Studie připisuje zvýšenou přenositelnost Monkeypox Clade IIb na genomové akordeony

Studie připisuje zvýšenou přenositelnost Monkeypox Clade IIb na genomové akordeony

V nedávné studii publikované v bioRxiv * Server: Výzkumníci provedli genomickou studii potvrzených případů viru Monkeypox (MPXV) diagnostikovaných ve Španělsku mezi 18. květnem a 14. červencem 2022.

Lernen: Genomische Akkordeons könnten der Schlüssel zur erhöhten Übertragbarkeit von Monkeypox Clade IIb sein. Bildquelle: FOTOGRIN/Shutterstock

*Důležitá POZNÁMKA:bioRxiv publikuje předběžné vědecké zprávy, které nejsou recenzovány odborníky, a proto by neměly být považovány za přesvědčivé, zamýšlené jako vodítko pro klinickou praxi/chování související se zdravím nebo s nimiž se zachází jako s ověřenými informacemi.

pozadí

V současné epidemii zůstává počet rozšířených přenosů MPXV trvale nízký a zdá se, že k přenosu z člověka na člověka (PTP) dochází poté, co se objeví primární lokalizovaná vyrážka. Pokud je druhý režim zodpovědný za přenos MPXV, mělo by se to projevit také na genomické úrovni. Dosud se všechny genomické studie zaměřovaly na popis evoluční historie MPXV a sledování jeho zavedení do viru v západních zemích.

Tyto studie odhalily, že klastr MPXV 2022 se liší od odpovídajících MPXV 2016-2019 v průměru o 50 jednonukleotidových polymorfismů (SNP), s přibližně 24 nesynonymními mutacemi, ~18 synonymními mutacemi a některými intergenovými rozdíly. Zkreslení mutace přisuzovali hlavně působení enzymů 3 katalytických polypeptidů (APOBEC3) upravujících mRNA upravující mRNA apolipoproteinu B (APOBEC3). Kromě toho popsali genetické variace MPXV, včetně delece imunomodulačních genů. Až dosud hostitel vyvíjel selektivní tlak a ztráta genů, které interagují s virem, byla hnací silou evoluce MPXV.

Retrospektivní evoluční studie prokázaly jedinečné adaptivní strategie MPXV; Tyto studie však nedokázaly vyřešit genomové oblasti s mnoha opakováními, zejména oblasti s nízkou komplexitou (LCR). LCR nejsou v genomu umístěny náhodně a mohou být spojeny s adaptivními změnami souvisejícími s rozdíly v přenositelnosti MPXV. Mají různé úrovně složitosti, jako jsou dinukleotidové, trinukleotidové nebo složitější palindromické repetice. Předchozí studie ukázaly, že genomové akordeony poskytují rychlou cestu k adaptaci poxvirů během sériové pasáže. Existuje naléhavá potřeba prozkoumat tyto genomické rysy v kontextu evoluční adaptace MPXV.

O studiu

V této studii výzkumníci zkoumali účinky LCR, včetně všech krátkých tandemových repetic (STR) a homopolymerních změn v genomu MPXV. Porovnávali distribuci LCR mezi různými klíčovými funkčními skupinami v genomu MPXV. Kromě toho vědci hodnotili rozsah variací LCR uvnitř hostitele a mezi hostiteli.

Tým nejprve získal vysoce kvalitní genom z nepropustné vezikulární tekutiny z případu MPXV ve Španělsku. Poté použili konvenční validovanou MPXV nested polymerázovou řetězovou reakci (PCR) zacílenou na gen receptoru pro transferin (TFN) k potvrzení přítomnosti MPXV ve stěrech z kožních lézí. Dále zkombinovali tři sekvenační technologie, NovaSeq, MiSeq a sekvenování nanopórů, aby přečetli celý genom.

Výsledky studie

Pouze dva vzorky genomu, 353R a 349R, poskytly vysoce kvalitní virová měření pro srovnání frekvencí alel ve většině oblastí LCR. Zatímco LCR8 a LCR9 nevykazovaly žádné variace, LCR7 a LCR10/11 vykazovaly významné variace v rámci hostitele a rozdíly v převládající alele mezi vzorky. Na základě heterozygotnosti celého genomu byla velikost a velikost variací významně vyšší pro LCR než pro SNP a totéž se vyskytlo také v hostiteli.

