Η μελέτη εξετάζει αλληλεπιδράσεις μακράς εμβέλειας RNA-RNA του SARS-CoV-2

Η μελέτη εξετάζει αλληλεπιδράσεις μακράς εμβέλειας RNA-RNA του SARS-CoV-2

Σε μια πρόσφατα δημοσιευμένη μελέτη στο International Journal of Molecular Sciences Οι ερευνητές εξέτασαν RRIs [μακράς εμβέλειας αλληλεπιδράσεις ριβονουκλεϊκού οξέος (RNA)-RNA] σε παραλλαγές ανησυχίας (VOCs) του σοβαρού οξέος αναπνευστικού συνδρόμου του κορωνοϊού 2 (SARS-CoV-2) για να αξιολογήσουν τις εξελικτικές αλλαγές στο SARS-CoV-2.

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

φόντο

Τα RRI είναι απαραίτητα για τον κύκλο ζωής των CoV και η ανίχνευσή τους μπορεί να διευρύνει την κατανόηση των εξελικτικών χαρακτηριστικών του SARS-CoV-2 και ενδεχομένως να βοηθήσει στην πρόβλεψη των αναδυόμενων πτητικών οργανικών ενώσεων, καθώς ο SARS-CoV-2 είναι ένας ιός RNA. Πρόσφατες in vivo μελέτες που εξετάζουν τη δομή RNA του SARS-CoV-2 έχουν εντοπίσει ορισμένους μακροπρόθεσμους RRI. Ωστόσο, απαιτείται περαιτέρω έρευνα. Το ανοιχτό πλαίσιο ανάγνωσης 1a (Orf1a) και το Orf1b (ή Orf1ab) κωδικοποιούν 16 μη δομικές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην αντιγραφή και τη μεταγραφή του SARS-CoV-2 και αποτελούν πηγή διαφοροποίησης στο γονιδίωμα του SARS-CoV-2.

Σχετικά με τη μελέτη

Στην παρούσα μελέτη, οι ερευνητές αξιολόγησαν τις ειδικές για τις VOC εξελικτικές αλλαγές στο γονιδίωμα του SARS-CoV-2 με βάση μακροπρόθεσμες αξιολογήσεις RRI.

Οι αλληλουχίες του γονιδιώματος SARS-CoV-2 (n=32.714) των Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC και Omicron VOC που προέρχονται από 92 διαφορετικά έθνη λήφθηκαν από τη βάση δεδομένων GISAID (Παγκόσμια Πρωτοβουλία για την Κοινή χρήση όλων των Δεδομένων Γρίπης). Επιλέχθηκαν οκτώ RRIs μεγάλης εμβέλειας Orf1a και/ή Orf1b για ανάλυση, τέσσερα από τα οποία επικυρώθηκαν πειραματικά (Exp) και ελήφθησαν από το πείραμα COMRADES (Exp), και τα υπόλοιπα τέσσερα λήφθηκαν από υπολογιστικές προβλέψεις (Comp) χρησιμοποιώντας το λογισμικό IntaRNA.

Οι Comp-RRIs αναλύθηκαν για τη διερεύνηση νέων, μακράς εμβέλειας RRI και των σχετικών αλλαγών στην εξέλιξη του SARS-CoV-2. Επιπλέον, το στοιχείο μετατόπισης πλαισίου (FSE) αναλύθηκε για να αξιολογηθεί η εξέλιξη της συγκεκριμένης λειτουργίας μεταξύ των VOCs. Τα πρότυπα μετάλλαξης εντός των αλληλουχιών αξιολογήθηκαν πρώτα σε όλο το γονιδίωμα και στη συνέχεια με χρήση VOC. Οι δομικές αλλαγές του RRI αξιολογήθηκαν αξιολογώντας τις ειδικές για VOC αντισταθμιστικές μεταλλάξεις, τη διατήρηση και τις μεταβλητές μεταλλάξεις για κάθε RRI.

Εκτελέστηκαν και πάλι υπολογιστικές εκτιμήσεις χρησιμοποιώντας πληροφορίες SHAPE για να γίνει μια πιο περιορισμένη εκτίμηση. Προσδιορίστηκαν τα διαστήματα γονιδιώματος και καταγράφηκαν οι πέντε κορυφαίες επιτυχίες για κάθε διάστημα γονιδιώματος, μετά τα οποία οι αλληλεπιδράσεις ταξινομήθηκαν με βάση τα ενεργειακά υπολείμματα. Οι αποστάσεις κατά ζεύγη μεταξύ των VOC [ο μέσος αριθμός διαφορετικών βάσεων για τις ακολουθίες GISAID] υπολογίστηκαν ως μέτρο ανομοιότητας.

Δεν παρατηρήθηκαν βρόγχοι στελέχους ή ψευδόκόμβοι στους οκτώ RRIs μεγάλου ανοίγματος. Για να βελτιωθεί η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι RRI SARS-CoV-2 διατηρούνται ανεξάρτητα από τις VOC, συγκρίθηκε ο μέσος αριθμός μεταλλάξεων ανά βάση για τις αλληλουχίες και για τους οκτώ RRI. Επιπλέον, οι μεταλλάξεις κατηγοριοποιήθηκαν ως αντισταθμιστικές ή μη αντισταθμιστικές με βάση την προσαρμογή του ζεύγους βάσεων RNA (bp).

