Human tropic Porcine Endogenous Retroviruses (PERVs) are the major concern in zoonosis for xenotransplantation because PERVs cannot be eliminated by specific pathogen-free breeding. Recently, a PERV A/C recombinant with PERV-C bearing PERV-A gp70 showed a higher infectivity (approximately 500-fold) to human cells than PERV-A. Additionally, the chance of recombination between PERVs and HERVs is frequently stated as another risk of xenografting. Overcoming zoonotic barriers in xenotransplantation is more complicated by recombination. To achieve successful xenotransplantation, studies on the recombination in PERVs are important. Here, we cloned and sequenced proviral PERV env sequences from pig gDNAs to analyze natural recombination. The envelope is the most important element in retroviruses as a pivotal determinant of host tropisms. As a result, a total of 164 PERV envelope genes were cloned from pigs (four conventional pigs and two miniature pigs). Distribution analysis and recombination analysis of PERVs were performed. Among them, five A/B recombinant clones were identified. Based on our analysis, we determined the minimum natural recombination frequency among PERVs to be 3%. Although a functional recombinant envelope clone was not found, our data evidently show that the recombination event among PERVs may occur naturally in pigs with a rather high possibility.
Pigs have anatomically and physiologically very similar to human and because of this, pigs are the possible xenotransplantation donors for human organs. PERVs (Porcine Endogenous Retroviruses) are known to be one of the possible obstacles for using porcine organs regardless of the immunological barriers. In order to understand the expression patterns of PERVs in Korean native pigs, we investigated PERV expressions in porcine liver, heart, spleen, and lung samples. After RNA extraction, two types of specific PERV envelope genes (ENV-A and ENV-B) were amplified using specific primers by RT-PCR. The results indicated that the variable PERV expressions were observed in inconsistent patterns among animals and tissues. The PERV expressions were verified with semi-quantitative real-time PCR with three replicates. Even though, these results confirm the previous findings that the PERVs were differentially expressed between animals and tissues. These results also give some valuable information for xenotransplantation when using the Korean native pigs as the organ donor.
Kim, Y.B.;Yoo, J.Y.;Lee, J.Y.;Kim, G.W.;Park, H.Y.
Journal of Animal Science and Technology
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v.46
no.3
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pp.307-314
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2004
Xenotransplantation of porcine organs has the potential to overcome the severe. shortage of human tissues and organs available for human transplantation. The swine represents an ideal source of such organs because of their plentiful supply and their numerous anatomical and physiological similarities to the human. However, this procedure also carries with a number of safety issues relating to the zoonotic infections. Porcine endogenous retrovinJses(PERVs), \Wich are germ line transmitted and persist without symptoms in the pigs, are most concerning zoonotic viroses. In order to analyze the prevalence of PERV in domestic pigs, four kinds of pigs'(Landrace, Berkshire, Yorkshire, and Duroc) genomic DNA were isolated from their hair follicles. PCR analysis was carried out for detection of PERVs using subgroup A/B/C and E pol sequence primers. All pigs (20 heads) tested had high copy number of PERVs within genomes. Subgroup A/B/C and E pol gene sequences from 20 isolates were determined by direct sequencing. Sequence analysis showed pol sequences are highly conserved among intra- and inter-subspecies(99.l and 98.8%, respectively). As a first report of PERV prevalence in Korea pigs, our data would be the basic concepts of PERV transmission study in xenotransplantation.
Porcine Endogenous Retroviruses (PERVs) are a major concern in relation to xenotransplantation. Previous research indicated that PERVs are present at about 50 copies in the pig genome and their chromosomal insertion sites are different among pig breeds. We examined nine Korean native pigs and seven Asian Wild Boars for the presence of a PERV-A at SSC 1q2.4 and a PERV-B at SSC 7p1.1-2 previously reported in a Large White pig. The PERV-B at locus 7p1.1-2 displayed insertional variability in Korean native pigs and Asian Wild Boars. Using the primers for the PERV-A at 1q2.4 from Large White pig, we only can amplify an unclassified 798 bp sequence, which showed insertional variability only in Korean native pigs. This study indicates that there are differences within and between Asian and European pigs in PERV insertions and suggests that selection could generate PERV-free lines of pigs more suitable for xenotransplantation.
