Studiet undersøger langtrækkende RNA-RNA-interaktioner af SARS-CoV-2

Studiet undersøger langtrækkende RNA-RNA-interaktioner af SARS-CoV-2

I en nylig offentliggjort undersøgelse i International Journal of Molecular Sciences Forskere undersøgte RRI'er [langrækkende ribonukleinsyre (RNA)-RNA-interaktioner] i alvorlige akutte respiratoriske syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) varianter af bekymring (VOC'er) genomer for at vurdere evolutionære ændringer i SARS-CoV-2.

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

baggrund

RRI'er er essentielle for livscyklussen for CoV'er, og deres påvisning kan udvide forståelsen af ​​de evolutionære karakteristika af SARS-CoV-2 og potentielt hjælpe med at forudsige nye VOC'er, da SARS-CoV-2 er en RNA-virus. Nylige in vivo undersøgelser, der undersøger RNA-strukturen af ​​SARS-CoV-2, har identificeret nogle langsigtede RRI'er; Der er dog behov for yderligere forskning. Åben læseramme 1a (Orf1a) og Orf1b (eller Orf1ab) koder for 16 ikke-strukturelle proteiner involveret i SARS-CoV-2-replikation og transkription og er en kilde til variation i SARS-CoV-2-genomet.

Om studiet

I denne undersøgelse vurderede forskere VOC-specifikke evolutionære ændringer i SARS-CoV-2-genomet baseret på langsigtede RRI-vurderinger.

SARS-CoV-2-genomsekvenser (n=32.714) af Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC og Omicron VOC, der stammer fra 92 forskellige nationer, blev downloadet fra GISAID-databasen (Global Initiative on Sharing All Influenza Data). Otte langtrækkende Orf1a og/eller Orf1b RRI'er blev udvalgt til analyse, hvoraf fire blev eksperimentelt valideret (Exp) og opnået fra CORADES-eksperimentet (Exp), og de resterende fire blev opnået fra beregningsforudsigelser (Comp) ved hjælp af IntaRNA-softwaren.

Comp-RRI'er blev analyseret for at undersøge nye, langtrækkende RRI'er og de tilhørende ændringer i SARS-CoV-2-evolution. Derudover blev rammeskiftelementet (FSE) analyseret for at evaluere den funktionsspecifikke udvikling mellem VOC'er. Mutationsmønstre i sekvenserne blev først vurderet på tværs af genomet og derefter ved hjælp af VOC. De strukturelle ændringer af RRI blev evalueret ved at vurdere VOC-specifikke kompensatoriske mutationer, konservering og samvarierende mutationer for hver RRI.

Beregningsestimater blev igen udført ved hjælp af SHAPE-information for at lave et mere begrænset estimat. Genomintervaller blev bestemt, og de fem bedste hits for hvert genominterval blev registreret, hvorefter interaktioner blev rangeret baseret på energirester. Parvise afstande mellem VOC [det gennemsnitlige antal af forskellige baser for GISAID-sekvenser] blev beregnet som et mål for ulighed.

Der blev ikke observeret nogen stængelløkker eller pseudoknoter i de otte wide-span RRI'er. For at forbedre forståelsen af, hvordan SARS-CoV-2 RRI'er bevares uafhængigt af VOC, blev det gennemsnitlige antal mutationer pr. base for sekvenserne for alle otte RRI'er sammenlignet. Derudover blev mutationerne kategoriseret som kompenserende eller ikke-kompensatoriske baseret på RNA-basepar (bp) indkvartering.

For at undersøge, om RRI'erne havde færre/flere variationer eller blot falder ind under kategorien af ​​meget variable regioner af SARS-CoV-2-genomet, blev variationerne af RRI'erne pr. base sammenlignet med variationerne i deres naboregioner [100 nukleotider (nt) opstrøms og nedstrøms]. Derudover blev der udført samvariationsanalyse, og sekvenserne blev grupperet efter deres tilsvarende VOC'er for at evaluere VOC-specifikke og VOC-gruppespecifikke tendenser. For at undersøge, om RRI'erne udviklede sig VOC-specifikt, blev VOC-sekvenser adskilt og yderligere analyseret ved R-scape-analyse.

Resultater

Heterogene mutationshastigheder og evolutionære mønstre blev observeret på tværs af alle RRI-steder, hvilket indikerer forskellige evolutionære hastigheder og begrænsninger ved forskellige SARS-CoV-2 RNA-steder. Exp1 og Exp4 viste et relativt højt niveau af konservering, hvorimod Comp1 og Exp2 indeholdt flere kompenserende mutationer.

R-Scape statistiske analyser viste imidlertid ingen signifikante samvariationer for nogen RRI, og der var ingen signifikans for top 5 hits ved brug af SHAPE-begrænsningen. Der blev ikke fundet tegn på co-evolution af de to regioner af en RRI i sekvenserne. Omicron, den yngste VOC, viste den største sekvensdivergens og den højeste mutationshastighed (2,5 × 10−6 pr. base pr. dag), og Delta viste den laveste mutationshastighed (1,96 × 10−6).

Alpha VOC'er og Beta VOC'er har vist sig at være tættere på hinanden end andre VOC'er. Comp4 havde det højeste antal strukturelle mutationer (dobbelt så mange som dets naboregioner, men den laveste procentdel (~12%) af ikke-strukturelle mutationer på grund af en "identificerende mutation" (Q57H) i beta-VOC Orf3a), mens Exp1 havde det laveste antal mutationer.

VOC-specifikke evolutionære ændringer blev observeret for nogle langrækkende RRI'er, hvilket giver bevis for eksistensen af ​​Comp1 i beta-VOC-sekvenserne. Comp2 viste sig at være tophittet uden SHAPE-begrænsningen. Mutationsraten for FSE var sammenlignelig med den for de otte langsigtede RRI'er. Uventet viste FSE flere variationer pr. base end naboregionerne, sandsynligvis på grund af dens overbygning. Exp4-intervallet for beta-sekvenserne, dvs. Beta Exp4 og Beta Comp1, viste signifikant samvarierende basepar trods lav statistisk styrke.

Der var forskelle i VOC'er for visse RRI'er. For eksempel havde Comp1 lavere variation end naboregioner i alle VOC'er undtagen Delta, og Exp1 havde lavere konservering i Delta og Omicron, men ikke i Alpha eller Beta. Desuden havde Comp4 meget lavere konservering i Omicron, mens den var meget højere i andre VOC'er. I Comp4 justerer kun tre procent af beta-mutationerne strukturen, mens 90 procent af alfa-mutationerne gør.

Eksamensbevis

Samlet set viste undersøgelsesresultaterne, at langrækkende RRI'er i forskellige SARS-CoV-2 VOC'er kunne stå over for forskellige evolutionære pres, og at Comp1 kunne være en ny SARS-CoV-2 langrækkende RRI.

Reference:

• 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