Undersøgelsen tilskriver øget overførbarhed af Monkeypox Clade IIb til genomiske harmonikaer

Undersøgelsen tilskriver øget overførbarhed af Monkeypox Clade IIb til genomiske harmonikaer

I en nylig undersøgelse offentliggjort i bioRxiv * Server: Forskere gennemførte en genomisk undersøgelse af bekræftede tilfælde af Monkeypox virus (MPXV) diagnosticeret i Spanien mellem 18. maj og 14. juli 2022.

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

*Vigtig BEMÆRK:bioRxiv udgiver foreløbige videnskabelige rapporter, der ikke er peer-reviewed og derfor ikke bør betragtes som afgørende, beregnet til at vejlede klinisk praksis/sundhedsrelateret adfærd eller behandles som etableret information.

baggrund

I det nuværende udbrud er antallet af spredte MPXV-transmissioner forblevet konsekvent lavt, og person-til-person transmission (PTP) ser ud til at forekomme efter et primært lokaliseret udslæt. Hvis sidstnævnte tilstand er ansvarlig for MPXV-transmission, bør det også afspejles på det genomiske niveau. Til dato har alle genomiske undersøgelser fokuseret på at beskrive MPXV's evolutionære historie og spore dets introduktion i virussen i vestlige lande.

Disse undersøgelser afslørede, at 2022 MPXV-klyngen afviger fra de tilsvarende 2016-2019 MPXV'er med et gennemsnit på 50 enkeltnukleotidpolymorfier (SNP'er), med cirka 24 ikke-synonyme mutationer, ~18 synonyme mutationer og nogle intergene forskelle. De tilskrev mutationsbias hovedsageligt til virkningen af ​​apolipoprotein B mRNA-redigerende katalytiske polypeptidlignende 3 enzymer (APOBEC3). Derudover beskrev de genetiske variationer af MPXV, herunder deletion af immunmodulerende gener. Indtil nu har værten udøvet selektivt pres, og tabet af gener, der interagerer med virussen, var drivkraften bag MPXV-evolutionen.

Retrospektive evolutionære undersøgelser har vist MPXV's unikke adaptive strategier; Disse undersøgelser formåede imidlertid ikke at løse genomiske regioner med mange gentagelser, især lavkompleksitetsregionerne (LCR'er). LCR'er er ikke tilfældigt placeret i genomet og kan være forbundet med adaptive ændringer relateret til forskelle i MPXV-transmissibilitet. De har forskellige niveauer af kompleksitet, såsom dinukleotid, trinukleotid eller mere komplekse palindromiske gentagelser. Tidligere undersøgelser har vist, at genomiske harmonikaer giver en hurtig vej til tilpasning af poxvirus under seriel passage. Der er et presserende behov for at undersøge disse genomiske træk i sammenhæng med MPXV evolutionær tilpasning.

Om studiet

I denne undersøgelse undersøgte forskere virkningerne af LCR'er, herunder alle korte tandemgentagelser (STR'er) og homopolymerændringer, i MPXV-genomet. De sammenlignede fordelingen af ​​LCR'er mellem forskellige nøglefunktionelle grupper i MPXV-genomet. Derudover vurderede forskerne omfanget af intra-værts- og inter-værtsvariationer i LCR.

Holdet opnåede først et genom af høj kvalitet fra en upassageret vesikulær væske fra en MPXV-sag i Spanien. De brugte derefter en konventionel valideret MPXV nestet polymerase chain reaction (PCR) rettet mod transferrin (TFN) receptorgenet for at bekræfte tilstedeværelsen af ​​MPXV i podninger fra hudlæsioner. Dernæst kombinerede de tre sekventeringsteknologier, NovaSeq, MiSeq og nanopore-sekventering, for at læse hele genomet.

Studieresultater

Kun to genomprøver, 353R og 349R, gav virale målinger af høj kvalitet til sammenligning af allelfrekvenser i de fleste LCR-områder. Mens LCR8 og LCR9 ikke viste nogen variation, viste LCR7 og LCR10/11 signifikant variation inden for værten og forskelle i den dominerende allel mellem prøverne. Baseret på hel-genom heterozygositet var størrelsen og størrelsen af ​​variationer signifikant højere for LCR end for SNP'er, og det samme forekom også i værten.

