Lo studio esamina le interazioni RNA-RNA a lungo raggio di SARS-CoV-2

Lo studio esamina le interazioni RNA-RNA a lungo raggio di SARS-CoV-2

In uno studio recentemente pubblicato su Giornale internazionale di scienze molecolari I ricercatori hanno esaminato le RRI [interazioni acido ribonucleico a lungo raggio (RNA)-RNA] nei genomi delle varianti preoccupanti (COV) della sindrome respiratoria acuta grave del coronavirus 2 (SARS-CoV-2) per valutare i cambiamenti evolutivi nella SARS-CoV-2.

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

sfondo

Le RRI sono essenziali per il ciclo di vita dei CoV e il loro rilevamento può espandere la comprensione delle caratteristiche evolutive della SARS-CoV-2 e potenzialmente aiutare a prevedere i COV emergenti poiché SARS-CoV-2 è un virus RNA. Recenti studi in vivo che esaminano la struttura dell’RNA di SARS-CoV-2 hanno identificato alcuni RRI a lungo termine; Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche. La cornice di lettura aperta 1a (Orf1a) e Orf1b (o Orf1ab) codificano 16 proteine ​​non strutturali coinvolte nella replicazione e nella trascrizione di SARS-CoV-2 e sono una fonte di variazione nel genoma di SARS-CoV-2.

A proposito dello studio

Nel presente studio, i ricercatori hanno valutato i cambiamenti evolutivi specifici dei COV nel genoma della SARS-CoV-2 sulla base di valutazioni RRI a lungo termine.

Le sequenze del genoma SARS-CoV-2 (n = 32.714) di Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC e Omicron VOC provenienti da 92 nazioni diverse sono state scaricate dal database GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data). Otto RRI Orf1a e/o Orf1b a lungo raggio sono stati selezionati per l'analisi, quattro dei quali sono stati validati sperimentalmente (Exp) e ottenuti dall'esperimento COMRADES (Exp), e i restanti quattro sono stati ottenuti da previsioni computazionali (Comp) utilizzando il software IntaRNA.

I Comp-RRI sono stati analizzati per studiare nuovi RRI a lungo raggio e i cambiamenti associati nell’evoluzione della SARS-CoV-2. Inoltre, è stato analizzato l'elemento frame shifting (FSE) per valutare l'evoluzione specifica delle caratteristiche tra i COV. I modelli di mutazione all'interno delle sequenze sono stati prima valutati attraverso il genoma e poi utilizzando VOC. I cambiamenti strutturali dell'RRI sono stati valutati valutando le mutazioni compensatorie, di conservazione e le mutazioni covarianti specifiche dei COV per ciascun RRI.

Le stime computazionali sono state nuovamente eseguite utilizzando le informazioni SHAPE per effettuare una stima più ristretta. Sono stati determinati gli intervalli del genoma e sono stati registrati i primi cinque risultati per ciascun intervallo del genoma, dopodiché le interazioni sono state classificate in base ai residui energetici. Le distanze a coppie tra VOC [il numero medio di basi differenti per le sequenze GISAID] sono state calcolate come misura della dissomiglianza.

Non sono stati osservati anelli dello stelo o pseudonodi negli otto RRI ad ampio raggio. Per migliorare la comprensione di come gli RRI SARS-CoV-2 vengono conservati indipendentemente dai COV, è stato confrontato il numero medio di mutazioni per base per le sequenze di tutti gli otto RRI. Inoltre, le mutazioni sono state classificate come compensative o non compensative in base all'accomodamento delle coppie di basi dell'RNA (bp).

Per indagare se gli RRI presentassero meno/più variazioni o semplicemente rientrassero nella categoria delle regioni altamente variabili del genoma SARS-CoV-2, le variazioni degli RRI per base sono state confrontate con quelle delle regioni vicine [100 nucleotidi (nt) a monte e a valle]. Inoltre, è stata eseguita l'analisi di covariazione e le sequenze sono state raggruppate in base ai corrispondenti COV per valutare le tendenze specifiche dei COV e dei gruppi di COV. Per indagare se gli RRI si sono evoluti in modo specifico dei COV, le sequenze di COV sono state separate e ulteriormente analizzate mediante analisi R-scape.

Risultati

Tassi di mutazione e modelli evolutivi eterogenei sono stati osservati in tutti i siti RRI, indicando tassi e vincoli evolutivi diversi in diversi siti RNA di SARS-CoV-2. Exp1 ed Exp4 hanno mostrato un livello di conservazione relativamente elevato, mentre Comp1 ed Exp2 contenevano diverse mutazioni compensatorie.

Tuttavia, le analisi statistiche di R-Scape non hanno mostrato covariazioni significative per alcun RRI e non è stata riscontrata alcuna significatività per i primi 5 risultati utilizzando il vincolo SHAPE. Non è stata trovata alcuna prova di coevoluzione delle due regioni di un RRI all'interno delle sequenze. Omicron, il VOC più giovane, ha mostrato la maggiore divergenza di sequenza e il tasso di mutazione più alto (2,5 × 10−6 per base al giorno) e Delta ha mostrato il tasso di mutazione più basso (1,96 × 10−6).

È stato riscontrato che i COV alfa e i COV beta sono più vicini tra loro rispetto ad altri COV. Comp4 aveva il numero più alto di mutazioni strutturali (il doppio delle regioni vicine, ma la percentuale più bassa (~ 12%) di mutazioni non strutturali dovute a una "mutazione identificativa" (Q57H) all'interno del beta-VOC Orf3a), mentre Exp1 aveva il numero più basso di mutazioni.

Sono stati osservati cambiamenti evolutivi specifici dei COV per alcuni RRI a lungo raggio, fornendo prova dell'esistenza di Comp1 nelle sequenze beta-VOC. Comp2 si è rivelato il miglior successo senza la restrizione SHAPE. Il tasso di mutazione della FSE era paragonabile a quello degli otto RRI a lungo termine. Inaspettatamente, la FSE ha mostrato più variazioni per base rispetto alle regioni limitrofe, probabilmente a causa della sua sovrastruttura. L'intervallo Exp4 delle sequenze beta, ovvero Beta Exp4 e Beta Comp1, ha mostrato coppie di basi significativamente covarianti nonostante il basso potere statistico.

C'erano differenze nei COV per alcuni RRI. Ad esempio, Comp1 presentava una variazione inferiore rispetto alle regioni vicine in tutti i COV tranne Delta, ed Exp1 presentava una conservazione inferiore in Delta e Omicron ma non in Alpha o Beta. Inoltre, Comp4 presentava una conservazione molto inferiore in Omicron, mentre era molto più elevata in altri COV. In Comp4, solo il 3% delle mutazioni beta modifica la struttura, mentre lo fa il 90% delle mutazioni alfa.

Diploma

Nel complesso, i risultati dello studio hanno mostrato che gli RRI a lungo raggio in diversi COV SARS-CoV-2 potrebbero affrontare diverse pressioni evolutive e che Comp1 potrebbe essere un nuovo RRI a lungo raggio SARS-CoV-2.

Riferimento:

• 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