Štúdia skúma dlhodobé interakcie RNA-RNA SARS-CoV-2

Štúdia skúma dlhodobé interakcie RNA-RNA SARS-CoV-2

V nedávno publikovanej štúdii v International Journal of Molecular Sciences Výskumníci skúmali RRI [interakcie ribonukleovej kyseliny (RNA)-RNA s dlhým dosahom] v genómoch závažných akútnych respiračných syndrómov koronavírusu 2 (SARS-CoV-2) s cieľom posúdiť vývojové zmeny v SARS-CoV-2.

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

pozadia

RRI sú nevyhnutné pre životný cyklus CoV a ich detekcia môže rozšíriť pochopenie evolučných charakteristík SARS-CoV-2 a potenciálne pomôcť predpovedať vznikajúce VOC, keďže SARS-CoV-2 je RNA vírus. Nedávne štúdie in vivo skúmajúce štruktúru RNA SARS-CoV-2 identifikovali niektoré dlhodobé RRI; Je však potrebný ďalší výskum. Otvorený čítací rámec 1a (Orf1a) a Orf1b (alebo Orf1ab) kódujú 16 neštrukturálnych proteínov zapojených do replikácie a transkripcie SARS-CoV-2 a sú zdrojom variácií v genóme SARS-CoV-2.

O štúdiu

V tejto štúdii výskumníci hodnotili vývojové zmeny špecifické pre VOC v genóme SARS-CoV-2 na základe dlhodobých hodnotení RRI.

Sekvencie SARS-CoV-2 genómu (n=32 714) Alpha VOC, Beta VOC, Delta VOC a Omicron VOC pochádzajúce z 92 rôznych krajín boli stiahnuté z databázy GISAID (Global Initiative on Sharing All Influenza Data). Na analýzu sa vybralo osem RRI Orf1a a / alebo Orf1b s dlhým dosahom, z ktorých štyri boli experimentálne overené (Exp) a získané z experimentu COMRADES (Exp) a zvyšné štyri sa získali z výpočtových predpovedí (Comp) pomocou softvéru IntaRNA.

Comp-RRI boli analyzované s cieľom preskúmať nové RRI s dlhým dosahom a súvisiace zmeny vo vývoji SARS-CoV-2. Okrem toho sa analyzoval prvok posúvania rámca (FSE), aby sa vyhodnotil vývoj špecifický pre funkcie medzi VOC. Mutačné vzory v rámci sekvencií sa najskôr hodnotili naprieč genómom a potom pomocou VOC. Štrukturálne zmeny RRI sa hodnotili hodnotením kompenzačných mutácií špecifických pre VOC, konzervačných a kovariančných mutácií pre každú RRI.

Výpočtové odhady sa opäť vykonali s použitím informácií SHAPE, aby sa dosiahol užší odhad. Stanovili sa intervaly genómu a zaznamenalo sa päť najlepších zásahov pre každý interval genómu, po ktorých boli interakcie zoradené na základe energetických zvyškov. Párové vzdialenosti medzi VOC [priemerný počet rôznych báz pre sekvencie GISAID] boli vypočítané ako miera odlišnosti.

V ôsmich širokorozsahových RRI neboli pozorované žiadne kmeňové slučky alebo pseudouzly. Aby sa zlepšilo pochopenie toho, ako sa SARS-CoV-2 RRI konzervujú nezávisle od VOC, porovnal sa priemerný počet mutácií na bázu pre sekvencie pre všetkých osem RRI. Okrem toho boli mutácie kategorizované ako kompenzačné alebo nekompenzačné na základe prispôsobenia RNA páru báz (bp).

Aby sa zistilo, či majú RRI menej/viac variácií alebo či spadajú iba do kategórie vysoko variabilných oblastí genómu SARS-CoV-2, variácie RRI na bázu sa porovnali s variáciami v ich susedných oblastiach [100 nukleotidov (nt) proti smeru a po prúde]. Okrem toho sa uskutočnila kovariačná analýza a sekvencie sa zoskupili podľa ich zodpovedajúcich VOC, aby sa vyhodnotili trendy špecifické pre VOC a VOC skupiny. Aby sa zistilo, či sa RRI vyvinuli špecificky VOC, sekvencie VOC sa oddelili a ďalej analyzovali analýzou R-scape.

Výsledky

Miery heterogénnych mutácií a evolučné vzorce boli pozorované na všetkých miestach RRI, čo naznačuje rôzne evolučné rýchlosti a obmedzenia na rôznych miestach RNA SARS-CoV-2. Exp1 a Exp4 vykazovali relatívne vysokú úroveň konzervácie, zatiaľ čo Comp1 a Exp2 obsahovali niekoľko kompenzačných mutácií.

Štatistické analýzy R-Scape však neukázali žiadne významné kovariancie pre žiadnu RRI a pri použití obmedzenia SHAPE nebola žiadna významnosť pre 5 najlepších výsledkov. Nebol nájdený žiadny dôkaz koevolúcie dvoch oblastí RRI v sekvenciách. Omicron, najmladší VOC, vykazoval najväčšiu sekvenčnú divergenciu a najvyššiu mieru mutácií (2,5 × 10-6 na bázu za deň) a Delta vykazoval najnižšiu mieru mutácií (1,96 × 10-6).

Zistilo sa, že alfa VOC a Beta VOC sú k sebe bližšie ako iné VOC. Comp4 mal najvyšší počet štrukturálnych mutácií (dvakrát toľko ako jeho susedné oblasti, ale najnižšie percento (~ 12 %) neštrukturálnych mutácií v dôsledku „identifikačnej mutácie“ (Q57H) v rámci beta-VOC Orf3a, zatiaľ čo Exp1 mal najnižší počet mutácií.

Evolučné zmeny špecifické pre VOC boli pozorované pre niektoré RRI s dlhým dosahom, čo poskytuje dôkaz o existencii Comp1 v sekvenciách beta-VOC. Comp2 sa ukázal ako top hit bez obmedzenia SHAPE. Miera mutácií FSE bola porovnateľná s rýchlosťou ôsmich dlhodobých RRI. Neočakávane, FSE vykazovala viac variácií na základňu ako susedné regióny, pravdepodobne kvôli svojej nadstavbe. Interval Exp4 beta sekvencií, t.j. Beta Exp4 a Beta Comp1, napriek nízkej štatistickej sile vykazoval signifikantne kovarujúce páry báz.

Pre určité RRI boli rozdiely v VOC. Napríklad Comp1 mal nižšiu variáciu ako susedné regióny vo všetkých VOC okrem Delta a Exp1 mal nižšiu ochranu v Delta a Omicron, ale nie v Alpha alebo Beta. Okrem toho, Comp4 mal oveľa nižšiu konzerváciu v Omicron, zatiaľ čo bola oveľa vyššia v iných VOC. V Comp4 iba tri percentá beta mutácií upravujú štruktúru, zatiaľ čo 90 percent alfa mutácií áno.

Diplom

Celkovo výsledky štúdie ukázali, že RRI s dlhým dosahom v rôznych VOC SARS-CoV-2 by mohli čeliť rôznym evolučným tlakom a že Comp1 by mohla byť nová RRI s dlhým dosahom SARS-CoV-2.

Referencia:

• 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