Vírus da hepatite B e o hospedeiro humano : integrando genética e evolução

Abstract

INTRODUÇÃO: Apesar da existência de uma vacina profilática, o vírus de Hepatite B (HBV) é um importante problema de saúde mundial, sendo responsável por cerca de 257 milhões de infecções crônicas incuráveis ao redor do mundo, que podem resultar em desfechos graves como cirrose e câncer hepático. Considerando a divergência filogenética entre genomas virais completos, o HBV humano tem sido classificado em dez linhagens (genótipos A-J). Em geral, esses genótipos podem ser relacionados a regiões geográficas e perfis étnicos específicos, conectando a dispersão viral à história populacional. Os genótipos de HBV mais divergentes (F e H) são considerados autóctones das Américas, e são usualmente relacionados a populações Nativas Americanas, que mostram as maiores taxas de prevalência para HBV nesse continente. Embora a distribuição global de genótipos do HBV seja sugestiva de uma origem antiga e um longo tempo de coevolução com o hospedeiro humano, não há consenso entre as teorias que abordam a história evolutiva do HBV. OBJETIVOS: O principal objetivo dessa tese é contribuir para um melhor conhecimento sobre o HBV circulante na América Latina, relacionando aspectos genéticos e evolutivos do vírus e de seu hospedeiro. Primeiramente, avaliamos o impacto de topologias alternativas para o HBV sobre inferências de aceleração de taxa e de seleção positiva para os genótipos F e H. A seguir, testamos a relação evolutiva entre as linhagens do genótipo D presentes na América Latina e na Europa. Finalmente, comparamos populações Nativas Americanas para diferenças genéticas no vírus e no hospedeiro que pudessem estar associadas a diferentes prevalências de HBV. MATERIAL E MÉTODOS: Usamos abordagens filogenéticas baseadas em máxima verossimilhança e em análise Bayesiana para inferir hipóteses alternativas para o HBV. A evolução molecular dos genótipos F e H foi estimada baseada em cada hipótese filogenética. A seguir, usamos métodos filogenéticos e de genética de populações para comparar a variação genética em linhagens do genótipo D encontradas em populações Latino- Americanas e Europeias para inferir relações ancestral-descendente entre elas. Finalmente, usamos um racional caso-controle para comparar populações Nativas Americanas para a prevalência de HBV usando conjuntos de dados de SNPs genômicos genotipados nessas populações, bem como das linhagens de HBV isoladas das mesmas. RESULTADOS E CONCLUSÕES: Os resultados mostraram um suporte maior para a topologia de HBV enraizada nos genótipos F-H, ressaltando que o acúmulo de diferenças observadas nessas linhagens é devido a uma divergência antiga, e não a uma aceleração causada por seleção positiva. Por outro lado, a inferência de seleção positiva foi robusta à incerteza filogenética. Os resultados também mostraram a influência de muitas fontes de genótipos D na América Latina, com um papel especial para a Itália, em nível de subgenótipo, na dispersão para o a região sul. Finalmente, nossos resultados são sugestivos de um papel importante do gene RARB na susceptibilidade do hospedeiro à infecção por HBV.

BACKGROUND: Despite the existence of a prophylactic vaccine, the Hepatitis B Virus (HBV) is a major global health problem, being responsible for about 257 million worldwide incurable chronic infections that can result in severe outcomes like cirrhosis and liver cancer. Considering the phylogenetic divergence among complete viral genomes, the human HBV has been classified into ten HBV lineages (genotypes A-J). In general, these genotypes can be related to specific geographical regions and ethnic profiles, connecting viral dispersal and host population history. The most divergent HBV genotypes (F and H) are considered autochthonous of the Americas and are usually related to Native Americans populations, who show the highest HBV prevalence in this continent. Despite the global HBV genotypes distribution is suggestive of an ancient origin and a long co-evolutionary time with its human host, there is no consensus among the theories addressing evolutionary history of HBV. AIM: The major aim of this thesis is to contribute to the better knowledge of circulating HBV in Latin America addressing genetic and evolutionary aspects of the virus and its host. First, we evaluated the impact of alternative HBV topologies over inferences of rate acceleration and positive selection for genotypes F and H. Next, we tested the evolutionary relationship between genotype D lineages present in Latin America and Europe. Finally, we compared Native American populations for viral and host genetic differences that could be associated to different HBV prevalence. METHODS: We used phylogenetic approaches based on maximum likelihood and Bayesian analysis to infer alternative hypothesis for HBV. Molecular evolution of F and H genotypes was estimated based on each phylogenetic hypothesis. Next, we used phylogenetic and population genetic methods to compare the genetic variation in genotype D lineages found in Latina American and European populations to infer ancestral-descendent relationships among them. Finally, we used a case-control rationale to compare Native American populations for HBV prevalence using datasets of genomewide SNPs genotyped in these populations, as well as HBV lineages isolated from them. RESULTS AND CONCLUSIONS: Our results showed a much higher support for a HBV topology rooted in F-H genotypes, highlighting that the accumulation of differences observed in these lineages is due to an old divergence and not to an acceleration caused by positive selection. On the other hand, the occurrence of positive selection was robust to phylogenetic uncertainty. In addition, our results showed the influence of many D genotype sources in Latin America, with a special role for Italy in the dispersion at subgenotype level in the Southern region. Finally, our results are suggestive of an important role of RARB gene on the host susceptibility to HBV infection.