggetta a selezione da parte del vaiolo, che aveva una distribuzione mondiale prima che fosse dichiarata eradicata nel 1980., Le prime descrizioni inconfondibili del vaiolo appaiono nel 5 ° secolo d.C. in Cina, nel 7 ° secolo d. C. in India e nel Mediterraneo e nel 10 ° secolo d. C. nell’Asia sud-occidentale. Al contrario, la mutazione CCR5 Δ32 si trova solo nelle popolazioni europee, dell’Asia occidentale e del Nord Africa. La frequenza anomala di CCR5 Δ32 in queste popolazioni sembra richiedere sia un’origine unica nel Nord Europa che una successiva selezione da parte del vaiolo.

Costi potenzialimodifica

CCR5 Δ32 può essere vantaggioso per l’ospite in alcune infezioni (ad es.,, HIV-1, possibilmente vaiolo), ma dannoso in altri (ad esempio, encefalite trasmessa da zecche, virus del Nilo Occidentale). Se la funzione CCR5 è utile o dannosa nel contesto di una data infezione dipende da una complessa interazione tra il sistema immunitario e l’agente patogeno.

In generale, la ricerca suggerisce che la mutazione CCR5 Δ32 può svolgere un ruolo deleterio nei processi infiammatori post-infezione, che possono danneggiare il tessuto e creare ulteriore patologia. La migliore prova per questa pleiotropia antagonista proposta è trovata in infezioni di flavivirus., In generale molte infezioni virali sono asintomatiche o producono solo sintomi lievi nella stragrande maggioranza della popolazione. Tuttavia, alcuni individui sfortunati sperimentano un decorso clinico particolarmente distruttivo, che è altrimenti inspiegabile ma sembra essere geneticamente mediato. I pazienti omozigoti per CCR5 Δ32 sono risultati essere a più alto rischio di una forma neuroinvasiva di encefalite trasmessa da zecche (un flavivirus)., Inoltre, CCR5 funzionale può essere richiesto per prevenire la malattia sintomatica dopo l’infezione da virus del Nilo occidentale, un altro flavivirus; CCR5 Δ32 è stato associato allo sviluppo precoce dei sintomi e a manifestazioni cliniche più pronunciate dopo l’infezione da virus del Nilo occidentale.

Questa scoperta nell’uomo ha confermato un esperimento precedentemente osservato in un modello animale di omozigosità CCR5 Δ32., Dopo l’infezione con il virus del Nilo occidentale, i topi CCR5 Δ32 avevano marcatamente aumentato i titoli virali nel sistema nervoso centrale e avevano aumentato la mortalità rispetto a quella dei topi wild-type, suggerendo così che l’espressione CCR5 era necessaria per montare una forte difesa dell’ospite contro il virus del Nilo occidentale.

Applicazioni medicemodifica

Un approccio genetico che coinvolge intrabodies che bloccano l’espressione CCR5 è stato proposto come trattamento per individui infetti da HIV-1., Quando le cellule T modificate in modo che non esprimano più CCR5 sono state mescolate con cellule T non modificate che esprimono CCR5 e quindi sfidate dall’infezione da HIV-1, le cellule T modificate che non esprimono CCR5 alla fine prendono il sopravvento sulla coltura, poiché l’HIV-1 uccide le cellule T non modificate. Questo stesso metodo potrebbe essere utilizzato in vivo per stabilire un pool di cellule resistenti al virus in individui infetti.

Questa ipotesi è stata testata in un paziente affetto da AIDS che aveva anche sviluppato leucemia mieloide ed è stato trattato con chemioterapia per sopprimere il cancro., Un trapianto di midollo osseo contenente cellule staminali da un donatore abbinato è stato quindi utilizzato per ripristinare il sistema immunitario. Tuttavia, il trapianto è stato eseguito da un donatore con 2 copie del gene di mutazione CCR5-Δ32. Dopo 600 giorni, il paziente era sano e aveva livelli non rilevabili di HIV nel sangue e nei tessuti cerebrali e rettali esaminati. Prima del trapianto, sono stati rilevati anche bassi livelli di HIV X4, che non utilizza il recettore CCR5. Dopo il trapianto, tuttavia, questo tipo di HIV non è stato rilevato neanche., Tuttavia, questo risultato è coerente con l’osservazione che le cellule che esprimono la proteina variante CCR5-Δ32 mancano sia dei recettori CCR5 che CXCR4 sulle loro superfici, conferendo così resistenza a un’ampia gamma di varianti dell’HIV tra cui HIVX4. Dopo oltre sei anni, il paziente ha mantenuto la resistenza all’HIV ed è stato dichiarato guarito dall’infezione da HIV.,

L’arruolamento di pazienti sieropositivi in uno studio clinico è stato avviato nel 2009 in cui le cellule dei pazienti sono state geneticamente modificate con una nucleasi a dito di zinco per portare il tratto CCR5-Δ32 e quindi reintrodotte nell’organismo come potenziale trattamento per l’HIV. I risultati riportati nel 2014 sono stati promettenti.

Ispirato dalla prima persona mai guarita dall’HIV, il paziente di Berlino, StemCyte ha iniziato collaborazioni con le banche del sangue cordonale in tutto il mondo per esaminare sistematicamente campioni di sangue del cordone ombelicale per la mutazione CCR5 a partire dal 2011.,

Nel novembre 2018, Jiankui ha annunciato di aver modificato due embrioni umani, per tentare di disabilitare il gene per CCR5, che codifica per un recettore che l’HIV utilizza per entrare nelle cellule. Ha detto che due gemelle, Lulu e Nana, erano nate poche settimane prima, e che le ragazze portavano ancora copie funzionali di CCR5 insieme a CCR5 disabili (mosaicismo), quindi erano ancora vulnerabili all’HIV. Il lavoro è stato ampiamente condannato come immorale, pericoloso e prematuro.