De studie schrijft een verhoogde overdraagbaarheid van Monkeypox Clade IIb toe aan genomische accordeons

De studie schrijft een verhoogde overdraagbaarheid van Monkeypox Clade IIb toe aan genomische accordeons

Uit een recente studie gepubliceerd in bioRxiv * Server: Onderzoekers voerden een genomisch onderzoek uit naar bevestigde gevallen van het Monkeypox-virus (MPXV), gediagnosticeerd in Spanje tussen 18 mei en 14 juli 2022.

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

*Belangrijke OPMERKING:bioRxiv publiceert voorlopige wetenschappelijke rapporten die niet door vakgenoten zijn beoordeeld en daarom niet als overtuigend mogen worden beschouwd, niet bedoeld zijn als leidraad voor de klinische praktijk/gezondheidsgerelateerd gedrag, of moeten worden behandeld als gevestigde informatie.

achtergrond

Bij de huidige uitbraak is het aantal verspreide MPXV-overdrachten consistent laag gebleven, en overdracht van persoon tot persoon (PTP) lijkt plaats te vinden nadat een primaire gelokaliseerde huiduitslag optreedt. Als de laatste modus verantwoordelijk is voor de transmissie van MPXV, zou dit ook op genomisch niveau tot uiting moeten komen. Tot nu toe hebben alle genomische onderzoeken zich geconcentreerd op het beschrijven van de evolutionaire geschiedenis van MPXV en het volgen van de introductie ervan in het virus in westerse landen.

Uit deze onderzoeken is gebleken dat de MPXV-cluster uit 2022 afwijkt van de overeenkomstige MPXV's uit 2016-2019 met gemiddeld 50 single nucleotide polymorphisms (SNP's), met ongeveer 24 niet-synonieme mutaties, ~18 synonieme mutaties en enkele intergene verschillen. Ze schreven de mutatiebias voornamelijk toe aan de werking van apolipoproteïne B mRNA-editerende katalytische polypeptide-achtige 3-enzymen (APOBEC3). Bovendien beschreven ze genetische variaties van MPXV, waaronder deletie van immuunmodulerende genen. Tot nu toe oefende de gastheer selectieve druk uit, en het verlies van genen die interageren met het virus was de drijvende kracht achter de MPXV-evolutie.

Retrospectieve evolutionaire studies hebben de unieke adaptieve strategieën van MPXV aangetoond; Deze onderzoeken slaagden er echter niet in om genomische regio's met veel herhalingen op te lossen, met name de regio's met lage complexiteit (LCR's). LCR's bevinden zich niet willekeurig in het genoom en kunnen geassocieerd zijn met adaptieve veranderingen die verband houden met verschillen in de overdraagbaarheid van MPXV. Ze hebben verschillende niveaus van complexiteit, zoals dinucleotide, trinucleotide of complexere palindroomherhalingen. Eerdere studies hebben aangetoond dat genomische accordeons een snelle route bieden voor aanpassing van pokkenvirussen tijdens seriële passage. Er is een dringende behoefte om deze genomische kenmerken te onderzoeken in de context van evolutionaire aanpassing aan MPXV.

Over de studie

In de huidige studie onderzochten onderzoekers de effecten van LCR's, inclusief alle korte tandemherhalingen (STR's) en homopolymeerveranderingen, in het MPXV-genoom. Ze vergeleken de verdeling van LCR's tussen verschillende belangrijke functionele groepen in het MPXV-genoom. Bovendien beoordeelden de onderzoekers de omvang van intra-host- en inter-host-variaties in LCR.

Het team verkreeg eerst een hoogwaardig genoom uit een niet-doorgelaten blaasjesvloeistof uit een MPXV-geval in Spanje. Vervolgens gebruikten ze een conventionele gevalideerde MPXV-geneste polymerasekettingreactie (PCR), gericht op het transferrine (TFN)-receptorgen, om de aanwezigheid van MPXV in uitstrijkjes van huidlaesies te bevestigen. Vervolgens combineerden ze drie sequencing-technologieën, NovaSeq, MiSeq en nanopore sequencing, om het volledige genoom te lezen.

Studieresultaten

Slechts twee genoommonsters, 353R en 349R, leverden virale metingen van hoge kwaliteit voor vergelijking van allelfrequenties in de meeste LCR-gebieden. Terwijl LCR8 en LCR9 geen variatie vertoonden, vertoonden LCR7 en LCR10/11 significante variatie binnen de gastheer en verschillen in het overheersende allel tussen monsters. Gebaseerd op heterozygotie van het hele genoom, waren de omvang en omvang van variaties significant hoger voor LCR dan voor SNP's, en hetzelfde gebeurde ook binnen de gastheer.

