Štúdia pripisuje zvýšenú prenosnosť Monkeypox Clade IIb na genómové akordeóny

Štúdia pripisuje zvýšenú prenosnosť Monkeypox Clade IIb na genómové akordeóny

V nedávnej štúdii publikovanej v bioRxiv * Server: Výskumníci vykonali genomickú štúdiu potvrdených prípadov vírusu Monkeypox (MPXV) diagnostikovaných v Španielsku medzi 18. májom a 14. júlom 2022.

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

*Dôležitá POZNÁMKA:bioRxiv publikuje predbežné vedecké správy, ktoré nie sú recenzované odborníkmi, a preto by sa nemali považovať za presvedčivé, určené na usmernenie klinickej praxe/správania súvisiaceho so zdravím, alebo by sa s nimi nemalo zaobchádzať ako s overenými informáciami.

pozadia

V súčasnej epidémii zostáva počet šírených prenosov MPXV trvalo nízky a zdá sa, že prenos z človeka na človeka (PTP) nastáva po objavení sa primárnej lokalizovanej vyrážky. Ak je druhý režim zodpovedný za prenos MPXV, malo by sa to prejaviť aj na genómovej úrovni. Doteraz sa všetky genomické štúdie zameriavali na opis evolučnej histórie MPXV a sledovanie jeho zavedenia do vírusu v západných krajinách.

Tieto štúdie odhalili, že klaster 2022 MPXV sa líši od zodpovedajúcich MPXV 2016-2019 v priemere o 50 jednonukleotidových polymorfizmov (SNP), s približne 24 nesynonymnými mutáciami, ~18 synonymnými mutáciami a niektorými intergénnymi rozdielmi. Mutačné skreslenie pripisovali hlavne pôsobeniu enzýmov 3 katalytických mRNA upravujúcich mRNA (APOBEC3) (APOBEC3). Okrem toho opísali genetické variácie MPXV vrátane delécie imunomodulačných génov. Doteraz hostiteľ vyvíjal selektívny tlak a strata génov, ktoré interagujú s vírusom, bola hnacou silou evolúcie MPXV.

Retrospektívne evolučné štúdie preukázali jedinečné adaptívne stratégie MPXV; Tieto štúdie však nedokázali vyriešiť genómové oblasti s mnohými opakovaniami, najmä oblasti s nízkou komplexnosťou (LCR). LCR nie sú náhodne umiestnené v genóme a môžu byť spojené s adaptívnymi zmenami súvisiacimi s rozdielmi v prenosnosti MPXV. Majú rôzne úrovne zložitosti, ako sú dinukleotidové, trinukleotidové alebo zložitejšie palindromické opakovania. Predchádzajúce štúdie ukázali, že genómové akordeóny poskytujú rýchlu cestu k adaptácii poxvírusov počas sériového pasážovania. Existuje naliehavá potreba preskúmať tieto genómové vlastnosti v kontexte evolučnej adaptácie MPXV.

O štúdiu

V tejto štúdii výskumníci skúmali účinky LCR, vrátane všetkých krátkych tandemových opakovaní (STR) a zmien homopolymérov v genóme MPXV. Porovnali distribúciu LCR medzi rôznymi kľúčovými funkčnými skupinami v genóme MPXV. Okrem toho výskumníci hodnotili rozsah variácií medzi hostiteľmi a medzi hostiteľmi v LCR.

Tím najprv získal vysoko kvalitný genóm z neprepustenej vezikulárnej tekutiny z prípadu MPXV v Španielsku. Potom použili konvenčnú validovanú MPXV nested polymerázovú reťazovú reakciu (PCR) zameranú na gén transferínového (TFN) receptora na potvrdenie prítomnosti MPXV vo výteroch z kožných lézií. Ďalej skombinovali tri sekvenčné technológie, NovaSeq, MiSeq a sekvenovanie nanopórov, aby prečítali celý genóm.

Výsledky štúdie

Iba dve vzorky genómu, 353R a 349R, poskytli vysokokvalitné vírusové merania na porovnanie frekvencií alel vo väčšine oblastí LCR. Zatiaľ čo LCR8 a LCR9 nevykazovali žiadnu variáciu, LCR7 a LCR10/11 vykazovali významné variácie v rámci hostiteľa a rozdiely v prevládajúcej alele medzi vzorkami. Na základe heterozygotnosti celého genómu bola veľkosť a veľkosť variácií významne vyššia pre LCR ako pre SNP a to isté sa vyskytlo aj v hostiteľovi.

