Uuring uurib SARS-CoV-2 pikamaa RNA-RNA interaktsioone

Uuring uurib SARS-CoV-2 pikamaa RNA-RNA interaktsioone

Hiljuti avaldatud uuringus International Journal of Molecular Sciences Teadlased uurisid SARS-CoV-2 evolutsiooniliste muutuste hindamiseks RRI-sid [pikaulatuslikke ribonukleiinhappe (RNA) ja RNA interaktsioone] raske ägeda respiratoorse sündroomi koroonaviiruse 2 (SARS-CoV-2) probleemsetes genoomides (VOC).

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

taustal

RRI-d on CoV-de elutsükli jaoks hädavajalikud ja nende tuvastamine võib laiendada arusaamist SARS-CoV-2 evolutsioonilistest omadustest ja potentsiaalselt aidata ennustada tekkivaid lenduvaid orgaanilisi ühendeid, kuna SARS-CoV-2 on RNA viirus. Hiljutised in vivo uuringud, milles uuriti SARS-CoV-2 RNA struktuuri, on tuvastanud mõned pikaajalised RRI-d; Siiski on vaja täiendavaid uuringuid. Avatud lugemisraam 1a (Orf1a) ja Orf1b (või Orf1ab) kodeerivad 16 mittestruktuurset valku, mis on seotud SARS-CoV-2 replikatsiooni ja transkriptsiooniga ning on SARS-CoV-2 genoomi variatsiooniallikaks.

Uuringu kohta

Käesolevas uuringus hindasid teadlased LOÜ-spetsiifilisi evolutsioonilisi muutusi SARS-CoV-2 genoomis pikaajaliste RRI hinnangute põhjal.

GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data) andmebaasist laaditi alla 92 erinevast riigist pärinevad SARS-CoV-2 genoomijärjestused (n=32 714) alfa-LOÜ-st, beeta-LOÜ-st, Delta-LOÜ-st ja Omicron-i VOC-st. Analüüsiks valiti kaheksa pikamaa Orf1a ja/või Orf1b RRI-d, millest neli valideeriti eksperimentaalselt (Exp) ja saadi COMRADES eksperimendist (Exp) ning ülejäänud neli saadi arvutusennustustest (Comp), kasutades tarkvara IntaRNA.

Comp-RRI-sid analüüsiti, et uurida uusi pikaajalisi RRI-sid ja nendega seotud muutusi SARS-CoV-2 arengus. Lisaks analüüsiti kaadri nihutamise elementi (FSE), et hinnata funktsioonispetsiifilist arengut lenduvate orgaaniliste ühendite vahel. Järjestuste mutatsioonimustreid hinnati kõigepealt kogu genoomis ja seejärel VOC abil. RRI struktuurseid muutusi hinnati, hinnates iga RRI puhul lenduvate orgaaniliste ühendite spetsiifilisi kompenseerivaid mutatsioone, säilivust ja kovareerivaid mutatsioone.

Piiratud hinnangu tegemiseks viidi arvutuslikud hinnangud uuesti läbi, kasutades SHAPE teavet. Määrati genoomi intervallid ja registreeriti iga genoomi intervalli viis parimat tabamust, mille järel reastati interaktsioonid energiajääkide alusel. Erinevuste mõõtmiseks arvutati paaripõhised kaugused lenduvate orgaaniliste ühendite vahel [GISAID järjestuste erinevate aluste keskmine arv].

Kaheksas laia ulatusega RRI-s ei täheldatud tüvesilmuseid ega pseudosõlmesid. Et parandada arusaamist sellest, kuidas SARS-CoV-2 RRI-d konserveeritakse sõltumatult lenduvatest orgaanilistest ühenditest, võrreldi kõigi kaheksa RRI järjestuste keskmist mutatsioonide arvu aluse kohta. Lisaks liigitati mutatsioonid RNA aluspaari (bp) majutuse alusel kompenseerivateks või mittekompenseerivateks.

