Вопросы вирусологии. 2022; 67: 37-47
Мутации в гене UL97 цитомегаловируса (Herpesvirales: Herpesviridae: Cytomegalovirus: Human betaherpesvirus 5), ассоциированные с устойчивостью к ганцикловиру, у реципиентов аллогенных стволовых гемопоэтических клеток
https://doi.org/10.36233/0507-4088-90Аннотация
Введение. Инфекция, вызываемая цитомегаловирусом (Herpesvirales: Herpesviridae: Cytomegalovirus: Human betaherpesvirus 5) (ЦМВ), является серьезной проблемой для пациентов с ослабленной системой иммунной защиты, в число которых входят лица с депрессиями кроветворения. В случае возникновения ЦМВ-ассоциированных осложнений возникает необходимость в проведении противовирусной терапии. Однако в ходе естественного мутационного процесса, особенно при длительном использовании препаратов в субоптимальных дозах, могут возникнуть штаммы ЦМВ, устойчивые к действию противовирусных препаратов (таких, как ганцикловир, валганцикловир). Гипотетически возникновение устойчивости у вируса может являться причиной более агрессивного течения инфекции, неэффективности противовирусной терапии и, как следствие, увеличения количества смертельных исходов. В связи с этим своевременное выявление мутаций, которые потенциально могут привести к устойчивости вируса к противовирусным перпаратам при трансплантации гемопоэтических стволовых клеток (ГСК), а также при трансплантации органов и тканей, может оказаться важным при принятии терапевтического решения. Мы приводим описание трех клинических случаев, для которых проанализирована динамика появления мутантного штамма ЦМВ по гену UL97, коррелирующая с вирусной нагрузкой и клинической картиной.
Цель исследования – определение периода возникновения в гене UL97 фосфотрансферазы ЦМВ мутаций, ассоциированных с устойчивостью к действию противовирусных препаратов, у пациентов с гемобластозами после трансплантации аллогенных стволовых гемопоэтических клеток (алло-ГСК).
Материал и методы. В исследование вошли 48 образцов ДНК ЦМВ, выделенной из периферической крови 3 реципиентов алло-ГСК с ЦМВ-инфекцией, находившихся на лечении в клиниках ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр гематологии» («НМИЦ гематологии») Минздрава России с онкогематологическими заболеваниями в 2015–2017 гг. Пациенты получили условные коды (ПР, ПД и ФС). У всех исследуемых выявлены мутации, ассоциированные с резистентностью к противовирусной терапии (ПВТ). Для поиска мутаций применялся метод секвенирования по Сэнгеру. Полученные последовательности ДНК подвергались анализу с помощью программного обеспечения Nucleotide BLAST и Genome compiler. Поиск мутаций осуществлялся в программе MRA mutation resistance analyzer. При помощи данного программной среды нуклеотидные последовательности сравнивались с референсной последовательностью UL97 штамма ЦМВ Merlin.
Результаты и обсуждение. Для всех пациентов, у которых обнаружены штаммы вируса, содержащие мутации C592G (ПР), C607F (ПД) и C603W (ФС), определены моменты возникновения мутационных изменений – на 187, 124 и 1184 день после трансплантации соответственно. Показано, что появление мутаций с высоким фактором резистентности сопровождается ростом вирусной нагрузки (ВН), появлением характерной клинической картины и отсутствием адекватного ответа на лечение ганцикловиром и его производными.
Заключение. С использованием полученных результатов предполагается разработка тест-системы на основе полимеразной цепной реакции (рПЦР; random polymerase chain reaction, rPCR) для детекции мутаций в наиболее часто встречающихся кодонах: M460I/V, C592G, A591V, A594T/V, L595F/S, C603W. Учитывая, что данные по распространённости мутационных изменений получены из зарубежных источников, целесообразно проведение аналогичных исследований о частоте встречаемости мутаций в гене UL97 среди популяции РФ с целью повышения качества и точности тест-систем.
