De bestaande moleculaire variantieniveaus in haplotypes van het interferon-alfa-bèta-receptorgen in orthopokkenvirussen

De bestaande moleculaire variantieniveaus in haplotypes van het interferon-alfa-bèta-receptorgen in orthopokkenvirussen

In een onlangs gepubliceerde studie bioRxiv * Onderzoekers voerden een analyse uit van de moleculaire variantie (AMOVA) in 59 haplotypes van het interferon (IFN)-alfa (α) / bèta (β) receptor (IFNAR) gen, te beginnen met het apenpokkenvirus (MPX) (MPXV), kameelpokkenvirus, buffelpokkenvirus, Ectromelia-virus, koepokkenvirus, konijnenpokkenvirus, variola-virus (VARV) en vaccinia-virus.

Lernen: Populationsgenetik und Analyse der molekularen Varianz (AMOVA) des Interferon-Alpha-Beta-Rezeptorgens des Affenpockenvirus und seine evolutionäre Beziehung zur Gattung Orthopoxvirus. Bildnachweis: Dotted Yeti/Shutterstock

achtergrond

In de loop van de tijd hebben orthopokkenvirussen evolutionaire eigenschappen verworven om de immunologische reacties van de gastheer aan te passen en te beperken. Immuunontwijkende strategieën die door virussen worden gebruikt, kunnen pokkenvaccinaties beïnvloeden via mechanismen die effectoracties voor antivirale remming verzwakken en immuunregulerende eigenschappen verlenen.

Over studeren

In de huidige studie voerden onderzoekers een moleculaire variantieanalyse uit met behulp van 59 haplotypes van het IFNAR-gen uit de NCBI-database (National Biotechnology Information Center) om het begrip van de evolutionaire aspecten van het IFN-gen en het waarschijnlijke gedrag ervan in MPX te verbeteren.

Haplotypes van de IFNAR-genen van MPXV, kameelpokkenvirus, buffelvirus, koepokkenvirus, konijnenpokkenvirus, ectromelia-virus, VARV en vacciniavirus werden op 6 augustus 2022 uit de NCBI-database opgehaald. Virale sequenties werden geanalyseerd met behulp van genetische structuuranalyse om moleculaire variantie, haplotypische diversiteit, genetische mismatch, incompatibiliteit, genetische afstand, demografische en ruimtelijke expansie, moleculaire diversiteit en evolutionaire divergentietijd.

Er werden spectrumanalytische tests (SFS) uitgevoerd om de demografische parameters van het frequentiespectrum te schatten en er werden simulatieanalyses uitgevoerd. Moleculaire diversiteitsindices werden berekend op basis van sequentieverschillen, en theta-schatters werden gebruikt voor het schatten van homozygotie op basis van de balans tussen mutaties en genetische drift.

De Jukes- en Singer-methoden werden gebruikt om haplotypeverschillen te schatten, en de Kimura- en Tamura-methoden werden gebruikt om haplotypefrequenties te schatten. De Tajima en Nei-methode werd gebruikt om nucleotideverschillen in haplotypes en de snelheid van transities, transversies en insertie-deletiemutaties te evalueren. Een minimum spanning network (MSN)-boom werd gebruikt om afstanden te berekenen tussen de operationele taxonomische eenheden (OTU's) van gepaarde haplotype-afstandsmatrices.

Modellering met maximale waarschijnlijkheid werd gebruikt om de gametische fase van multilokale genotypen te reconstrueren, en locus-voor-locus moleculaire variantieanalyses werden uitgevoerd. Neutraliteitstests zoals de Ewens-Watterson homozygotietest, Ewens-Watterson-Slatkin-test, Tajima selectieve neutraliteitstest en FS-FU selectieve neutraliteitstest werden uitgevoerd.

Resultaten

Genetica en genomica eBook

Compilatie van de beste interviews, artikelen en nieuws van het afgelopen jaar.

Download vandaag nog een exemplaar

Er zijn acht verschillende groepen orthopokkenvirussen gedetecteerd met variaties en verschillende mate van patroonvorming, waarbij het koepokkenvirus over het algemeen groter is (met meer insertie-deletiemutaties). De Tajima- en FS-FU-tests toonden onenigheid aan tussen de π- en φ-schattingen, wat erop wijst dat er geen populatie-uitbreiding plaatsvindt voor alle virussen behalve het koepokkenvirus.

