研究检验了 SARS-CoV-2 的长程 RNA-RNA 相互作用

研究检验了 SARS-CoV-2 的长程 RNA-RNA 相互作用

在最近发表的一项研究中 国际分子科学杂志 研究人员检查了严重急性呼吸综合征冠状病毒 2 (SARS-CoV-2) 相关变体 (VOC) 基因组中的 RRI（长程核糖核酸 (RNA)-RNA 相互作用），以评估 SARS-CoV-2 的进化变化。

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

背景

RRI 对 CoV 的生命周期至关重要，它们的检测可以扩大对 SARS-CoV-2 进化特征的了解，并可能有助于预测新出现的 VOC，因为 SARS-CoV-2 是一种 RNA 病毒。 最近检查 SARS-CoV-2 RNA 结构的体内研究发现了一些长期 RRI； 然而，还需要进一步的研究。 开放阅读框 1a (Orf1a) 和 Orf1b（或 Orf1ab）编码参与 SARS-CoV-2 复制和转录的 16 种非结构蛋白，是 SARS-CoV-2 基因组变异的来源。

关于该研究

在本研究中，研究人员根据长期 RRI 评估评估了 SARS-CoV-2 基因组中 VOC 特异性的进化变化。

从 GISAID（共享所有流感数据全球倡议）数据库下载了来自 92 个不同国家的 Alpha VOC、Beta VOC、Delta VOC 和 Omicron VOC 的 SARS-CoV-2 基因组序列（n=32,714）。 选择八个长程 Orf1a 和/或 Orf1b RRI 进行分析，其中四个经过实验验证 (Exp) 并从 COMRADES 实验 (Exp) 中获得，其余四个是使用 IntaRNA 软件从计算预测 (Comp) 中获得。

对 Comp-RRI 进行了分析，以研究新型、长程 RRI 以及 SARS-CoV-2 进化中的相关变化。 此外，还分析了移码元素 (FSE)，以评估 VOC 之间的特定特征演化。 首先在整个基因组中评估序列内的突变模式，然后使用 VOC。 通过评估每个 RRI 的 VOC 特异性补偿突变、保守性和共变突变来评估 RRI 的结构变化。

再次使用 SHAPE 信息进行计算估计，以做出更严格的估计。 确定基因组间隔并记录每个基因组间隔的前五个命中，然后根据能量残基对相互作用进行排名。 VOC（GISAID 序列的不同碱基的平均数量）之间的成对距离被计算作为相异性的度量。

在八个大跨度 RRI 中没有观察到茎环或假结。 为了加深对 SARS-CoV-2 RRI 如何独立于 VOC 的保守性的了解，比较了所有八个 RRI 序列的每个碱基的平均突变数。 此外，根据 RNA 碱基对 (bp) 调节，突变被分为补偿性或非补偿性。

为了研究 RRI 是否具有较少/较多的变异，或者仅仅属于 SARS-CoV-2 基因组的高度可变区域的类别，将每个碱基的 RRI 的变异与其邻近区域的变异进行了比较[上游和下游 100 个核苷酸 (nt)]。 此外，还进行了协变分析，并根据相应的 VOC 对序列进行分组，以评估特定于 VOC 和特定于 VOC 组的趋势。 为了研究 RRI 是否专门进化出 VOC，分离了 VOC 序列并通过 R-scape 分析进行进一步分析。

结果

在所有 RRI 位点均观察到异质突变率和进化模式，表明不同 SARS-CoV-2 RNA 位点的进化率和限制不同。 Exp1和Exp4表现出相对较高水平的保守性，而Comp1和Exp2包含一些补偿性突变。

然而，R-Scape 统计分析显示任何 RRI 都没有显着的协变，并且使用 SHAPE 约束的前 5 个命中没有显着性。 没有发现序列内 RRI 的两个区域共同进化的证据。 最年轻的 VOC Omicron 显示出最大的序列分歧和最高的突变率（每个碱基每天 2.5 × 10−6），而 Delta 显示出最低的突变率（1.96 × 10−6）。

人们发现 Alpha VOC 和 Beta VOC 比其他 VOC 更接近。 Comp4 的结构突变数量最多（是其邻近区域的两倍，但由于 beta-VOC Orf3a 内的“识别突变”(Q57H)，非结构突变的百分比最低 (~12%))，而 Exp1 的突变数量最少。

在一些长程 RRI 中观察到了 VOC 特异性的进化变化，为 β-VOC 序列中 Comp1 的存在提供了证据。 事实证明，Comp2 是没有 SHAPE 限制的热门产品。 FSE 的突变率与八种长期 RRI 的突变率相当。 出乎意料的是，FSE 每个碱基显示出比邻近区域更多的变异，这可能是由于其上层结构所致。 尽管统计功效较低，但 Beta 序列（即 Beta Exp4 和 Beta Comp1）的 Exp4 间隔显示出显着的共变碱基对。

某些 RRI 的 VOC 存在差异。 例如，Comp1 在除 Delta 之外的所有 VOC 中的变异性均低于邻近区域，而 Exp1 在 Delta 和 Omicron 中的保守性较低，但在 Alpha 或 Beta 中则不然。 此外，Comp4 在 Omicron 中的保留率要低得多，而在其他 VOC 中则要高得多。 在 Comp4 中，只有 3% 的 β 突变会调整结构，而 90% 的 α 突变会调整结构。

文凭

总体而言，研究结果表明，不同 SARS-CoV-2 VOC 中的长程 RRI 可能面临不同的进化压力，并且 Comp1 可能是一种新的 SARS-CoV-2 长程 RRI。

参考：

• 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