인유두종 바이러스 (Human Papillomavirus) 개론

인유두종바이러스(Human Papillomavirus)는 서브 타입이 200개 이상 관련이 있는 바이러스 그룹입니다. 

 

HPV 유형은 저위험 HPV와 고위험 HPV의 두 가지 큰 범주로 분류됩니다. 

저위험 HPV는 발암성은 아니지만 피부 사마귀를 일으킬 수 있으며, 고위험 HPV는 발암성으로 암을 발병시킵니다. 

 

고위험중군에 HPV 유형 16과 18은 대체로 암을 유발합니다.

HPV 감염에 대한 백신은 존재하지만 이 감염을 완전히 치료할 수 있는 치료법은 없습니다.

E6 및 E7 종양단백질의 서열을 검증함으로써 자궁경부암뿐만 아니라 다른 종류의 성병에 대해서도 더 깊은 통찰력을 얻을 수 있습니다.

HPV 관련 연구에서는 특징을 찾아내기 위한 시도로 고유한 요소를 분류하는 인공지능 알고리즘으로 고위험군 HPV Type 인 16, 18, 58 서열을 비교 분석을 진행합니다. 이전연구에서는 type 56로 고위험군으로 분류가 되었습니다. 

 

이에 대한 개요는 다음과 같습니다. 

 

 

200개 이상의 관련 바이러스 그룹, 40개 이상의 유형의 HPV가 직접적인 접촉을 통해 확산됩니다. 생식기 사마귀 및 재발성 호흡기 유두종증 발생의 90%는 HPV 6형과 11형에 의한 것입니다. 고위험 HPV 유형의 경우 HPV 16형과 18형이 여성 자궁경부암의 가장 흔한 원인입니다.

자궁경부암을 유발하는 HPV 유형은 대부분의 경우 생식기 사마귀의 유형과 다릅니다. HPV는 항문암과 자궁경부암의 90% 이상, 질암과 외음부암의 약 70%, 음경암의 약 60%의 원인입니다. 단지, HPV가 암으로 발전할 확률은 매우 낮기 때문에 바이러스가 인체에 감염되는 과정을 이해하는 것이 중요합니다. 바이러스는 상피 세포에 들어가면서 특정 단백질을 생성하기 시작합니다. 특히, E6과 E7에 의해 생성된 두 가지 유형의 단백질은 일반적인 세포 성장을 억제합니다. 이는 암의 특징 중 하나인 무제한적인 세포 증식을 초래합니다. 인체가 바이러스와 감염된 세포를 인식하지 못할 때, 바이러스는 상피 세포 내에서 무제한적으로 성장할 수 있습니다.

다양한 HPV 유형 중 15가지 고위험 유형에는 16, 18, 31, 33, 35, 39, 45, 51, 52, 56, 58, 59, 68, 73, 82가 있습니다. 위험 유형에는 잠재적으로 발암성이 있는 것으로 보이는 세 가지 유형(26, 53, 66)도 있습니다.

 

대부분의 경우 16형과 18형의 특정 HPV 유형이 자궁경부 상피세포와 전구 병변에서 관찰될 수 있기 때문에 자궁경부암 발병 이전에 진단 및 예방이 가능합니다.

관련 연구에서 HPV 종류의 서열 특징이 밝혀졌습니다.

고위험 HPV 유형(16, 18, 32, 45, 51, 52, 56, 58, 59, 68)은 총 38종의 HPV 분리주 중 65.8%를 차지하며, 53종등 잠재적  고위험 HPV 유형이 38개의 HPV 분리균 중 13.2%를 차지하며. 중합효소연쇄반응과 혼성화 분석을 통해 수행된 연구에서는 단일 감염 병변에서 모든 고위험 HPV 유형의 위치를 ​​찾아낸 연구 결과도 있습니다.

자궁경부암종에서 E6 및 E7을 표적으로 하는 항원 요법의 효과를 입증한 연구 결과로 HPV-16 종양단백질 E6 및 E7 서열이 자궁경부암 세포의 통제되지 않는 세포 성장에 중요한 역할을 한다고 추론할 수 있는 연구도 진행이 되었으며. 자궁경부암종 세포주와 자궁경부암 임상 샘플 모두에서 이 두 가지 바이러스 초기 유전자가 검출되어 형질전환 유전자로 기능함을 확인할 수 있습니다. 구체적으로, E6는 주로 종양 억제 단백질인 p53에 결합하여 이를 억제하는 반면, E7은 Rb 단백질을 복잡하게 만들고 불활성화시키는 연구 자료도 있습니다. HPV 백신에 대한 추가 연구에 따르면 이러한 백신은 특정 바이러스 유형에 의한 감염을 예방할 수 있습니다. 

 

현재 약 4명 중 1명이 HPV에 감염되어 있으며, 10대를 포함하면 매년 약 1,400만 명이 HPV에 감염이 되는 상황이며,

인간이 가지고 있는 선천적 및 적응적 면역 시스템은 외부 항원에 대응은 하지만 HPV는 면역 시스템에 침투하기 위해 몇 가지 수단을 사용하기 때문에 이러한 방법 중 일부는 HPV 퇴치에 효과적이지 않다는 연구 결과가 있습니다.

예를 들어, HPV는 면역 센터에서 멀리 떨어져 있고 수명이 짧은 세포인 각질세포를 감염시킬 수 있으며, 백신을 주사함으로써 인체는 항체를 생성하여 면역 반응을 일으킵니다. HPV 감염 표면의 요소로 형성된 최신 HPV 백신은 항원이 바이러스 유사 입자, 즉 바이러스 DNA가 없기 때문에 감염성이 없는 VLP라는 메커니즘을 기반으로 작동합니다.

HPV 백신의 높은 효능에 기여하는 한 가지 요인은 VLP가 실제 바이러스와 유사하기 때문에 천연 바이러스와 마찬가지로 면역 반응이 일어납니다. 이전 연구에 따르면 고위험 HPV 유형 6, 11, 16 및 18을 표적으로 하는 백신은 감염 및 질병의 획득을 실질적으로 줄이는 것으로 나타났습니다. 이와 같은 선행연구를 통해 HPV의 보다 근본적인 서열 분석을 진행할 수 있습니다. 

 

 

https://pave.niaid.nih.gov/

PaVE

 

 

실험방법은 PaVE 사이트에서 인간에 해당되는 서열을 찾은 후에 블라스트에서 비교분석하는 방법으로 진행하면 됩니다. 이전연구에서는 결정트리와 은닉마르코프 모델, 인공 신경망을 사용하여 저위험군과 고위험군에 대한 유사성과 차이점에 비교 분석을 진행하였는데 BLAST 서열 분석으로도 간단하게 비교 분석을 할 수 있습니다. 

GUI 소프트웨어 MEGA를 활용하는 방법도 있으며 이에 대한 실험 방법은 순차적으로 서술하겠습니다.

 

https://pave.niaid.nih.gov/search/search_database

 

데이터베이스 접근하여 human을 검색하면 인간 서열이 나타나는데 이 중에서 18번 서열을 보면 다음과 같은 그림이 나타납니다. 

 

https://pave.niaid.nih.gov/locus_viewer?seq_id=HPV18REF

 

 

 

전체 핵산이 나타나는데 전체에 대한 비교실험을 하면 비교분석이 어렵고 특정 부위 E6와 E7등과 같이 의미 있는 서열을 찾아 비교 분석을 해야 합니다. 

 

다음 차시에는 고위험군에서의 아형들을 인공지능 알고리즘으로 비교하여 어떤 부분에서의 아미노산의 유사성이 있는지 알아봅시다. 

 

 

 

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