Studien undersøker langdistanse RNA-RNA-interaksjoner av SARS-CoV-2

Studien undersøker langdistanse RNA-RNA-interaksjoner av SARS-CoV-2

I en nylig publisert studie i International Journal of Molecular Sciences Forskere undersøkte RRIer [langdistanse ribonukleinsyre (RNA)-RNA-interaksjoner] i alvorlige akutte respiratoriske syndrom coronavirus 2 (SARS-CoV-2) varianter av bekymring (VOCs) genomer for å vurdere evolusjonære endringer i SARS-CoV-2.

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

bakgrunn

RRI-er er avgjørende for livssyklusen til CoV-er, og påvisningen av dem kan utvide forståelsen av de evolusjonære egenskapene til SARS-CoV-2 og potensielt bidra til å forutsi nye VOC-er siden SARS-CoV-2 er et RNA-virus. Nylige in vivo-studier som undersøker RNA-strukturen til SARS-CoV-2 har identifisert noen langsiktige RRIer; Det er imidlertid behov for ytterligere forskning. Åpen leseramme 1a (Orf1a) og Orf1b (eller Orf1ab) koder for 16 ikke-strukturelle proteiner involvert i SARS-CoV-2-replikasjon og transkripsjon og er en kilde til variasjon i SARS-CoV-2-genomet.

Om studiet

I denne studien vurderte forskere VOC-spesifikke evolusjonære endringer i SARS-CoV-2-genomet basert på langsiktige RRI-vurderinger.

SARS-CoV-2-genomsekvenser (n=32 714) av Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC og Omicron VOC som stammer fra 92 forskjellige nasjoner ble lastet ned fra GISAID-databasen (Global Initiative on Sharing All Influenza Data). Åtte langdistanse Orf1a og/eller Orf1b RRIer ble valgt for analyse, hvorav fire ble eksperimentelt validert (Exp) og hentet fra CORADES-eksperimentet (Exp), og de resterende fire ble hentet fra beregningsprediksjoner (Comp) ved bruk av IntaRNA-programvaren.

Comp-RRIer ble analysert for å undersøke nye, langdistanse RRIer og de tilhørende endringene i SARS-CoV-2-evolusjon. I tillegg ble rammeskiftelementet (FSE) analysert for å evaluere den funksjonsspesifikke utviklingen mellom VOC. Mutasjonsmønstre i sekvensene ble først vurdert på tvers av genomet og deretter ved bruk av VOC. De strukturelle endringene av RRI ble evaluert ved å vurdere VOC-spesifikke kompenserende mutasjoner, konservering og samvarierende mutasjoner for hver RRI.

Beregningsestimater ble igjen utført ved å bruke SHAPE-informasjon for å lage et mer begrenset estimat. Genomintervaller ble bestemt og de fem beste treffene for hvert genomintervall ble registrert, hvoretter interaksjoner ble rangert basert på energirester. Parvise avstander mellom VOC [gjennomsnittlig antall forskjellige baser for GISAID-sekvenser] ble beregnet som et mål på ulikhet.

Ingen stilkløkker eller pseudoknuter ble observert i de åtte brede RRI-ene. For å forbedre forståelsen av hvordan SARS-CoV-2 RRI er konservert uavhengig av VOC, ble gjennomsnittlig antall mutasjoner per base for sekvensene for alle åtte RRI sammenlignet. I tillegg ble mutasjonene kategorisert som kompenserende eller ikke-kompenserende basert på RNA-basepar (bp)-akkommodasjon.

For å undersøke om RRI-ene hadde mindre/flere variasjoner eller bare faller inn i kategorien svært variable regioner av SARS-CoV-2-genomet, ble variasjonene av RRI-ene per base sammenlignet med de i naboregionene [100 nukleotider (nt) oppstrøms og nedstrøms]. I tillegg ble det utført samvariasjonsanalyse og sekvensene ble gruppert i henhold til deres tilsvarende VOC for å evaluere VOC-spesifikke og VOC-gruppespesifikke trender. For å undersøke om RRI-ene utviklet seg VOC-spesifikt, ble VOC-sekvenser separert og videre analysert ved R-scape-analyse.

Resultater

Heterogene mutasjonshastigheter og evolusjonsmønstre ble observert på tvers av alle RRI-steder, noe som indikerer forskjellige evolusjonshastigheter og begrensninger ved forskjellige SARS-CoV-2 RNA-steder. Exp1 og Exp4 viste et relativt høyt nivå av konservering, mens Comp1 og Exp2 inneholdt flere kompenserende mutasjoner.

R-Scape statistiske analyser viste imidlertid ingen signifikante samvariasjoner for noen RRI, og det var ingen signifikans for de 5 beste treffene ved bruk av SHAPE-begrensningen. Ingen bevis for samevolusjon av de to regionene til en RRI innenfor sekvensene ble funnet. Omicron, den yngste VOC, viste den største sekvensdivergensen og den høyeste mutasjonshastigheten (2,5 × 10−6 per base per dag) og Delta viste den laveste mutasjonshastigheten (1,96 × 10−6).

Alfa VOC og Beta VOC har vist seg å være nærmere hverandre enn andre VOC. Comp4 hadde det høyeste antallet strukturelle mutasjoner (dobbelt så mange som naboregionene, men den laveste prosentandelen (~12%) av ikke-strukturelle mutasjoner på grunn av en "identifiserende mutasjon" (Q57H) i beta-VOC Orf3a), mens Exp1 hadde det laveste antallet mutasjoner.

VOC-spesifikke evolusjonære endringer ble observert for noen langdistanse RRIer, noe som gir bevis for eksistensen av Comp1 i beta-VOC-sekvensene. Comp2 viste seg å være topphiten uten SHAPE-begrensningen. Mutasjonsraten til FSE var sammenlignbar med den for de åtte langsiktige RRIene. Uventet viste FSE flere variasjoner per base enn naboregionene, sannsynligvis på grunn av overbygningen. Exp4-intervallet til betasekvensene, dvs. Beta Exp4 og Beta Comp1, viste signifikant samvarierende basepar til tross for lav statistisk kraft.

Det var forskjeller i VOC for visse RRIer. For eksempel hadde Comp1 lavere variasjon enn naboregioner i alle VOC unntatt Delta, og Exp1 hadde lavere bevaring i Delta og Omicron, men ikke i Alpha eller Beta. Videre hadde Comp4 mye lavere bevaring i Omicron, mens den var mye høyere i andre VOC. I Comp4 justerer bare tre prosent av beta-mutasjonene strukturen, mens 90 prosent av alfa-mutasjonene gjør det.

Diplom

Samlet sett viste studieresultatene at langdistanse-RRI-er i forskjellige SARS-CoV-2 VOC-er kan møte forskjellige evolusjonære press og at Comp1 kan være en ny SARS-CoV-2-langdistanse-RRI.

Referanse:

• 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