Проучване изследва далечни РНК-РНК взаимодействия на SARS-CoV-2

Проучване изследва далечни РНК-РНК взаимодействия на SARS-CoV-2

В наскоро публикувано проучване в Международен журнал за молекулярни науки Изследователите изследваха RRIs [взаимодействия между рибонуклеинова киселина (РНК) и РНК на дълги разстояния] в геномите на тежкия остър респираторен синдром на коронавирус 2 (SARS-CoV-2) (VOCs), за да оценят еволюционните промени в SARS-CoV-2.

Studie: Variantenspezifische Analyse enthüllt eine neuartige RNA-RNA-Interaktion mit großer Reichweite in SARS-CoV-2 Orf1a. Bildnachweis: CROCOTHERY/Shutterstock

фон

RRI са от съществено значение за жизнения цикъл на CoV и тяхното откриване може да разшири разбирането за еволюционните характеристики на SARS-CoV-2 и потенциално да помогне за предсказване на възникващи ЛОС, тъй като SARS-CoV-2 е РНК вирус. Скорошни in vivo проучвания, изследващи структурата на РНК на SARS-CoV-2, идентифицираха някои дългосрочни RRI; Необходими са обаче допълнителни изследвания. Отворената четяща рамка 1a (Orf1a) и Orf1b (или Orf1ab) кодират 16 неструктурни протеина, участващи в репликацията и транскрипцията на SARS-CoV-2 и са източник на вариации в генома на SARS-CoV-2.

Относно изследването

В настоящото проучване изследователите оцениха специфичните за VOC еволюционни промени в генома на SARS-CoV-2 въз основа на дългосрочни оценки на RRI.

Геномни последователности на SARS-CoV-2 (n=32 714) на Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC и Omicron VOC, произхождащи от 92 различни нации, бяха изтеглени от базата данни на GISAID (Глобална инициатива за споделяне на всички данни за грип). Осем Orf1a и/или Orf1b RRIs на дълги разстояния бяха избрани за анализ, четири от които бяха експериментално валидирани (Exp) и получени от експеримента COMRADES (Exp), а останалите четири бяха получени от изчислителни прогнози (Comp) с помощта на софтуера IntaRNA.

Comp-RRI бяха анализирани, за да се изследват нови RRI на далечни разстояния и свързаните с тях промени в еволюцията на SARS-CoV-2. В допълнение, елементът за изместване на рамката (FSE) беше анализиран, за да се оцени специфичната за характеристиките еволюция между ЛОС. Моделите на мутации в рамките на последователностите първо бяха оценени в целия геном и след това с помощта на VOC. Структурните промени на RRI бяха оценени чрез оценка на VOC-специфични компенсаторни мутации, консервационни и ковариращи мутации за всеки RRI.

Изчислителните оценки отново бяха извършени с помощта на SHAPE информация, за да се направи по-ограничена оценка. Бяха определени интервали на генома и бяха записани първите пет попадения за всеки интервал на генома, след което взаимодействията бяха класирани въз основа на енергийни остатъци. Разстоянията по двойки между VOC [средният брой различни бази за GISAID последователности] бяха изчислени като мярка за различие.

Не са наблюдавани бримки на стеблата или псевдовъзли в осемте RRI с широк обхват. За да се подобри разбирането за това как SARS-CoV-2 RRIs се запазват независимо от VOC, беше сравнен средният брой мутации на база за последователностите за всичките осем RRI. В допълнение, мутациите бяха категоризирани като компенсаторни или некомпенсаторни въз основа на акомодацията на РНК базова двойка (bp).

За да се изследва дали RRI имат по-малко/повече вариации или просто попадат в категорията на силно променливи региони на генома на SARS-CoV-2, вариациите на RRI на база бяха сравнени с тези на съседните им региони [100 нуклеотида (nt) нагоре и надолу по веригата]. В допълнение беше извършен ковариационен анализ и последователностите бяха групирани според съответните им летливи органични съединения, за да се оценят специфични за VOC и специфични за групата VOC тенденции. За да се изследва дали RRIs са развили VOC-специфично, VOC последователностите бяха разделени и допълнително анализирани чрез R-scape анализ.

Резултати

Хетерогенни скорости на мутация и еволюционни модели бяха наблюдавани във всички места на RRI, което показва различни еволюционни скорости и ограничения в различни места на SARS-CoV-2 РНК. Exp1 и Exp4 показаха относително високо ниво на консервация, докато Comp1 и Exp2 съдържаха няколко компенсаторни мутации.

Въпреки това, статистическите анализи на R-Scape не показаха значителни ковариации за който и да е RRI и нямаше значение за първите 5 попадения, използвайки ограничението SHAPE. Не са открити доказателства за коеволюция на двата региона на RRI в последователностите. Omicron, най-младият VOC, показа най-голямата дивергенция на последователностите и най-високата скорост на мутация (2,5 × 10-6 на база на ден), а Delta показа най-ниската степен на мутация (1,96 × 10-6).

Установено е, че Алфа ЛОС и Бета ЛОС са по-близо една до друга от другите ЛОС. Comp4 имаше най-голям брой структурни мутации (два пъти повече от съседните му региони, но най-нисък процент (~12%) неструктурни мутации, дължащи се на „идентифицираща мутация“ (Q57H) в бета-VOC Orf3a), докато Exp1 имаше най-нисък брой мутации.

Специфични за VOC еволюционни промени са наблюдавани за някои RRIs на дълги разстояния, предоставяйки доказателства за съществуването на Comp1 в бета-VOC последователностите. Comp2 се оказа най-добрият хит без ограничението на SHAPE. Степента на мутация на FSE е сравнима с тази на осемте дългосрочни RRI. Неочаквано FSE показа повече вариации на база от съседните региони, вероятно поради своята надстройка. Интервалът Exp4 на бета последователностите, т.е. Beta Exp4 и Beta Comp1, показва значително ковариращи базови двойки въпреки ниската статистическа мощност.

Имаше разлики в ЛОС за някои RRI. Например Comp1 имаше по-ниска вариация от съседните региони във всички ЛОС с изключение на Delta, а Exp1 имаше по-ниско запазване в Delta и Omicron, но не и в Alpha или Beta. Освен това, Comp4 имаше много по-ниско запазване в Omicron, докато беше много по-високо в други ЛОС. В Comp4 само три процента от бета мутациите коригират структурата, докато 90 процента от алфа мутациите го правят.

Диплома

Като цяло резултатите от проучването показаха, че RRI на далечни разстояния в различни VOC на SARS-CoV-2 могат да бъдат изправени пред различен еволюционен натиск и че Comp1 може да бъде нов RRI на дълги разстояния на SARS-CoV-2.

Справка:

• Dukeshire, M. et al. (2022) „Variantenspezifische Analyse enthüllt eine neuartige RNA-RNA-Interaktion über große Entfernungen in SARS-CoV-2 Orf1a“, International Journal of Molecular Sciences, 23(19), S. 11050. doi: 10.3390/ijms231911050. https://www.mdpi.com/1422-0067/23/19/11050