Vier monsters behoorden tot B.1.1, gedefinieerd door een aminozuurmutatie in OPG094 R194H. Ze identificeerden één monster als B.1.3, gedefinieerd door de aminozuurmutatie R84K, overeenkomend met positie G190.660A, en de overige monsters behoorden tot B1-clade IIb. Onder groep IIb vertoonden de BI-stammen consistent 16 herhalingen. De A.1-stam was polymorf, A.2-stammen vertoonden 23, 25 en 26 herhalingen, terwijl oudere lijn A-stammen 32, 43, 53 en 71 herhalingen hadden. Hoewel de onderzoekers aanvullende clusters ontdekten onder de Spaanse isolaten, gedefinieerd door enkele SNP-veranderingen; Ze vonden echter slechts in één geval een epidemiologisch verband.

Omdat de huidige onderzoeksresultaten een beperkte associatie aantoonden tussen SNP-veranderingen en virale epidemiologie, heeft zich waarschijnlijk een potentieel convergentie-effect voor deze klasse virussen voorgedaan, wat een verandering in de focus in hun genomische epidemiologische onderzoeken noodzakelijk maakte. De onderzoekers identificeerden 21 LCR's, 13 STR's en acht homopolymeren. Vergelijking van het diversiteitsniveau tussen de 21 geïdentificeerde LCR's met SNP-variabiliteit onthulde acht LCR-regio's (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) met duidelijke tekenen van variatie binnen de gastheer en tussen monsters.

Vijf LCR's werden gecolokaliseerd in twee regio's van het MPXV-genoom, waarbij LCR's 5, 6 en 7 zich in de kern van het MPXV-genoom bevonden. LCR's 3 en 21 bevonden zich in het immuunmodulerende gebied, en de andere drie LCR's bevonden zich in het vermeende getranslateerde gebied van de MPXV-genen OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) en OPG208 (B19R). De veranderingen in het aantal herhalingen waargenomen in LCR3 en LCR21 volgden hetzelfde patroon door het N-terminale gebied van een immunomodulerend open leesframe (ORF) uit te breiden. Gezien het ongewoon lange repetitieve traject van LCR3, kan clade IIb MPXV grote hoeveelheden tyrosine nodig hebben: translationeel ribonucleïnezuur (tRNA) om het OPG208-gen te vertalen. Dit kan een andere potentiële methode vertegenwoordigen waarmee virale tandemherhalingssequenties zich aanpassen aan een nieuwe omgeving door ORF-expressie te moduleren.

De onderzoekers ontdekten dat de veranderingen die verband houden met LCR21/OPG204 subtiel waren. Ze observeerden geen veranderingen in het aantal herhalingen, maar eerder in mutaties. Daarom vertoonden de meeste clade IIb-virussen meerdere alternatieve starts gevolgd door een lysine-aminozuur dat altijd werd gecodeerd door het zeldzaamste codon. Het meest intrigerende gebied van variabiliteit dat in het ORF werd waargenomen, betrof het OPG153-gen, dat een essentiële factor is bij de transmissie en virulentie van OPXV. Het is bijvoorbeeld het kerngen dat het vaakst ‘verloren’ ging tijdens de evolutie van het pokkenvirus. Het LCR7-herhalingsgebied, gelokaliseerd in het centrale domein van OPG153, codeert voor een ongestructureerd polyasparaginezuur (poly-D) gebied dat geconserveerd is onder OPXV's; de lengte varieert echter sterk. Interessant genoeg hebben klasse IIa MPXV-stammen een poly-D verlengd met 21 aminozuren.

Conclusies

De onderzoeksresultaten breidden het concept van genoomaccordeons in de MPXV-evolutie uit. De studie toonde aan dat LCR's van het genoom, die momenteel nog niet zijn opgelost in genomische studies, cruciaal kunnen zijn voor het beheersen van veranderingen in het gastheerbereik of de virulentie en belangrijke transmissie-informatie kunnen bevatten. Daarom is er behoefte aan een nieuwe gestandaardiseerde aanpak voor het genereren en analyseren van de sequentiegegevens die prioriteit geven aan deze regio's. Verdere functionele studies zijn dringend nodig om deze vergelijkende genomische studie aan te vullen.

*Belangrijke OPMERKING:bioRxiv publiceert voorlopige wetenschappelijke rapporten die niet door vakgenoten zijn beoordeeld en daarom niet als overtuigend mogen worden beschouwd, niet bedoeld zijn als leidraad voor de klinische praktijk/gezondheidsgerelateerd gedrag, of moeten worden behandeld als gevestigde informatie.

Referentie:

• 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

.