Studie onderzoekt RNA-RNA-interacties op lange afstand van SARS-CoV-2

Studie onderzoekt RNA-RNA-interacties op lange afstand van SARS-CoV-2

Uit een onlangs gepubliceerd onderzoek in de Internationaal tijdschrift voor moleculaire wetenschappen Onderzoekers onderzochten RRI’s [langeafstandsribonucleïnezuur (RNA)-RNA-interacties] in varianten van zorgwekkende genomen (VOC’s) met ernstig acuut respiratoir syndroom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) om evolutionaire veranderingen in SARS-CoV-2 te beoordelen.

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

achtergrond

RRI’s zijn essentieel voor de levenscyclus van CoV’s, en de detectie ervan kan het begrip van de evolutionaire kenmerken van SARS-CoV-2 vergroten en mogelijk helpen bij het voorspellen van opkomende VOC’s, aangezien SARS-CoV-2 een RNA-virus is. Recente in vivo onderzoeken naar de RNA-structuur van SARS-CoV-2 hebben enkele langdurige RRI’s geïdentificeerd; Er is echter verder onderzoek nodig. Open leesraam 1a (Orf1a) en Orf1b (of Orf1ab) coderen voor 16 niet-structurele eiwitten die betrokken zijn bij SARS-CoV-2-replicatie en transcriptie en zijn een bron van variatie in het SARS-CoV-2-genoom.

Over de studie

In de huidige studie beoordeelden onderzoekers VOC-specifieke evolutionaire veranderingen in het SARS-CoV-2-genoom op basis van langetermijn-RRI-beoordelingen.

SARS-CoV-2-genoomsequenties (n=32.714) van Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC en Omicron VOC afkomstig uit 92 verschillende landen werden gedownload uit de GISAID-database (Global Initiative on Sharing All Influenza Data). Acht langeafstands Orf1a en/of Orf1b RRI's werden geselecteerd voor analyse, waarvan er vier experimenteel gevalideerd waren (Exp) en verkregen uit het COMRADES-experiment (Exp), en de overige vier werden verkregen uit computationele voorspellingen (Comp) met behulp van de IntaRNA-software.

Comp-RRI's werden geanalyseerd om nieuwe RRI's op lange termijn en de daarmee samenhangende veranderingen in de evolutie van SARS-CoV-2 te onderzoeken. Bovendien werd het frame shifting element (FSE) geanalyseerd om de kenmerkspecifieke evolutie tussen VOC's te evalueren. Mutatiepatronen binnen de sequenties werden eerst over het hele genoom beoordeeld en vervolgens met behulp van VOC. De structurele veranderingen van de RRI werden geëvalueerd door het beoordelen van VOC-specifieke compenserende mutaties, conservering en covariërende mutaties voor elke RRI.

Er werden opnieuw computationele schattingen uitgevoerd met behulp van SHAPE-informatie om een ​​beperktere schatting te maken. Genoomintervallen werden bepaald en de top vijf hits voor elk genoominterval werden geregistreerd, waarna interacties werden gerangschikt op basis van energieresiduen. Paarsgewijze afstanden tussen VOC [het gemiddelde aantal verschillende basen voor GISAID-sequenties] werden berekend als een maatstaf voor de ongelijkheid.

Er werden geen stamlussen of pseudoknopen waargenomen in de acht RRI's met grote overspanning. Om het begrip te verbeteren van hoe SARS-CoV-2 RRI’s onafhankelijk van VOC worden geconserveerd, werd het gemiddelde aantal mutaties per base voor de sequenties voor alle acht RRI’s vergeleken. Bovendien werden de mutaties gecategoriseerd als compenserend of niet-compensatoir op basis van accommodatie van RNA-basenparen (bp).

Om te onderzoeken of de RRI’s minder/meer variaties hadden of slechts in de categorie van zeer variabele regio’s van het SARS-CoV-2-genoom vallen, werden de variaties van de RRI’s per base vergeleken met die van hun aangrenzende regio’s [100 nucleotiden (nt) stroomopwaarts en stroomafwaarts]. Bovendien werd covariatieanalyse uitgevoerd en werden de sequenties gegroepeerd op basis van hun overeenkomstige VOC's om VOC-specifieke en VOC-groepspecifieke trends te evalueren. Om te onderzoeken of de RRI's VOC-specifiek evolueerden, werden VOC-sequenties gescheiden en verder geanalyseerd door middel van R-scape-analyse.

Resultaten

Op alle RRI-locaties werden heterogene mutatiesnelheden en evolutionaire patronen waargenomen, wat wijst op verschillende evolutionaire snelheden en beperkingen op verschillende SARS-CoV-2 RNA-locaties. Exp1 en Exp4 vertoonden een relatief hoog niveau van conservering, terwijl Comp1 en Exp2 verschillende compenserende mutaties bevatten.

Statistische analyses van R-Scape lieten echter geen significante covariaties zien voor welke RRI dan ook, en er was geen significantie voor de top 5 hits met behulp van de SHAPE-beperking. Er werd geen bewijs gevonden van co-evolutie van de twee regio's van een RRI binnen de sequenties. Omicron, de jongste VOC, vertoonde de grootste sequentiedivergentie en de hoogste mutatiesnelheid (2,5 x 10−6 per base per dag) en Delta vertoonde de laagste mutatiesnelheid (1,96 x 10−6).

Er is vastgesteld dat alfa-VOC's en bèta-VOC's dichter bij elkaar liggen dan andere VOC's. Comp4 had het hoogste aantal structurele mutaties (tweemaal zoveel als de aangrenzende regio's, maar het laagste percentage (~12%) niet-structurele mutaties als gevolg van een "identificerende mutatie" (Q57H) binnen de bèta-VOC Orf3a), terwijl Exp1 het laagste aantal mutaties had.

VOC-specifieke evolutionaire veranderingen werden waargenomen voor sommige RRI's over lange afstand, wat bewijs leverde voor het bestaan ​​van Comp1 in de bèta-VOC-sequenties. Comp2 bleek de tophit te zijn zonder de SHAPE-beperking. De mutatiesnelheid van FSE was vergelijkbaar met die van de acht langetermijn-RRI's. Onverwacht vertoonde FSE meer variaties per basis dan de aangrenzende regio's, waarschijnlijk vanwege de bovenbouw. Het Exp4-interval van de bètasequenties, dat wil zeggen Beta Exp4 en Beta Comp1, vertoonde significant covariërende basenparen ondanks een laag statistisch onderscheidingsvermogen.

Er waren verschillen in VOC's voor bepaalde RRI's. Comp1 had bijvoorbeeld een lagere variatie dan aangrenzende regio's in alle VOC's behalve Delta, en Exp1 had een lagere conservering in Delta en Omicron, maar niet in Alpha of Beta. Bovendien had Comp4 een veel lagere conservering in Omicron, terwijl deze veel hoger was in andere VOC's. In Comp4 past slechts drie procent van de bètamutaties de structuur aan, terwijl 90 procent van de alfamutaties dat doet.

Diploma

Over het geheel genomen toonden de onderzoeksresultaten aan dat langeafstands-RRI’s in verschillende SARS-CoV-2 VOC’s met verschillende evolutionaire druk te maken zouden kunnen krijgen en dat Comp1 een nieuwe SARS-CoV-2 lange-afstands-RRI zou kunnen zijn.

Referentie:

• 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