Studiul examinează interacțiunile ARN-ARN pe distanță lungă ale SARS-CoV-2

Studiul examinează interacțiunile ARN-ARN pe distanță lungă ale SARS-CoV-2

Într-un studiu publicat recent în Jurnalul Internațional de Științe Moleculare Cercetătorii au examinat RRI-urile [interacțiunile acid ribonucleic (ARN)-ARN pe distanță lungă] în genomul coronavirusului 2 (SARS-CoV-2) a sindromului respirator acut sever (COV) pentru a evalua modificările evolutive ale SARS-CoV-2.

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

fundal

RRI-urile sunt esențiale pentru ciclul de viață al CoV-urilor, iar detectarea lor poate extinde înțelegerea caracteristicilor evolutive ale SARS-CoV-2 și poate ajuta la prezicerea COV-urilor emergente, deoarece SARS-CoV-2 este un virus ARN. Studiile recente in vivo care examinează structura ARN a SARS-CoV-2 au identificat unele RRI pe termen lung; Cu toate acestea, sunt necesare cercetări suplimentare. Cadrul de citire deschis 1a (Orf1a) și Orf1b (sau Orf1ab) codifică 16 proteine ​​nestructurale implicate în replicarea și transcripția SARS-CoV-2 și sunt o sursă de variație în genomul SARS-CoV-2.

Despre studiu

În studiul de față, cercetătorii au evaluat modificările evolutive specifice VOC în genomul SARS-CoV-2 pe baza evaluărilor RRI pe termen lung.

Secvențele genomului SARS-CoV-2 (n=32.714) ale Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC și Omicron VOC provenind din 92 de națiuni diferite au fost descărcate din baza de date GISAID (Inițiativa globală privind partajarea tuturor datelor despre gripă). Opt RRI-uri Orf1a și/sau Orf1b cu rază lungă au fost selectate pentru analiză, dintre care patru au fost validate experimental (Exp) și obținute din experimentul COMRADES (Exp), iar restul de patru au fost obținute din predicții computaționale (Comp) folosind software-ul IntaRNA.

Comp-RRI au fost analizate pentru a investiga RRI noi, pe rază lungă, și modificările asociate în evoluția SARS-CoV-2. În plus, elementul de schimbare a cadrului (FSE) a fost analizat pentru a evalua evoluția specifică caracteristicilor între VOC. Modelele de mutație din secvențe au fost mai întâi evaluate în genom și apoi folosind VOC. Modificările structurale ale RRI au fost evaluate prin evaluarea mutațiilor compensatorii specifice VOC, conservarea și mutațiile covariante pentru fiecare RRI.

Estimările computaționale au fost din nou efectuate folosind informații SHAPE pentru a face o estimare mai restrânsă. Au fost determinate intervalele genomului și au fost înregistrate primele cinci hit-uri pentru fiecare interval de genom, după care interacțiunile au fost clasificate pe baza reziduurilor de energie. Distanțele în perechi dintre VOC [numărul mediu de baze diferite pentru secvențele GISAID] au fost calculate ca măsură a disimilarității.

Nu au fost observate bucle de tulpină sau pseudonoduri în cele opt RRI cu deschidere largă. Pentru a îmbunătăți înțelegerea modului în care RRI-urile SARS-CoV-2 sunt conservate independent de VOC, a fost comparat numărul mediu de mutații pe bază pentru secvențele pentru toate cele opt RRI. În plus, mutațiile au fost clasificate ca compensatorii sau necompensatorii pe baza acomodării perechii de baze ARN (bp).

Pentru a investiga dacă RRI-urile au avut mai puține/mai multe variații sau doar se încadrează în categoria regiunilor foarte variabile ale genomului SARS-CoV-2, variațiile RRI-urilor pe bază au fost comparate cu cele ale regiunilor învecinate [100 de nucleotide (nt) în amonte și în aval]. În plus, a fost efectuată o analiză de covariație și secvențele au fost grupate în funcție de VOC-urile corespunzătoare pentru a evalua tendințele specifice COV și specifice grupului de COV. Pentru a investiga dacă RRI-urile au evoluat în mod specific VOC, secvențele VOC au fost separate și analizate în continuare prin analiza R-scape.

Rezultate

Au fost observate rate de mutație eterogene și modele evolutive în toate site-urile RRI, indicând rate și constrângeri evolutive diferite la diferite site-uri ARN SARS-CoV-2. Exp1 și Exp4 au prezentat un nivel relativ ridicat de conservare, în timp ce Comp1 și Exp2 au conținut mai multe mutații compensatorii.

Cu toate acestea, analizele statistice R-Scape nu au arătat covariații semnificative pentru niciun RRI și nu a existat nicio semnificație pentru primele 5 rezultate folosind constrângerea SHAPE. Nu a fost găsită nicio dovadă de coevoluție a celor două regiuni ale unui RRI în cadrul secvențelor. Omicron, cel mai tânăr COV, a arătat cea mai mare divergență de secvență și cea mai mare rată de mutație (2,5 × 10-6 pe bază pe zi), iar Delta a prezentat cea mai mică rată de mutație (1,96 × 10-6).

S-a descoperit că COV alfa și COV beta sunt mai apropiate decât alte COV. Comp4 a avut cel mai mare număr de mutații structurale (de două ori mai multe decât regiunile învecinate, dar cel mai mic procent (~12%) de mutații nestructurale din cauza unei „mutații de identificare” (Q57H) în beta-VOC Orf3a), în timp ce Exp1 a avut cel mai mic număr de mutații.

S-au observat modificări evolutive specifice COV pentru unele RRI cu rază lungă, oferind dovezi pentru existența Comp1 în secvențele beta-VOC. Comp2 s-a dovedit a fi cel mai mare succes fără restricția SHAPE. Rata de mutație a FSE a fost comparabilă cu cea a celor opt RRI pe termen lung. În mod neașteptat, FSE a prezentat mai multe variații pe bază decât regiunile învecinate, probabil din cauza suprastructurii sale. Intervalul Exp4 al secvențelor beta, adică Beta Exp4 și Beta Comp1, a arătat perechi de baze covariabile semnificativ, în ciuda puterii statistice scăzute.

Au existat diferențe de COV pentru anumite RRI. De exemplu, Comp1 a avut o variație mai mică decât regiunile învecinate în toate COV, cu excepția Deltei, iar Exp1 a avut o conservare mai mică în Delta și Omicron, dar nu în Alpha sau Beta. În plus, Comp4 a avut o conservare mult mai mică în Omicron, în timp ce a fost mult mai mare în alte COV. În Comp4, doar trei la sută din mutațiile beta ajustează structura, în timp ce 90 la sută dintre mutațiile alfa o fac.

Diplomă

În general, rezultatele studiului au arătat că RRI-urile cu rază lungă de acțiune în diferite COV SARS-CoV-2 s-ar putea confrunta cu diferite presiuni evolutive și că Comp1 ar putea fi un nou RRI cu rază lungă de acțiune SARS-CoV-2.

Referinţă:

• 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