Human Torque teno virus: epidemiology, cell biology and immunology

Abstract

Torque teno virus (TTV) was discovered in 1997 in the serum of a Japanese patient who had a post-transfusion hepatitis of unknown etiology. It is a small virus containing a circular single-stranded DNA genome which is unique among human viruses. Within a few years after its discovery, the TTVs were noted to form a large family of viruses with numerous genotypes. TTV is highly prevalent among the general population throughout the world, and persistent infections and co-infections with several genotypes occur frequently. However, the pathogenicity and the mechanism for the sustained occurrence of the virus in blood are at present unclear.

To determine the prevalence of TTV in Finland, we set up PCR methods and examined the sera of asymptomatic subjects for the presence of TTV DNA and for genotype-6 DNA. TTV was found to be highly prevalent also in Finland; 85% of adults harbored TTV in their blood, and 4% were infected with genotype-6. In addition, TTV DNA was detected in a number of different tissues, with no tissue-type or symptom specificity.

Most cell-biological events during TTV infections are at the moment unknown. Replicating TTV DNA has, however, been detected in liver and the hematopoietic compartment, and three mRNAs are known to be generated. To characterize TTV cell biology in more detail, we cloned in full length the genome of TTV genotype 6. We showed that in human kidney-derived cells TTV produces altogether six proteins with distinct subcellular localizations. TTV mRNA transcription was detected in all cell lines transfected with the full-length clone, and TTV DNA replicated in several of them, including those of erythroid, kidney, and hepatic origin. Furthermore, the viral DNA replication was shown to utilize the cellular DNA polymerases.

Diagnoses of TTV infections have been based almost solely on PCR, whereas serological tests, measuring antibody responses, would give more information on many aspects of these infections. To investigate the TTV immunology in more detail, we produced all six TTV proteins for use as antigens in serological tests. We detected in human sera IgM and IgG antibodies to occur simultaneously with TTV DNA, and observed appearance of TTV DNA regardless of pre-existing antibodies, and disappearance of TTV DNA after antibody appearance. The genotype-6 nucleotide sequence remained stable for years within the infected subjects, suggesting that some mechanism other than mutations is used by this minute virus to evade our immune system and to establish chronic infections in immunocompetent subjects.

Torque teno –virus (TTV) löytyi Japanista 1997 verensiirron jälkeistä maksatulehdusta sairastavan potilaan verestä. TTV on kooltaan erittäin pieni ja sen perimäaines on molekyylirakenteeltaan ihmisiä infektoivalle virukselle ainutlaatuinen: yksijuosteinen rengasmainen DNA. Pian löytymisensä jälkeen TTV:ien huomattiin muodostavan suuren virusperheen lukuisine erilaisine genotyyppeineen. TTV on maailmanlaajuisesti erittäin yleinen ja pitkittyvät sekä samanaikaiset infektiot eri genotyypeillä ovat yleisiä. TTV:n taudinaiheuttamiskykyä ei vielä tiedetä, kuten ei myöskään ymmärretä mekanismia jolla TTV säilyy vuosikymmeniä ihmiselimistössä ja verenkierrossa puolustusjärjestelmäämme uhmaten.

Tutkiaksemme TTV:n esiintyvyyttä Suomessa, pystytimme DNA-PCR-testit yleisesti TTV:n ja erityisesti genotyypin 6 osoittamiseen. Totesimme TTV:n olevan erittäin yleinen myös Suomessa: 85%:lla aikuisista oli virusta veressä ja näistä 4% oli infektoitunut genotyypin 6 viruksella. Lisäksi näiden virusten DNA:ta löydettiin useista kudoksista, kuitenkin ilman oireyhteyttä.

Monistuvaa TTV-DNA:ta on havaittu luuytimessä, maksassa ja perifeerisen veren soluissa. Vaihtoehtoisen silmikoimisen on osoitettu muodostavan kolmea lähetti-RNA:ta. Tutkiaksemme TTV:n lisääntymiseen liittyviä solubiologisia tapahtumia tarkemmin, kloonasimme TTV:n genomin kokonaisena. Osoitimme munuaisperäisissä soluissa muodostuvan kaikkiaan kuusi erilaista TTV-proteiinia, joista havaitsimme kullakin yksilöllisen solunsisäisen lokalisaation. Osoitimme kloonimme tuottavan lähetti-RNA:ta kaikissa testatuissa solulinjoissa ja saavan aikaan TTV-DNA:n monistumisen useissa, mm. erytroidaalisissa sekä munuais- ja maksaperäisissä soluissa. Osoitimme lisäksi, että DNA:nsa monistamiseen virus käyttää isäntäsolun DNA-polymeraaseja.

TTV-infektioiden diagnosoinnissa on käytetty lähes yksinomaan PCR-menetelmiä. Serologiset testit, jotka mittaavat vasta-aineiden määrää ja laatua, antaisivat huomattavasti enemmän tietoa mm. virusinfektioiden todellisesta esiintyvyydestä ja immunologiasta. Tutkiaksemme tarkemmin TTV-infektioiden immunologisia vasteita, tuotimme viruksen kaikkia kuutta proteiinia bakteeri- ja hyönteissoluissa. Käytimme proteiineja antigeeneinä serologisissa testeissä, ja osoitimme vasta-aineita muodostuvan ihmiselimistössä näitä virusproteiineja kohtaan. Havaitsimme, että TTV säilyy veressä vasta-aineista huolimatta ja että viruksen sekvenssi voi pysyä veressä muuttumattomana vuosia. Onkin mahdollista, että TTV käyttää muita mekanismeja kuin mutaatioita välttääkseen immuunipuolustusjärjestelmäämme ja saadessaan aikaan pysyvän infektiotilan perusterveessä ihmisessä.