Studie zkoumá dlouhodobé interakce RNA-RNA SARS-CoV-2

Studie zkoumá dlouhodobé interakce RNA-RNA SARS-CoV-2

V nedávno publikované studii v International Journal of Molecular Sciences Výzkumníci zkoumali RRI [dlouhé interakce ribonukleové kyseliny (RNA)-RNA] u variant genomů koronaviru 2 (SARS-CoV-2) závažného akutního respiračního syndromu (VOC), aby vyhodnotili evoluční změny v SARS-CoV-2.

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

pozadí

RRI jsou zásadní pro životní cyklus CoV a jejich detekce může rozšířit pochopení evolučních charakteristik SARS-CoV-2 a potenciálně pomoci předvídat vznikající VOC, protože SARS-CoV-2 je RNA virus. Nedávné studie in vivo zkoumající strukturu RNA SARS-CoV-2 identifikovaly některé dlouhodobé RRI; Je však zapotřebí dalšího výzkumu. Otevřený čtecí rámec 1a (Orf1a) a Orf1b (nebo Orf1ab) kódují 16 nestrukturálních proteinů zapojených do replikace a transkripce SARS-CoV-2 a jsou zdrojem variací v genomu SARS-CoV-2.

O studiu

V této studii vědci hodnotili evoluční změny specifické pro VOC v genomu SARS-CoV-2 na základě dlouhodobých hodnocení RRI.

Sekvence genomu SARS-CoV-2 (n=32 714) Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC a Omicron VOC pocházející z 92 různých národů byly staženy z databáze GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data). Pro analýzu bylo vybráno osm RRI Orf1a a/nebo Orf1b s dlouhým dosahem, z nichž čtyři byly experimentálně ověřeny (Exp) a získány z experimentu COMRADES (Exp) a zbývající čtyři byly získány z výpočetních predikcí (Comp) pomocí softwaru IntaRNA.

Comp-RRI byly analyzovány za účelem zkoumání nových RRI s dlouhým dosahem a souvisejících změn ve vývoji SARS-CoV-2. Kromě toho byl analyzován prvek pro posun rámečku (FSE), aby se vyhodnotil vývoj specifických vlastností mezi VOC. Mutační vzory v sekvencích byly nejprve hodnoceny napříč genomem a poté pomocí VOC. Strukturální změny RRI byly vyhodnoceny posouzením VOC-specifických kompenzačních mutací, konzervačních a kovariančních mutací pro každou RRI.

Výpočtové odhady byly opět provedeny s použitím informací SHAPE, aby bylo možné provést omezenější odhad. Byly stanoveny intervaly genomu a bylo zaznamenáno pět nejlepších zásahů pro každý interval genomu, poté byly interakce seřazeny na základě energetických zbytků. Párové vzdálenosti mezi VOC [průměrný počet různých bází pro sekvence GISAID] byly vypočteny jako míra odlišnosti.

U osmi širokorozsahových RRI nebyly pozorovány žádné kmenové smyčky nebo pseudouzly. Pro lepší pochopení toho, jak jsou SARS-CoV-2 RRI konzervovány nezávisle na VOC, byl porovnán průměrný počet mutací na bázi pro sekvence pro všech osm RRI. Kromě toho byly mutace kategorizovány jako kompenzační nebo nekompenzační na základě akomodace páru bází RNA (bp).

Aby se zjistilo, zda mají RRI méně/více variací nebo pouze spadají do kategorie vysoce variabilních oblastí genomu SARS-CoV-2, byly variace RRI na bázi porovnány s variacemi jejich sousedních oblastí [100 nukleotidů (nt) proti směru a po směru transkripce]. Kromě toho byla provedena kovariační analýza a sekvence byly seskupeny podle jejich odpovídajících VOC pro vyhodnocení VOC-specifických a VOC skupinově specifických trendů. Aby se zjistilo, zda se RRI vyvinuly specificky VOC, byly VOC sekvence odděleny a dále analyzovány analýzou R-scape.

Výsledky

Heterogenní mutace a evoluční vzorce byly pozorovány napříč všemi místy RRI, což ukazuje na různé evoluční rychlosti a omezení na různých místech RNA SARS-CoV-2. Exp1 a Exp4 vykazovaly relativně vysokou úroveň konzervace, zatímco Comp1 a Exp2 obsahovaly několik kompenzačních mutací.

Statistické analýzy R-Scape však neukázaly žádné významné kovariance pro žádnou RRI a nebyla žádná významnost pro 5 nejlepších výsledků s použitím omezení SHAPE. Nebyl nalezen žádný důkaz koevoluce dvou oblastí RRI v sekvencích. Omicron, nejmladší VOC, vykazoval největší sekvenční divergenci a nejvyšší míru mutací (2,5 × 10−6 na bázi za den) a Delta vykazovala nejnižší míru mutace (1,96 × 10−6).

Bylo zjištěno, že alfa VOC a Beta VOC jsou si blíže než jiné VOC. Comp4 měl nejvyšší počet strukturálních mutací (dvakrát tolik než jeho sousední oblasti, ale nejnižší procento (~12 %) nestrukturálních mutací v důsledku „identifikační mutace“ (Q57H) v beta-VOC Orf3a), zatímco Exp1 měl nejnižší počet mutací.

Evoluční změny specifické pro VOC byly pozorovány u některých RRI s dlouhým dosahem, což poskytuje důkaz o existenci Comp1 v sekvencích beta-VOC. Comp2 se ukázal jako top hit bez omezení SHAPE. Míra mutace FSE byla srovnatelná s rychlostí osmi dlouhodobých RRI. FSE neočekávaně vykazovala více variací na základnu než sousední regiony, pravděpodobně kvůli své nadstavbě. Interval Exp4 beta sekvencí, tj. Beta Exp4 a Beta Comp1, vykázal významně kovarianční páry bází navzdory nízké statistické síle.

U některých RRI byly rozdíly v VOC. Například Comp1 měl nižší variaci než sousední regiony ve všech VOC kromě Delta a Exp1 měl nižší ochranu v Delta a Omicron, ale ne v Alpha nebo Beta. Kromě toho měl Comp4 mnohem nižší konzervaci v Omicron, zatímco byl mnohem vyšší v jiných VOC. V Comp4 pouze tři procenta beta mutací upraví strukturu, zatímco 90 procent alfa mutací ano.

Diplom

Celkově výsledky studie ukázaly, že RRI s dlouhým dosahem v různých VOC SARS-CoV-2 by mohly čelit různým evolučním tlakům a že Comp1 by mohl být nový RRI dlouhého dosahu SARS-CoV-2.

Odkaz:

• 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