Fire prøver tilhørte B.1.1, defineret af en aminosyremutation i OPG094 R194H. De identificerede én prøve som B.1.3, defineret af aminosyremutationen R84K, svarende til position G190.660A, og de resterende prøver tilhørte B1 clade IIb. Blandt gruppe IIb viste B1-stammerne konsekvent 16 gentagelser. A.1-stammen var polymorf, A.2-stammer viste 23, 25 og 26 gentagelser, mens ældre A-stammer havde 32, 43, 53 og 71 gentagelser. Selvom forskerne opdagede yderligere klynger blandt de spanske isolater defineret af nogle SNP-ændringer; De fandt dog kun en epidemiologisk sammenhæng i ét tilfælde.

Da de nuværende undersøgelsesresultater viste en begrænset sammenhæng mellem SNP-ændringer og viral epidemiologi, er der sandsynligvis opstået en potentiel konvergenseffekt for denne klasse af vira, hvilket nødvendiggør en ændring i fokus i deres genomiske epidemiologiske undersøgelser. Forskerne identificerede 21 LCR'er, 13 STR'er og otte homopolymerer. Sammenligning af diversitetsniveauet mellem de 21 identificerede LCR'er med SNP-variabilitet afslørede otte LCR-regioner (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) med tydelige tegn på variation inden for værten og mellem prøver.

Fem LCR'er blev kolokaliseret i to regioner af MPXV-genomet, med LCR'er 5, 6 og 7 placeret i kernen af ​​MPXV-genomet. LCR'er 3 og 21 var lokaliseret i den immunmodulerende region, og de andre tre LCR'er var placeret i den formodede translaterede region af MPXV-generne OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) og OPG208 (B19R). Ændringerne i gentagelsesantallet observeret i LCR3 og LCR21 fulgte det samme mønster ved at udvide den N-terminale region af en immunmodulerende åben læseramme (ORF). I betragtning af den usædvanligt lange gentagne strækning af LCR3 kan clade IIb MPXV kræve store mængder tyrosin: translationel ribonukleinsyre (tRNA) for at translatere OPG208-genet. Dette kan repræsentere en anden potentiel metode, hvorved virale tandem-gentagelsessekvenser tilpasser sig et nyt miljø ved at modulere ORF-ekspression.

Forskerne fandt ud af, at ændringerne forbundet med LCR21/OPG204 var subtile. De observerede ikke ændringer i antallet af gentagelser, men snarere i mutationer. Derfor udviste de fleste clade IIb-vira flere alternative starter efterfulgt af en lysinaminosyre, der altid var kodet af det sjældneste kodon. Det mest spændende område af variabilitet observeret i ORF involverede OPG153-genet, som er en væsentlig faktor i OPXV-transmission og virulens. For eksempel er det kernegenet, der oftest blev "tabt" under udviklingen af ​​koppevirus. LCR7-gentagelsesregionen, placeret i det centrale domæne af OPG153, koder for en ustruktureret polyasparaginsyre (poly-D) region, der er konserveret blandt OPXV'er; dens længde varierer dog meget. Interessant nok har klasse IIa MPXV-stammer et poly-D forlænget med 21 aminosyrer.

Konklusioner

Undersøgelsesresultaterne udvidede begrebet genom-harmonikaer i MPXV-evolution. Undersøgelsen viste, at LCR'er af genomet, som i øjeblikket ikke er løst i genomiske undersøgelser, kunne være afgørende for håndtering af ændringer i værtsområde eller virulens og indeholde vigtig transmissionsinformation. Derfor er der behov for at etablere en ny standardiseret tilgang til at generere og analysere de sekventeringsdata, der prioriterer disse regioner. Yderligere funktionelle undersøgelser er påtrængende nødvendige for at komplementere denne komparative genomiske undersøgelse.

*Vigtig BEMÆRK:bioRxiv udgiver foreløbige videnskabelige rapporter, der ikke er peer-reviewed og derfor ikke bør betragtes som afgørende, beregnet til at vejlede klinisk praksis/sundhedsrelateret adfærd eller behandles som etableret information.

Reference:

• 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

.