Grote genomische divergentie als gevolg van mutaties en uitgebreide patroonvorming werd waargenomen in vijf groepen (koepokken, kameelpokken, MPX, variola en vaccinia), wat te wijten zou kunnen zijn aan tussentijds haplotypeverlies tussen generaties, waarschijnlijk geassocieerd met de afwezigheid van genstroom. De niveaus van structurering onthulden een discontinu patroon van genetische divergentie tussen de bestudeerde groepen, rekening houdend met het potentiële bestaan ​​van meerdere mutatietoestanden, vooral bij koepokken.

IFNAR-genmutaties in de vijf groepen waren in hoge mate gefixeerd (FST-waarde 76%) op basis van de genetische drift en het oprichtingseffect dat gepaard ging met het gedrag van tussentijds haplotypeverlies en/of verspreiding tussen virusgeneraties. De genetische afstandswaarden vertoonden een continu hoog divergentiepatroon voor de onderzoeksgroepen.

Bovendien werden de verschillen tussen 59 haplotypes weerspiegeld in het grote aantal inter-haplotypevariaties en hiërarchieën in alle componenten van covariantie: door de inter- en intra-verschillen op groeps- en individueel niveau. De AMOVA- en genetische afstandsanalyse lieten significante resultaten zien voor de geteste virusgroepen met variatiecomponenten tussen de groepen en binnen de groep van respectievelijk 25% en acht procent, wat wijst op een hoge evolutionaire divergentie tussen de groepen. Er werden geen significante overeenkomsten gevonden voor de genetische evolutionaire divergentietijd tussen alle populaties.

Theta-schatters lieten geen consistente resultaten zien bij de verschillende methoden, wat erop wijst dat er geen sprake is van IFNAR-behoud onder de bestudeerde virussen. Haplotype-polymorfismen verwezen naar grote variaties (stille en snelle mutaties) en genetische diversiteit in de eiwitproducten van de bestudeerde orthopoxvirussen, wat de ontwikkeling van moleculaire doelwitten voor de ontwikkeling van geneesmiddelen en vaccins bemoeilijkte. De resultaten suggereerden dat het IFNAR-gen mogelijk niet effectief is bij het onderdrukken van virale infecties.

Er werden minder moleculaire diversiteiten waargenomen voor het ectromeliavirus, het konijnenpokkenvirus en het buffelpokkenvirus. Tau-variaties en incompatibiliteitsanalyses lieten significante verschillen zien, vooral tussen de MPXV-, koepokkenvirus- en kameelpokkenvirusgroepen, gebaseerd op de voorouderlijke populatiegrootte en niet-constante mutatiesnelheden.

Conclusie

Over het algemeen lieten de onderzoeksresultaten een hoge haplotypediversiteit zien met verhoogde insertie-deletiemutaties, transversies en transities voor vijf virusgroepen met marginale expansie van viruspopulaties. De schatters wezen op een gebrek aan conservering van het IFNAR-gen (en zijn eiwitproduct) onder virussen, wat het gebruik van neutraliserende op antilichamen gebaseerde therapieën ondersteunde en nieuwe medicijnen ontwikkelde die zouden kunnen werken als effectieve adjuvantia voor het IFNAR-gen.

*Belangrijke OPMERKING

bioRxiv publiceert voorlopige wetenschappelijke rapporten die niet door vakgenoten zijn beoordeeld en daarom niet als overtuigend mogen worden beschouwd, de klinische praktijk/gezondheidsgedrag niet kunnen begeleiden of als gevestigde informatie moeten worden behandeld.

Referentie:

• Felix, P. et al. (2022) „Populationsgenetik und Analyse der molekularen Varianz (AMOVA) des Interferon-Alpha-Beta-Rezeptorgens des Affenpockenvirus und seine evolutionäre Beziehung zur Gattung Orthopoxvirus“. bioRxiv. doi: 10.1101/2022.09.02.506281. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.02.506281v1

.