Čtyři vzorky patřily do B.1.1, definované mutací aminokyseliny v OPG094 R194H. Identifikovali jeden vzorek jako B.1.3, definovaný mutací aminokyseliny R84K, odpovídající pozici G190.660A, a zbývající vzorky patřily do B1 kladu IIb. Ve skupině IIb kmeny B1 konzistentně vykazovaly 16 repetic. Kmen A.1 byl polymorfní, kmeny A.2 vykazovaly 23, 25 a 26 repetic, zatímco starší kmeny linie A měly 32, 43, 53 a 71 repetic. Ačkoli výzkumníci objevili další shluky mezi španělskými izoláty definovanými některými změnami SNP; Epidemiologickou souvislost ale našli jen v jednom případě.

Vzhledem k tomu, že výsledky současné studie ukázaly omezenou souvislost mezi změnami SNP a virovou epidemiologií, pravděpodobně došlo u této třídy virů k potenciálnímu konvergenčnímu účinku, což si vyžádalo změnu zaměření jejich studií genomické epidemiologie. Vědci identifikovali 21 LCR, 13 STR a osm homopolymerů. Porovnání úrovně diverzity mezi 21 identifikovanými LCR s variabilitou SNP odhalilo osm oblastí LCR (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) se zřejmými známkami variací v rámci hostitele a mezi vzorky.

Pět LCR bylo kolokalizováno ve dvou oblastech genomu MPXV, s LCR 5, 6 a 7 umístěnými v jádru genomu MPXV. LCR 3 a 21 byly lokalizovány v imunomodulační oblasti a další tři LCR byly lokalizovány v domnělé translatované oblasti MPXV genů OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) a OPG208 (B19R). Změny v počtu opakování pozorované u LCR3 a LCR21 sledovaly stejný vzor rozšířením N-koncové oblasti imunomodulačního otevřeného čtecího rámce (ORF). Vzhledem k neobvykle dlouhému opakovanému úseku LCR3 může klad IIb MPXV vyžadovat velká množství tyrosin: translační ribonukleová kyselina (tRNA) k translaci genu OPG208. To může představovat další potenciální metodu, kterou se virové tandemové repetice sekvence adaptují na nové prostředí modulací exprese ORF.

Výzkumníci zjistili, že změny spojené s LCR21/OPG204 byly jemné. Nepozorovali změny v počtu opakování, ale spíše v mutacích. Proto většina virů kladu IIb vykazovala více alternativních startů následovaných aminokyselinou lysinu, která byla vždy kódována nejvzácnějším kodonem. Nejzajímavější oblast variability pozorovaná v ORF zahrnovala gen OPG153, který je základním faktorem přenosu OPXV a virulence. Například je to hlavní gen, který se nejčastěji „ztrácel“ během evoluce viru neštovic. Oblast repetice LCR7, lokalizovaná v centrální doméně OPG153, kóduje oblast nestrukturované kyseliny polyasparagové (poly-D), která je konzervovaná mezi OPXV; jeho délka se však velmi liší. Je zajímavé, že kmeny MPXV třídy IIa mají poly-D rozšířenou o 21 aminokyselin.

Závěry

Výsledky studie rozšířily koncept genomových akordeonů v evoluci MPXV. Studie ukázala, že LCR genomu, v současnosti nevyřešené v genomických studiích, by mohly být klíčové pro řízení změn v rozsahu hostitelů nebo virulenci a obsahovat důležité informace o přenosu. Proto je potřeba zavést nový standardizovaný přístup ke generování a analýze sekvenačních dat, která upřednostňují tyto regiony. K doplnění této komparativní genomické studie jsou naléhavě zapotřebí další funkční studie.

*Důležitá POZNÁMKA:bioRxiv publikuje předběžné vědecké zprávy, které nejsou recenzovány odborníky, a proto by neměly být považovány za přesvědčivé, zamýšlené jako vodítko pro klinickou praxi/chování související se zdravím nebo s nimiž se zachází jako s ověřenými informacemi.

Odkaz:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Sara Monzon, Sarai Varona, Anabel Negredo, et al. (2022). Genomische Akkordeons könnten der Schlüssel zur erhöhten Übertragbarkeit von Monkeypox Clade IIb sein. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2022.09.30.510261 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.09.30.510261v2

.