Список литературы
1. Gerna G., Zavattoni M., Baldanti F., Furione M., Chezzi L., Revello M.G., et al. Circulating cFytomegalic endothelial cells are associated with high human cytomegalovirus (HCMV) load in AIDS patients with late-stage disseminated HCMV disease. J. Med. Virol. 1998; 55(1): 64–74.
2. Göhring K., Hamprecht K., Jahn G. Antiviral drug- and multidrug resistance in cytomegalovirus infected SCT patients. Comput. Struct. Biotechnol. J. 2015; 13: 153–9. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2015.01.003
3. Piret J., Boivin G. Clinical development of letermovir and maribavir: Overview of human cytomegalovirus drug resistance. Antiviral Res. 2019; 163: 91–105. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2019.01.011
4. Schaeffer H.J., Beauchamp L., de Miranda P., Elion G.B., Bauer D.J., Collins P. 9-(2-hydroxyethoxymethyl) guanine activity against viruses of the herpes group. Nature. 1978; 272(5654): 583–5. https://doi.org/10.1038/272583a0
5. Chou S. Cytomegalovirus UL97 mutations in the era of ganciclovir and maribavir. Rev. Med. Virol. 2008; 18(4): 233–46. https://doi.org/10.1002/rmv.574
6. Göhring K., Wolf D., Bethge W., Mikeler E., Faul C., Vogel W., et al. Dynamics of coexisting HCMV-UL97 and UL54 drug-resistance associated mutations in patients after haematopoietic cell transplantation. J. Clin. Virol. 2013; 57(1): 43–9. https://doi.org/10.1016/j.jcv.2013.01.003
7. Britt W. Cytomegalovirus. In: Remington J.S., ed. Infectious Diseases of the Fetus and Newborn Infant. Elsevier; 2011: 706–55.
8. Komatsu T.E., Pikis A., Naeger L.K., Harrington P.R. Resistance of human cytomegalovirus to ganciclovir/valganciclovir: A comprehensive review of putative resistance pathways. Antiviral Res. 2014; 101: 12–25. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2013.10.011
9. Biron K.K. Antiviral drugs for cytomegalovirus diseases. Antiviral Res. 2006; 71(2–3): 154–63. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2006.05.002
10. Fischer L., Imrich E., Sampaio K.L., Hofmann J., Jahn G., Hamprecht K., et al. Identification of resistance-associated HCMV UL97- and UL54-mutations and a UL97-polymporphism with impact on phenotypic drug-resistance. Antiviral Res. 2016; 131: 1–8. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2016.04.002
11. Volfova P., Lengerova M., Lochmanova J., Dvorakova D., Ricna D., Palackova M., et al. Detecting human cytomegalovirus drug resistant mutations and monitoring the emergence of resistant strains using real-time PCR. J. Clin. Virol. 2014; 61(2): 270–4. https://doi.org/10.1016/j.jcv.2014.07.008
12. Eckle T., Jahn G., Hamprecht K. The influence of mixed HCMV UL97 wildtype and mutant strains on ganciclovir susceptibility in a cell associated plaque reduction assay. J. Clin. Virol. 2004; 30(1): 50–6. https://doi.org/10.1016/j.jcv.2003.08.010
13. Göhring K., Feuchtinger T., Mikeler E., Lang P., Jahn G., Handgretinger R., et al. Dynamics of the emergence of a human cytomegalovirus UL97 mutant strain conferring ganciclovir resistance in a pediatric stem-cell transplant recipient. J. Mol. Diagnostics. 2009; 11(4): 364–8. https://doi.org/10.2353/jmoldx.2009.080153
14. Demin M.V., Biderman B.V., Glinshchikova O.A., Sudarikov A.B., Filatov F.P., Tikhomirov D.S., et al. Mutations in the cytomegalovirus UL97 gene associated with ganciclovir resistance in recipients of allogeneic hematopoietic stem cell transplants. Clin. Microbiol. Antimicrob. Chemother. 2019; 21(4): 352–7. https://doi.org/10.36488/cmac.2019.4.352-357
15. Chou S., Waldemer R.H., Senters A.E., Michels K.S., Kemble G.W., Miner R.C., et al. Cytomegalovirus UL97 phosphotransferase mutations that affect susceptibility to ganciclovir. J. Infect. Dis. 2002; 185(2): 162–9. https://doi.org/10.1086/338362
Problems of Virology. 2022; 67: 37-47
