Análisis bioinformático de las proteínas HN y F del virus de la parotiditis y su relación con la clasificación basada en el gen SH

Abstract

ABSTRACT: Mumps virus (MuV) belongs to the Pamixoviridae family, Rubulavirus genus, and it is the causal agent of mumps infection, a disease characterized by inflammation of the parotid glands, commonly occurring in childhood. However, the virus may cause complications in the central nervous system such as meningitis and encephalitis in teenagers and adults. MuV is considered as monotypic strain, but according to small hydrophobic protein (SH) gene sequence there are 13 different genotypes (named from A to M), which are distributed worldwide. Although massive vaccination has successfully reduced the incidence of MuV infection, mumps outbreaks had not been completely eradicated, even in high frequency vaccinated populations. This phenomenon has been attributed to the vaccines lack to neutralize heterologous genotype strains. HN and F proteins are responsible for MuV antigenicity and virulence properties; HN is associated to cell receptor (sialic acid) and contains the epytopes to generate neutralizing antibodies; while F is the main neurovirulence determinant and induces the fusion of viral membrane to cellular membrane when it is activated by HN. MuV molecular classification based on the SH gene is important for epidemiological research of these infections but it is not informative in relation to viral antigenic and neurovirulence properties, which are related to the HN and F proteins. In order to this research was to determine whether there is a relationship between the genotypic classification and the biological properties already mentioned. The F gene sequences were obtained from GenBank database and the SH genotype was assigned to each one of them, according to scientific publications. Nucleotide sequences were translated into proteins sequences. The alignments were done with the aa sequences and dendograms where built to analyze whether the HN and F groups corresponded to the SH classification. On the other hand, mutations that may cause an important change into in silico predicted HN and F tridimensional structures where identified. It was found that the dendogram pattern of HN and F proteins did not fully correspond to SH classification. Several mutations were identified in HN and F proteins which could affect their antigenic and neurovirulence properties. HN mutations where only found in A, B, C, and D genotypes; and in the F protein, mutations where detected in A, B, C, D, G and K genotypes. It is important to point out that MuV vaccine strains actually used correspond only to A and B genotypes, and therefore the mutations found in these genotypes may explained the waek immune response generated against all genotypes.

RESUMEN: El virus de la parotiditis (mumps virus, MuV) pertenece a la familia Paramixoviridae, género Rubulavirus. Este virus es el agente causal de la parotiditis, enfermedad caracterizada por la inflamación de las glándulas parótidas que se presenta comúnmente en la niñez. Sin embargo, también puede provocar complicaciones a nivel de sistema nervioso central como meningitis y encefalitis en adolescentes y adultos. Se considera que el MuV es serológicamente monotípico, pero con base a la secuencia del gen que codifica para la proteína hidrofóbica pequeña (SH), existen 13 genotipos diferentes (nombrados de A a M), con una distribución mundial variable. Aunque el uso masivo de vacunas ha reducido exitosamente la infección con MuV, los brotes con este virus no se han eliminado completamente, aún en poblaciones con altos índices de vacunación. Esto se ha atribuido a la incapacidad de las vacunas para neutralizar virus de genotipos heterólogos. Las propiedades antigénicas y de virulencia del MuV se deben a las glicoproteínas HN y F; HN está relacionada con la unión al receptor celular (ácido siálico) y contiene los epítopos para la generación de anticuerpos neutralizantes; mientras que la proteína F es el principal determinante de neurovirulencia y realiza la fusión de las membranas viral y celular, al ser activada por HN. La clasificación molecular basada en el gen SH de las cepas del MuV es importante para la epidemiología de estas infecciones, pero no es informativa con respecto a las propiedades antigénicas y de neurovirulencia de estos virus, que como ya se mencionó, están dadas por las proteínas HN y F, razón por la cual en este trabajo se realizó un análisis a través de herramientas bioinformáticas para determinar si existe alguna relación entre la clasificación genética del virus y las propiedades biológicas de las proteínas antes mencionadas. Para el propósito anterior, se obtuvieron las secuencias de los genes SH, HN y F del MuV depositadas en el GenBank y con el apoyo de la literatura se les asignó el genotipo dado por el gen SH. Las secuencias de genes se tradujeron a aminoácidos. Se hicieron alineamientos y a partir de estos se construyeron dendrogramas para cada proteína, esto con la finalidad de observar si el agrupamiento de las secuencias de las proteínas HN y F corresponden a la clasificación dada por el gen SH. Por otro lado, se generaron alineamientos a partir de las secuencias nucleótidos y de aminoácidos de cada proteína agrupadas por genotipos y en estos se identificaron mutaciones que pudieran provocar algún cambio en zonas importantes de las proteínas los que se ubicaron en la estructura tridimensional de las proteínas HN y F predichas in sílico. El agrupamiento obtenido en los dendrogramas de las proteínas HN y F, no correspondió totalmente a la clasificación basada en el gen SH. Las mutaciones identificadas en las proteínas HN y F del virus, podrían afectar a sus propiedades antigénicas y de neurovirulencia. En el caso de la HN, solo se presentaron en los genotipos A, B, C y D; y en el caso de la proteína F, los cambios se presentaron en cepas de genotipo A, B, C, D, G y K. Es importante señalar que las cepas del MuV utilizadas como cepas vacunales únicamente son de genotipos A y B, por lo que la identificación de cambios en estos genotipos sugiere que estas cepas no son las más idóneas para generar una respuesta inmune protectora contra todos los genotipos.