Studija ispituje dugotrajne RNA-RNA interakcije SARS-CoV-2

Studija ispituje dugotrajne RNA-RNA interakcije SARS-CoV-2

U nedavno objavljenoj studiji u Međunarodni časopis za molekularne znanosti Istraživači su ispitali RRI [interakcije ribonukleinske kiseline (RNA) i RNA dugog dometa] u varijantama zabrinjavajućih genoma teškog akutnog respiratornog sindroma koronavirusa 2 (SARS-CoV-2) (VOCs) kako bi procijenili evolucijske promjene u SARS-CoV-2.

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

pozadina

RRI su ključni za životni ciklus CoV-a, a njihovo otkrivanje može proširiti razumijevanje evolucijskih karakteristika SARS-CoV-2 i potencijalno pomoći u predviđanju HOS-eva u nastajanju budući da je SARS-CoV-2 RNA virus. Nedavne in vivo studije koje ispituju strukturu RNA SARS-CoV-2 identificirale su neke dugotrajne RRI-je; Međutim, potrebna su daljnja istraživanja. Otvoreni okvir čitanja 1a (Orf1a) i Orf1b (ili Orf1ab) kodiraju 16 nestrukturnih proteina uključenih u replikaciju i transkripciju SARS-CoV-2 i izvor su varijacija u genomu SARS-CoV-2.

O studiju

U ovoj studiji istraživači su procijenili evolucijske promjene specifične za VOC u genomu SARS-CoV-2 na temelju dugoročnih procjena RRI-ja.

Sekvence genoma SARS-CoV-2 (n=32.714) Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC i Omicron VOC koje potječu iz 92 različite nacije preuzete su iz GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data) baze podataka. Osam Orf1a i/ili Orf1b RRI dugog dometa odabrano je za analizu, od kojih su četiri eksperimentalno potvrđena (Exp) i dobivena iz eksperimenta COMRADES (Exp), a preostala četiri su dobivena iz računalnih predviđanja (Comp) pomoću softvera IntaRNA.

Comp-RRI su analizirani kako bi se istražili novi, dugotrajni RRI i povezane promjene u evoluciji SARS-CoV-2. Osim toga, analiziran je element pomicanja okvira (FSE) kako bi se procijenila evolucija specifična za značajke između HOS-eva. Obrasci mutacije unutar sekvenci prvo su procijenjeni u cijelom genomu, a zatim korištenjem VOC-a. Strukturne promjene RRI procijenjene su procjenom VOC-specifičnih kompenzacijskih mutacija, konzervacijskih i kovarirajućih mutacija za svaki RRI.

Računalne procjene ponovno su provedene korištenjem SHAPE informacija kako bi se napravila ograničenija procjena. Određeni su intervali genoma i zabilježeno je prvih pet pogodaka za svaki interval genoma, nakon čega su interakcije rangirane na temelju energetskih ostataka. Parne udaljenosti između VOC [prosječan broj različitih baza za GISAID sekvence] izračunate su kao mjera različitosti.

U osam RRI-a širokog raspona nisu uočene petlje niti pseudokvorovi. Kako bi se poboljšalo razumijevanje načina na koji se SARS-CoV-2 RRI-ovi čuvaju neovisno o VOC-u, uspoređen je prosječan broj mutacija po bazi za sekvence za svih osam RRI-a. Osim toga, mutacije su kategorizirane kao kompenzacijske ili nekompenzacijske na temelju akomodacije para baza RNK (bp).

Kako bi se istražilo imaju li RRI manje/više varijacija ili samo spadaju u kategoriju visoko varijabilnih regija genoma SARS-CoV-2, varijacije RRI po bazi uspoređene su s onima njihovih susjednih regija [100 nukleotida (nt) uzvodno i nizvodno]. Osim toga, provedena je kovarijacijska analiza i sekvencije su grupirane prema njihovim odgovarajućim HOS-evima kako bi se procijenili trendovi specifični za VOC i VOC skupinu. Kako bi se istražilo jesu li RRI evoluirali VOC-specifično, VOC sekvence su odvojene i dalje analizirane R-scape analizom.

Rezultati

Heterogene stope mutacije i evolucijski obrasci primijećeni su na svim RRI mjestima, što ukazuje na različite evolucijske stope i ograničenja na različitim mjestima SARS-CoV-2 RNA. Exp1 i Exp4 pokazali su relativno visoku razinu očuvanosti, dok su Comp1 i Exp2 sadržavali nekoliko kompenzacijskih mutacija.

Međutim, statističke analize R-Scape nisu pokazale značajne kovarijacije za bilo koji RRI, a nije bilo značajnosti za prvih 5 pogodaka korištenjem ograničenja SHAPE. Nisu pronađeni dokazi o koevoluciji dviju regija RRI unutar sekvenci. Omicron, najmlađi VOC, pokazao je najveću divergenciju sekvenci i najveću stopu mutacije (2,5 × 10-6 po bazi po danu), a Delta je pokazao najnižu stopu mutacije (1,96 × 10-6).

Utvrđeno je da su alfa VOC i Beta VOC bliže jedna drugoj od ostalih VOC. Comp4 je imao najveći broj strukturnih mutacija (dvostruko više od susjednih regija, ali najmanji postotak (~12%) nestrukturnih mutacija zbog "identifikacijske mutacije" (Q57H) unutar beta-VOC Orf3a), dok je Exp1 imao najmanji broj mutacija.

Evolucijske promjene specifične za VOC uočene su za neke RRI dugog dometa, pružajući dokaze za postojanje Comp1 u beta-VOC sekvencama. Comp2 se pokazao kao top hit bez SHAPE ograničenja. Stopa mutacije FSE-a bila je usporediva s onom kod osam dugoročnih RRI-a. Neočekivano, FSE je pokazao više varijacija po bazi od susjednih regija, vjerojatno zbog svoje nadgradnje. Interval Exp4 beta sekvenci, tj. Beta Exp4 i Beta Comp1, pokazao je značajno kovarijabilne parove baza unatoč niskoj statističkoj snazi.

Postojale su razlike u HOS za određene RRI. Na primjer, Comp1 je imao manju varijaciju od susjednih regija u svim HOS-evima osim Delte, a Exp1 je imao nižu očuvanost u Delti i Omikronu, ali ne i u Alfa ili Beta. Nadalje, Comp4 je imao puno niže očuvanje u Omicronu, dok je bilo puno veće u drugim HOS-evima. U Comp4 samo tri posto beta mutacija prilagođava strukturu, dok 90 posto alfa mutacija to čini.

Diploma

Sveukupno, rezultati studije pokazali su da bi se RRI dugog dometa u različitim HOS-evima SARS-CoV-2 mogli suočiti s različitim evolucijskim pritiscima i da bi Comp1 mogao biti novi RRI dugog dometa SARS-CoV-2.

Referenca:

• 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