Štyri vzorky patrili do B.1.1, definovaného aminokyselinovou mutáciou v OPG094 R194H. Jednu vzorku identifikovali ako B.1.3, definovanú aminokyselinovou mutáciou R84K, zodpovedajúcu pozícii G190.660A, a zvyšné vzorky patrili do B1 kladu IIb. V skupine IIb kmene B1 konzistentne vykazovali 16 opakovaní. Kmeň A.1 bol polymorfný, kmene A.2 vykazovali 23, 25 a 26 opakovaní, zatiaľ čo staršie kmene línie A mali 32, 43, 53 a 71 opakovaní. Hoci výskumníci objavili ďalšie zhluky medzi španielskymi izolátmi definovanými niektorými zmenami SNP; Epidemiologickú súvislosť však zistili len v jednom prípade.

Keďže výsledky súčasnej štúdie ukázali obmedzenú súvislosť medzi zmenami SNP a vírusovou epidemiológiou, pravdepodobne došlo k potenciálnemu konvergenčnému účinku pre túto triedu vírusov, čo si vyžaduje zmenu zamerania v štúdiách genómovej epidemiológie. Výskumníci identifikovali 21 LCR, 13 STR a osem homopolymérov. Porovnanie úrovne diverzity medzi 21 identifikovanými LCR s variabilitou SNP odhalilo osem oblastí LCR (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) so zjavnými znakmi variácií v rámci hostiteľa a medzi vzorkami.

Päť LCR bolo kolokalizovaných v dvoch oblastiach genómu MPXV, pričom LCR 5, 6 a 7 sa nachádzali v jadre genómu MPXV. LCR 3 a 21 boli lokalizované v imunomodulačnej oblasti a ďalšie tri LCR boli lokalizované v predpokladanej translatovanej oblasti MPXV génov OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) a OPG208 (B19R). Zmeny v počte opakovaní pozorované v LCR3 a LCR21 sledovali rovnaký vzor rozšírením N-koncovej oblasti imunomodulačného otvoreného čítacieho rámca (ORF). Vzhľadom na nezvyčajne dlhý opakujúci sa úsek LCR3 môže klad IIb MPXV vyžadovať veľké množstvo tyrozínu: translačnej ribonukleovej kyseliny (tRNA) na transláciu génu OPG208. To môže predstavovať ďalší potenciálny spôsob, ktorým sa vírusové tandemové repetujúce sekvencie prispôsobujú novému prostrediu moduláciou expresie ORF.

Výskumníci zistili, že zmeny spojené s LCR21/OPG204 boli jemné. Nepozorovali zmeny v počte opakovaní, ale skôr v mutáciách. Preto väčšina vírusov kladu IIb vykazovala viacero alternatívnych štartov, po ktorých nasledovala lyzínová aminokyselina, ktorá bola vždy kódovaná najvzácnejším kodónom. Najzaujímavejšia oblasť variability pozorovaná v ORF zahŕňala gén OPG153, ktorý je základným faktorom prenosu OPXV a virulencie. Napríklad je to hlavný gén, ktorý sa najčastejšie „stratil“ počas evolúcie vírusu kiahní. Opakovaná oblasť LCR7, lokalizovaná v centrálnej doméne OPG153, kóduje oblasť neštruktúrovanej kyseliny polyasparágovej (poly-D), ktorá je medzi OPXV konzervovaná; jeho dĺžka sa však značne líši. Je zaujímavé, že kmene MPXV triedy IIa majú poly-D rozšírené o 21 aminokyselín.

Závery

Výsledky štúdie rozšírili koncept genómových akordeónov v evolúcii MPXV. Štúdia ukázala, že LCR genómu, v súčasnosti nevyriešené v genómových štúdiách, by mohli byť kľúčové pre riadenie zmien v rozsahu hostiteľov alebo virulencie a obsahovať dôležité informácie o prenose. Preto je potrebné vytvoriť nový štandardizovaný prístup na generovanie a analýzu sekvenčných údajov, ktoré uprednostňujú tieto regióny. Na doplnenie tejto porovnávacej genómovej štúdie sú naliehavo potrebné ďalšie funkčné štúdie.

*Dôležitá POZNÁMKA:bioRxiv publikuje predbežné vedecké správy, ktoré nie sú recenzované odborníkmi, a preto by sa nemali považovať za presvedčivé, určené na usmernenie klinickej praxe/správania súvisiaceho so zdravím, alebo by sa s nimi nemalo zaobchádzať ako s overenými informáciami.

Referencia:

• 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

.