Mutations in the UL97 gene of cytomegalovirus (Herpesvirales: Herpesviridae: Cytomegalovirus: Human betaherpesvirus 5) associated with ganciclovir resistance in recipients of allogeneic hematopoietic stem cells
https://doi.org/10.36233/0507-4088-90Abstract
Introduction. Infection caused by cytomegalovirus (CMV) is a serious problem for patients with weakened immunity, including patients with hematopoietic depression. The cases of complications associated with cytomegalovirus require antiviral therapy. However, during the natural mutation process, especially with prolonged use of drugs in suboptimal doses, CMV strains resistant to the action of antiviral drugs (such as ganciclovir, valganciclovir) may occur. Hypothetically, the emergence of resistance in the virus may cause a more aggressive course of infection, the ineffectiveness of antiviral therapy and, as a result, an increase in the number of deaths. In this regard, timely detection of mutations that can potentially lead to the resistance of the virus to antiviral drugs during hematopoietic stem cell transplantation (HSCT), as well as during organ and tissue transplantation, may be important when making a therapeutic decision. We describe three clinical cases for which the dynamics of the appearance of a mutant strain of CMV by the UL97 gene, which correlates with the viral load and clinical picture, is analyzed.
The aim of the study was to determine the timing of the occurrence of mutations in CMV phosphotransferase UL97 gene associated with resistance to antiviral drugs in patients with hemoblastoses after allogeneic hematopoietic stem cell (allo-HSCs) transplantation.
Material and methods. The study included 48 samples of CMV DNA isolated from the peripheral blood of three allo-HSCs recipients with CMV infection who were treated in the clinics of the FSBI «National Medical Research Center for Hematology» of the Ministry of Health of Russia with oncohematological diseases during 2015–2017. Patients received conditional codes (PR, PD, and FS). Mutations associated with antiviral therapy (AVT) resistance were identified in all patients. Sanger sequencing was used for mutation detection. The obtained DNA sequences were analyzed using Nucleotide BLAST and Genome compiler software. Mutations were searched in MRA mutation resistance analyzer software. The nucleotide sequences were compared with the UL97 reference sequence of the Merlin CMV strain using this software environment.
Results and discussion. For all patients in whom the virus strains containing C592G (PR), C607F (PD) and C603W (FS) mutations were detected, the timing of the mutation occurrence was determined at days 187, 124 and 1184, respectively. The emergence of mutations with a high resistance factor was shown to be accompanied by an increase in viral load (VL), the appearance of a clinical picture characteristic of CMV infection and a lack of an adequate response to therapy with ganciclovir and its derivatives.
Conclusion. Using these results, it is proposed to develop the test system based on random polymerase chain reaction (rPCR) to detect mutations in the most frequently encountered codons: M460I/V, C592G, A591V, A594T/V, L595F/S, C603W. Given that the data on the prevalence of these mutations were obtained from foreign sources, it is advisable to conduct similar studies on the frequency of mutations in the UL97 gene among the population of the Russian Federation in order to improve the quality and accuracy of test systems.
References
1. Gerna G., Zavattoni M., Baldanti F., Furione M., Chezzi L., Revello M.G., et al. Circulating cFytomegalic endothelial cells are associated with high human cytomegalovirus (HCMV) load in AIDS patients with late-stage disseminated HCMV disease. J. Med. Virol. 1998; 55(1): 64–74.