Για να διερευνηθεί εάν οι RRI είχαν λιγότερες/περισσότερες παραλλαγές ή απλώς εμπίπτουν στην κατηγορία των εξαιρετικά μεταβλητών περιοχών του γονιδιώματος SARS-CoV-2, οι παραλλαγές των RRIs ανά βάση συγκρίθηκαν με αυτές των γειτονικών περιοχών τους [100 νουκλεοτίδια (nt) ανάντη και κατάντη]. Επιπλέον, διεξήχθη ανάλυση συνδιακύμανσης και οι αλληλουχίες ομαδοποιήθηκαν σύμφωνα με τις αντίστοιχες πτητικές οργανικές ενώσεις τους για να αξιολογηθούν οι ειδικές για VOC και οι ειδικές για την ομάδα VOC τάσεις. Για να διερευνηθεί εάν οι RRI εξελίχθηκαν ειδικά για VOC, οι ακολουθίες VOC διαχωρίστηκαν και αναλύθηκαν περαιτέρω με ανάλυση R-scape.

Αποτελέσματα

Ετερογενείς ρυθμοί μετάλλαξης και εξελικτικά πρότυπα παρατηρήθηκαν σε όλες τις θέσεις RRI, υποδεικνύοντας διαφορετικούς εξελικτικούς ρυθμούς και περιορισμούς σε διαφορετικές τοποθεσίες RNA του SARS-CoV-2. Τα Exp1 και Exp4 έδειξαν σχετικά υψηλό επίπεδο διατήρησης, ενώ τα Comp1 και Exp2 περιείχαν αρκετές αντισταθμιστικές μεταλλάξεις.

Ωστόσο, οι στατιστικές αναλύσεις R-Scape δεν έδειξαν σημαντικές συνδιακυμάνσεις για κανένα RRI και δεν υπήρχε καμία σημασία για τις κορυφαίες 5 επιτυχίες χρησιμοποιώντας τον περιορισμό SHAPE. Δεν βρέθηκαν στοιχεία συνεξέλιξης των δύο περιοχών ενός RRI εντός των αλληλουχιών. Το Omicron, το νεότερο VOC, έδειξε τη μεγαλύτερη απόκλιση αλληλουχίας και τον υψηλότερο ρυθμό μετάλλαξης (2,5 × 10−6 ανά βάση ανά ημέρα) και το Delta έδειξε το χαμηλότερο ποσοστό μετάλλαξης (1,96 × 10−6).

Τα Alpha VOCs και τα Beta VOCs έχουν βρεθεί να είναι πιο κοντά μεταξύ τους από άλλα VOC. Το Comp4 είχε τον υψηλότερο αριθμό δομικών μεταλλάξεων (διπλάσιο από τις γειτονικές του περιοχές, αλλά το χαμηλότερο ποσοστό (~12%) μη δομικών μεταλλάξεων λόγω μιας «αναγνωριστικής μετάλλαξης» (Q57H) εντός του βήτα-VOC Orf3a), ενώ το Exp1 είχε τον χαμηλότερο αριθμό μεταλλάξεων.

Ειδικές για τις VOC εξελικτικές αλλαγές παρατηρήθηκαν για ορισμένους RRI μακράς εμβέλειας, παρέχοντας στοιχεία για την ύπαρξη Comp1 στις αλληλουχίες βήτα-VOC. Το Comp2 αποδείχθηκε η κορυφαία επιτυχία χωρίς τον περιορισμό SHAPE. Το ποσοστό μετάλλαξης του FSE ήταν συγκρίσιμο με αυτό των οκτώ μακροπρόθεσμων RRI. Απροσδόκητα, το FSE παρουσίασε περισσότερες διακυμάνσεις ανά βάση από τις γειτονικές περιοχές, πιθανώς λόγω της υπερδομής του. Το διάστημα Exp4 των βήτα αλληλουχιών, δηλ., Beta Exp4 και Beta Comp1, έδειξε σημαντικά κυμαινόμενα ζεύγη βάσεων παρά τη χαμηλή στατιστική ισχύ.

Υπήρχαν διαφορές στα VOC για ορισμένους RRI. Για παράδειγμα, το Comp1 είχε χαμηλότερη διακύμανση από τις γειτονικές περιοχές σε όλες τις VOCs εκτός από το Delta και το Exp1 είχε χαμηλότερη διατήρηση στο Delta και το Omicron αλλά όχι στο Alpha ή το Beta. Επιπλέον, το Comp4 είχε πολύ χαμηλότερη διατήρηση στο Omicron, ενώ ήταν πολύ υψηλότερο σε άλλα VOCs. Στο Comp4, μόνο το τρία τοις εκατό των μεταλλάξεων βήτα προσαρμόζουν τη δομή, ενώ το 90 τοις εκατό των μεταλλάξεων άλφα προσαρμόζουν.

Δίπλωμα

Συνολικά, τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι οι RRI μεγάλου βεληνεκούς σε διαφορετικά VOC SARS-CoV-2 θα μπορούσαν να αντιμετωπίσουν διαφορετικές εξελικτικές πιέσεις και ότι το Comp1 θα μπορούσε να είναι ένας νέος RRI μεγάλης εμβέλειας SARS-CoV-2.

Αναφορά:

• 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