El estudio examina las interacciones ARN-ARN de largo alcance del SARS-CoV-2

El estudio examina las interacciones ARN-ARN de largo alcance del SARS-CoV-2

En un estudio publicado recientemente en el Revista Internacional de Ciencias Moleculares Los investigadores examinaron las RRI [interacciones de ácido ribonucleico (ARN)-ARN de largo alcance] en los genomas de las variantes preocupantes (VOC) del coronavirus 2 (SARS-CoV-2) del síndrome respiratorio agudo severo para evaluar los cambios evolutivos en el SARS-CoV-2.

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

fondo

Los RRI son esenciales para el ciclo de vida de los CoV y su detección puede ampliar la comprensión de las características evolutivas del SARS-CoV-2 y potencialmente ayudar a predecir los COV emergentes, ya que el SARS-CoV-2 es un virus de ARN. Estudios recientes in vivo que examinan la estructura del ARN del SARS-CoV-2 han identificado algunas RRI a largo plazo; Sin embargo, se necesita más investigación. El marco de lectura abierto 1a (Orf1a) y Orf1b (u Orf1ab) codifican 16 proteínas no estructurales involucradas en la replicación y transcripción del SARS-CoV-2 y son una fuente de variación en el genoma del SARS-CoV-2.

Sobre el estudio

En el presente estudio, los investigadores evaluaron los cambios evolutivos específicos de los COV en el genoma del SARS-CoV-2 basándose en evaluaciones RRI a largo plazo.

Las secuencias del genoma del SARS-CoV-2 (n = 32 714) de Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC y Omicron VOC procedentes de 92 países diferentes se descargaron de la base de datos GISAID (Iniciativa global para compartir todos los datos sobre la influenza). Se seleccionaron para el análisis ocho RRI Orf1a y/u Orf1b de largo alcance, cuatro de los cuales fueron validados experimentalmente (Exp) y obtenidos del experimento COMRADES (Exp), y los cuatro restantes se obtuvieron a partir de predicciones computacionales (Comp) utilizando el software IntaRNA.

Se analizaron los Comp-RRI para investigar nuevos RRI de largo alcance y los cambios asociados en la evolución del SARS-CoV-2. Además, se analizó el elemento de desplazamiento de marco (FSE) para evaluar la evolución específica de las características entre los COV. Primero se evaluaron los patrones de mutación dentro de las secuencias en todo el genoma y luego utilizando VOC. Los cambios estructurales del RRI se evaluaron mediante la evaluación de mutaciones compensatorias, conservación y mutaciones covariantes específicas de VOC para cada RRI.

Las estimaciones computacionales se realizaron nuevamente utilizando información SHAPE para hacer una estimación más restringida. Se determinaron los intervalos del genoma y se registraron los cinco resultados principales para cada intervalo del genoma, después de lo cual las interacciones se clasificaron según los residuos de energía. Las distancias por pares entre VOC [el número promedio de bases diferentes para secuencias GISAID] se calcularon como una medida de disimilitud.

No se observaron bucles de tallo ni pseudonudos en los ocho RRI de gran envergadura. Para mejorar la comprensión de cómo se conservan los RRI del SARS-CoV-2 independientemente de los VOC, se comparó el número promedio de mutaciones por base para las secuencias de los ocho RRI. Además, las mutaciones se clasificaron como compensatorias o no compensatorias según la acomodación del par de bases (pb) del ARN.

Para investigar si los RRI tenían menos/más variaciones o simplemente caían en la categoría de regiones altamente variables del genoma del SARS-CoV-2, se compararon las variaciones de los RRI por base con las de sus regiones vecinas [100 nucleótidos (nt) aguas arriba y aguas abajo]. Además, se realizó un análisis de covariación y las secuencias se agruparon según sus VOC correspondientes para evaluar las tendencias específicas de VOC y de grupo de VOC. Para investigar si los RRI evolucionaron específicamente para VOC, las secuencias de VOC se separaron y analizaron más a fondo mediante análisis R-scape.

Resultados

Se observaron tasas de mutación y patrones evolutivos heterogéneos en todos los sitios de RRI, lo que indica diferentes tasas y limitaciones evolutivas en diferentes sitios de ARN del SARS-CoV-2. Exp1 y Exp4 mostraron un nivel relativamente alto de conservación, mientras que Comp1 y Exp2 contenían varias mutaciones compensatorias.

Sin embargo, los análisis estadísticos de R-Scape no mostraron covariaciones significativas para ningún RRI, y no hubo significación para los 5 resultados principales utilizando la restricción SHAPE. No se encontró evidencia de coevolución de las dos regiones de un RRI dentro de las secuencias. Omicron, el VOC más joven, mostró la mayor divergencia de secuencia y la tasa de mutación más alta (2,5 × 10−6 por base por día) y Delta mostró la tasa de mutación más baja (1,96 × 10−6).

Se ha descubierto que los COV alfa y los COV beta están más juntos que otros COV. Comp4 tuvo el mayor número de mutaciones estructurales (el doble que sus regiones vecinas, pero el porcentaje más bajo (~12%) de mutaciones no estructurales debido a una "mutación de identificación" (Q57H) dentro del beta-VOC Orf3a), mientras que Exp1 tuvo el menor número de mutaciones.

Se observaron cambios evolutivos específicos de COV para algunos RRI de largo alcance, lo que proporciona evidencia de la existencia de Comp1 en las secuencias de COV beta. Comp2 resultó ser el mayor éxito sin la restricción SHAPE. La tasa de mutación de FSE fue comparable a la de los ocho RRI a largo plazo. Inesperadamente, FSE mostró más variaciones por base que las regiones vecinas, probablemente debido a su superestructura. El intervalo Exp4 de las secuencias beta, es decir, Beta Exp4 y Beta Comp1, mostró pares de bases significativamente covariantes a pesar del bajo poder estadístico.

Hubo diferencias en los COV para ciertas RRI. Por ejemplo, Comp1 tuvo una variación menor que las regiones vecinas en todos los COV excepto Delta, y Exp1 tuvo una conservación menor en Delta y Omicron, pero no en Alpha o Beta. Además, Comp4 tenía una conservación mucho menor en Omicron, mientras que era mucho mayor en otros COV. En Comp4, sólo el tres por ciento de las mutaciones beta ajustan la estructura, mientras que el 90 por ciento de las mutaciones alfa lo hacen.

Diploma

En general, los resultados del estudio mostraron que los RRI de largo alcance en diferentes COV del SARS-CoV-2 podrían enfrentar diferentes presiones evolutivas y que Comp1 podría ser un nuevo RRI de largo alcance del SARS-CoV-2.

Referencia:

• 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