2. Göhring K., Hamprecht K., Jahn G. Antiviral drug- and multidrug resistance in cytomegalovirus infected SCT patients. Comput. Struct. Biotechnol. J. 2015; 13: 153–9. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2015.01.003
3. Piret J., Boivin G. Clinical development of letermovir and maribavir: Overview of human cytomegalovirus drug resistance. Antiviral Res. 2019; 163: 91–105. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2019.01.011
4. Schaeffer H.J., Beauchamp L., de Miranda P., Elion G.B., Bauer D.J., Collins P. 9-(2-hydroxyethoxymethyl) guanine activity against viruses of the herpes group. Nature. 1978; 272(5654): 583–5. https://doi.org/10.1038/272583a0
5. Chou S. Cytomegalovirus UL97 mutations in the era of ganciclovir and maribavir. Rev. Med. Virol. 2008; 18(4): 233–46. https://doi.org/10.1002/rmv.574
6. Göhring K., Wolf D., Bethge W., Mikeler E., Faul C., Vogel W., et al. Dynamics of coexisting HCMV-UL97 and UL54 drug-resistance associated mutations in patients after haematopoietic cell transplantation. J. Clin. Virol. 2013; 57(1): 43–9. https://doi.org/10.1016/j.jcv.2013.01.003
7. Britt W. Cytomegalovirus. In: Remington J.S., ed. Infectious Diseases of the Fetus and Newborn Infant. Elsevier; 2011: 706–55.
8. Komatsu T.E., Pikis A., Naeger L.K., Harrington P.R. Resistance of human cytomegalovirus to ganciclovir/valganciclovir: A comprehensive review of putative resistance pathways. Antiviral Res. 2014; 101: 12–25. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2013.10.011
9. Biron K.K. Antiviral drugs for cytomegalovirus diseases. Antiviral Res. 2006; 71(2–3): 154–63. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2006.05.002
10. Fischer L., Imrich E., Sampaio K.L., Hofmann J., Jahn G., Hamprecht K., et al. Identification of resistance-associated HCMV UL97- and UL54-mutations and a UL97-polymporphism with impact on phenotypic drug-resistance. Antiviral Res. 2016; 131: 1–8. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2016.04.002
11. Volfova P., Lengerova M., Lochmanova J., Dvorakova D., Ricna D., Palackova M., et al. Detecting human cytomegalovirus drug resistant mutations and monitoring the emergence of resistant strains using real-time PCR. J. Clin. Virol. 2014; 61(2): 270–4. https://doi.org/10.1016/j.jcv.2014.07.008
12. Eckle T., Jahn G., Hamprecht K. The influence of mixed HCMV UL97 wildtype and mutant strains on ganciclovir susceptibility in a cell associated plaque reduction assay. J. Clin. Virol. 2004; 30(1): 50–6. https://doi.org/10.1016/j.jcv.2003.08.010
13. Göhring K., Feuchtinger T., Mikeler E., Lang P., Jahn G., Handgretinger R., et al. Dynamics of the emergence of a human cytomegalovirus UL97 mutant strain conferring ganciclovir resistance in a pediatric stem-cell transplant recipient. J. Mol. Diagnostics. 2009; 11(4): 364–8. https://doi.org/10.2353/jmoldx.2009.080153
14. Demin M.V., Biderman B.V., Glinshchikova O.A., Sudarikov A.B., Filatov F.P., Tikhomirov D.S., et al. Mutations in the cytomegalovirus UL97 gene associated with ganciclovir resistance in recipients of allogeneic hematopoietic stem cell transplants. Clin. Microbiol. Antimicrob. Chemother. 2019; 21(4): 352–7. https://doi.org/10.36488/cmac.2019.4.352-357
15. Chou S., Waldemer R.H., Senters A.E., Michels K.S., Kemble G.W., Miner R.C., et al. Cytomegalovirus UL97 phosphotransferase mutations that affect susceptibility to ganciclovir. J. Infect. Dis. 2002; 185(2): 162–9. https://doi.org/10.1086/338362