This study was conducted to identify the PERV (Porcine Endogenous Retrovirus) integration sites and their characterizations using the porcine genomic sequence information. Total 114 Mb (4.2%) sequence of the 2.7 Gb pig genome was investigated for the PERV sequences. As the results, 8 PERV sequences were identified and their genomic structures were deduced from the BLAST searches against previously known PERV genes. Seven PERVs have internal deletions in the protein coding region and they will not be functional. The other one also has internal deletions in the gag and env genes, indicating this PERV is also defective. Even though we could not identify the functional PERVs in this study, the results presented here can be used for the fundamental research materials for controlling PERV infections in relation to xenotransplantation using porcine organs and tissues.
Xenotransplantation may help to overcome the critical shortage of human tissues and organs for human transplantation, Swine represents an ideal source of such organs owing to their anatomical and physiological similarities to human besides their plentiful supply, However, the use of organs across the species barrier may be associated with the risk of transmission of pathogens, specially porcine endogenous retroviruses (PERVs).• Although most of these potential pathogens could be eliminated by pathogen-free breeding, PERVs are not eliminated by this treatment. PERVs are integrated into the genome of all pigs and produced by normal pig cells and infect human cells. They belong to gamma retroviruses and are of three classes viruses: A, B and C. In the present study, PCR based cloning was performed with chromosomal DNA extracted from pigs from domestic pigs in Korea. Amplified PCR fragments of about 1.5 Kb, covering the partial env gene, were cloned into pCR2.l-TOPO vectors and sequenced. A total of 91 env clones were obtained from domestic pigs, Berkshire, Duroc, Landrace and Yorkshire in Korea. Phylogenetic analysis of these genes revealed the presence of only PERV class A and B in the proportion of 58 % and 42 %, respectively. Among these, 28 clones had the correct open reading frame: 18 clones in class A and 10 clones in class B. Since both these PERV classes are polytropic and have the capacity to infect human cells, our data suggest that proviral PERVs have the potential to generate infectious viruses during or after xenotransplantation in human.
There is emerging interest in using xenotransplantation of porcine cells, tissues and organs for treatment of human illness. This article reviews the current status of xenotransplantation, with particular emphasis on the physiological and immunological barriers to xenotransplantation and genetic manipulations to overcome xenograft rejection. Preliminary success in xenotransplantation therapy for human Parkinson's disease using porcine foetal brain cells is described. Finally the zoonotic dangers of porcine xenotransplantation, most particularly porcine endogenous retroviruses (PERVs), are discussed.
Ha, Hong-Seok;Huh, Jae-Won;Kim, Dae-Soo;Kang, Dong-Woo;Cho, Byung-Wook;Kim, Heui-Soo
Molecules and Cells
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v.24
no.1
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pp.148-151
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2007
Porcine endogenous retroviruses (PERVs) in the pig genome represent a potential risk of infection in pig-to-human transplantation and are transmitted vertically. The solitary long terminal repeat (LTR) elements of the PERVs affect the replication properties of the individual viruses via their repeat sequences and by encoding a set of specific transcription factors. We examined the promoter activities of solitary LTR elements belonging to the PERV-A and -B families of the Korean domestic pig (KDP) using luciferase reporters. Three of the LTR structures (of PERV-A5-KDP, PERV-A7-KDP, PERV-A8-KDP) had different promoter activities in human HCT116 cells and monkey Cos7 cells, and potential negatively and positively acting regions affecting transcription were identified by deletion analysis. These data suggest that specific sequences in the U3 region of a given LTR element can affect the activities of promoter or enhancer elements in the PERV.
Three major classes of retroviral restriction factors (APOBEC3G, Tetherin, and TRIM5${\alpha}$) have been identified in mammals. Restriction factors are cellular proteins that are able to limit viral replication by targeting specific steps of the viral life cycle. To evaluate which restriction factor is the most effective to inhibit the replication of porcine endogenous retroviruses (PERVs), the antiviral activity of each restriction factor was compared. In pseudotype assay, the antiviral activity of human tetherin against PERV pseudotype was slightly weaker than that of human APOBEC3G (hA3G). A combination of tetherin and hA3G was more potent than each individual restriction factor. We questioned whether a combination of tetherin and hA3G could also inhibit the spreading replication of PERV. In agreement with the pseudotype assay, two restriction factors inhibit infectious PERV replication in a spreading infection. In this study, hA3G could strongly inhibit the replication of PERV, but tetherin modestly restricted it. Based on these results, we concluded that a combination of tetherin and hA3G is the most effective way to restrict PERV. A combination of different restriction factors will encourage the development of a new approach to treat retroviral disease.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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