Et uurida, kas RRI-del oli vähem/rohkem variatsioone või need kuuluvad SARS-CoV-2 genoomi väga varieeruvate piirkondade kategooriasse, võrreldi RRI-de variatsioone aluse kohta nende naaberpiirkondade omadega [100 nukleotiidi (nt) üles- ja allavoolu]. Lisaks viidi läbi kovariatsioonianalüüs ja järjestused rühmitati vastavalt neile vastavatele lenduvatele orgaanilistele ühenditele, et hinnata lenduvate orgaaniliste ühendite spetsiifilisi ja LOÜ rühmaspetsiifilisi suundumusi. Et uurida, kas RRI-d arenesid VOC-spetsiifiliselt, eraldati VOC järjestused ja analüüsiti täiendavalt R-scape analüüsiga.

Tulemused

Kõigis RRI saitides täheldati heterogeenseid mutatsioonimäärasid ja evolutsioonimustreid, mis viitavad erinevatele evolutsioonikiirustele ja piirangutele erinevates SARS-CoV-2 RNA saitides. Exp1 ja Exp4 näitasid suhteliselt kõrget kaitsetaset, samas kui Comp1 ja Exp2 sisaldasid mitmeid kompenseerivaid mutatsioone.

R-Scape'i statistilised analüüsid ei näidanud aga ühegi RRI puhul olulisi kovariatsioone ja SHAPE piirangut kasutava 5 parima tabamuse puhul polnud tähtsust. RRI kahe piirkonna koosevolutsiooni kohta järjestustes ei leitud tõendeid. Omicron, noorim LOÜ, näitas suurimat järjestuste lahknemist ja suurimat mutatsioonimäära (2,5 × 10–6 aluse kohta päevas) ja Delta näitas madalaimat mutatsioonimäära (1,96 × 10–6).

On leitud, et alfa-LOÜ-d ja beeta-lenduvad orgaanilised ühendid on üksteisele lähemal kui teised LOÜ-d. Comp4-l oli kõige rohkem struktuurseid mutatsioone (kaks korda rohkem kui tema naaberpiirkondades, kuid madalaim protsent (~12%) mittestruktuurseid mutatsioone, mis olid tingitud „tuvastusmutatsioonist” (Q57H) beeta-VOC Orf3a sees), samas kui Exp1-l oli kõige vähem mutatsioone.

Mõnede pikamaa RRI-de puhul täheldati lenduvate orgaaniliste ühendite spetsiifilisi evolutsioonilisi muutusi, mis tõendavad Comp1 olemasolu beeta-VOC järjestustes. Comp2 osutus parimaks hitiks ilma SHAPE piiranguta. FSE mutatsioonimäär oli võrreldav kaheksa pikaajalise RRI omaga. Ootamatult näitas FSE baasi kohta rohkem variatsioone kui naaberregioonides, tõenäoliselt selle pealisehituse tõttu. Beetajärjestuste, st Beta Exp4 ja Beta Comp1, Exp4 intervall näitas madalast statistilisest võimsusest hoolimata oluliselt varieeruvaid aluspaare.

Teatud RRI-de puhul esines lenduvate orgaaniliste ühendite osas erinevusi. Näiteks oli Comp1 varieeruvus väiksem kui naaberpiirkondades kõigis lenduvates orgaanilistes ühendites, välja arvatud Delta, ja Exp1-l oli madalam säilivus Deltas ja Omicronis, kuid mitte alfa- või beetaversioonis. Lisaks oli Comp4 säilivus Omicronis palju madalam, samas kui teistes lenduvates orgaanilistes ühendites oli see palju kõrgem. Comp4-s kohandab struktuuri ainult kolm protsenti beeta-mutatsioonidest, samas kui 90 protsenti alfa-mutatsioonidest.

Diplom

Üldiselt näitasid uuringutulemused, et erinevates SARS-CoV-2 lenduvates orgaanilistes ühendites esinevad pikamaa RRI-d võivad puutuda kokku erineva evolutsioonilise survega ja et Comp1 võib olla uus SARS-CoV-2 pikamaa RRI.

Viide:

• 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