Študija pripisuje povečano prenosljivost Monkeypox Clade IIb genomskim harmonikam

Študija pripisuje povečano prenosljivost Monkeypox Clade IIb genomskim harmonikam

V nedavni študiji, objavljeni v bioRxiv * Strežnik: Raziskovalci so med 18. majem in 14. julijem 2022 izvedli genomsko študijo potrjenih primerov virusa Monkeypox (MPXV), diagnosticiranih v Španiji.

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

*Pomembna OPOMBA:bioRxiv objavlja predhodna znanstvena poročila, ki niso strokovno pregledana in se zato ne bi smela šteti za dokončna, namenjena usmerjanju klinične prakse/vedenja v zvezi z zdravjem ali jih obravnavati kot uveljavljene informacije.

ozadje

V trenutnem izbruhu je število diseminiranih prenosov MPXV ostalo dosledno nizko in zdi se, da do prenosa s osebe na osebo (PTP) pride po pojavu primarnega lokaliziranega izpuščaja. Če je slednji način odgovoren za prenos MPXV, se mora odražati tudi na genomski ravni. Do danes so bile vse genomske študije osredotočene na opisovanje evolucijske zgodovine MPXV in sledenje njegovemu vnosu v virus v zahodnih državah.

Te študije so pokazale, da se grozd MPXV 2022 razlikuje od ustreznih MPXV 2016–2019 za povprečno 50 polimorfizmov enega nukleotida (SNP), s približno 24 nesinonimnimi mutacijami, ~18 sinonimnimi mutacijami in nekaterimi medgenskimi razlikami. Mutacijsko pristranskost so pripisali predvsem delovanju katalitičnih polipeptidom podobnih 3 encimov (APOBEC3), ki urejajo mRNA apolipoproteina B. Poleg tega so opisali genetske variacije MPXV, vključno z izbrisom imunomodulatornih genov. Do sedaj je gostitelj izvajal selektiven pritisk in izguba genov, ki so v interakciji z virusom, je bila gonilo evolucije MPXV.

Retrospektivne evolucijske študije so pokazale edinstvene prilagodljive strategije MPXV; Vendar te študije niso uspele razrešiti genomskih regij s številnimi ponovitvami, zlasti regij nizke kompleksnosti (LCR). LCR niso naključno locirani v genomu in so lahko povezani s prilagoditvenimi spremembami, povezanimi z razlikami v prenosljivosti MPXV. Imajo različne stopnje kompleksnosti, kot so dinukleotidne, trinukleotidne ali bolj zapletene palindromske ponovitve. Prejšnje študije so pokazale, da genomske harmonike zagotavljajo hitro pot do prilagoditve poksvirusov med serijskim prehodom. Nujno je treba preučiti te genomske značilnosti v kontekstu evolucijske prilagoditve MPXV.

O študiju

V tej študiji so raziskovalci preučevali učinke LCR, vključno z vsemi kratkimi tandemskimi ponovitvami (STR) in homopolimernimi spremembami, v genomu MPXV. Primerjali so porazdelitev LCR med različnimi ključnimi funkcionalnimi skupinami v genomu MPXV. Poleg tega so raziskovalci ocenili obseg variacij LCR med gostitelji in med gostitelji.

Ekipa je najprej pridobila visokokakovosten genom iz nepasirane vezikularne tekočine iz primera MPXV v Španiji. Nato so uporabili konvencionalno potrjeno MPXV ugnezdeno verižno reakcijo s polimerazo (PCR), ki cilja na gen receptorja za transferin (TFN), da bi potrdili prisotnost MPXV v brisih kožnih lezij. Nato so združili tri tehnologije sekvenciranja, NovaSeq, MiSeq in nanopore sekvenciranje, da bi prebrali celoten genom.

Rezultati študije

Samo dva vzorca genoma, 353R in 349R, sta zagotovila visokokakovostne virusne meritve za primerjavo frekvenc alelov na večini območij LCR. Medtem ko LCR8 in LCR9 nista pokazala variacij, sta LCR7 in LCR10/11 pokazala pomembne variacije znotraj gostitelja in razlike v prevladujočem alelu med vzorci. Na podlagi heterozigotnosti celotnega genoma sta bili obseg in obseg variacij bistveno višji za LCR kot za SNP, enako pa se je zgodilo tudi v gostitelju.

Štirje vzorci so pripadali B.1.1, opredeljeni z aminokislinsko mutacijo v OPG094 R194H. Identificirali so en vzorec kot B.1.3, definiran z aminokislinsko mutacijo R84K, ki ustreza položaju G190.660A, preostali vzorci pa so pripadali B1 kladu IIb. Med skupino IIb so sevi B1 dosledno pokazali 16 ponovitev. Sev A.1 je bil polimorfen, sevi A.2 so pokazali 23, 25 in 26 ponovitev, medtem ko so imeli sevi starejše linije A 32, 43, 53 in 71 ponovitev. Čeprav so raziskovalci odkrili dodatne skupine med španskimi izolati, opredeljenimi z nekaterimi spremembami SNP; Epidemiološko povezavo pa so ugotovili le v enem primeru.

Ker so trenutni rezultati študije pokazali omejeno povezavo med spremembami SNP in virusno epidemiologijo, se je za ta razred virusov verjetno pojavil potencialni konvergenčni učinek, zaradi česar je bila potrebna sprememba fokusa v njihovih študijah genomske epidemiologije. Raziskovalci so identificirali 21 LCR, 13 STR in osem homopolimerov. Primerjava stopnje raznolikosti med 21 identificiranimi LCR z variabilnostjo SNP je pokazala osem regij LCR (1/4, 2, 3, 5, 6, 7, 10/11, 21) z očitnimi znaki variacije znotraj gostitelja in med vzorci.

Pet LCR je bilo kolokaliziranih v dveh regijah genoma MPXV, pri čemer so bili LCR 5, 6 in 7 v jedru genoma MPXV. LCR 3 in 21 sta bila locirana v imunomodulatorni regiji, ostali trije LCR pa so bili locirani znotraj domnevne prevedene regije MPXV genov OPG153 (A26L), OPG204 (B16R) in OPG208 (B19R). Spremembe števila ponovitev, opažene pri LCR3 in LCR21, so sledile istemu vzorcu z razširitvijo N-terminalne regije imunomodulatornega odprtega bralnega okvirja (ORF). Glede na nenavadno dolg ponavljajoč se odsek LCR3 lahko klade IIb MPXV zahteva velike količine tirozina: translacijske ribonukleinske kisline (tRNA) za prevajanje gena OPG208. To lahko predstavlja drugo potencialno metodo, s katero se virusne tandemske ponavljajoče se sekvence prilagajajo novemu okolju z moduliranjem izražanja ORF.

Raziskovalci so ugotovili, da so bile spremembe, povezane z LCR21/OPG204, subtilne. Niso opazili sprememb v številu ponovitev, temveč v mutacijah. Zato je večina virusov klade IIb pokazala več alternativnih začetkov, ki jim je sledila aminokislina lizin, ki je bila vedno kodirana z najredkejšim kodonom. Najbolj zanimivo področje variabilnosti, opaženo v ORF, je vključevalo gen OPG153, ki je bistven dejavnik pri prenosu in virulenci OPXV. Na primer, jedro gena je bilo najpogosteje "izgubljeno" med razvojem virusa črnih koz. Regija ponavljanja LCR7, ki se nahaja v osrednji domeni OPG153, kodira regijo nestrukturirane poliasparaginske kisline (poli-D), ki je ohranjena med OPXV; vendar je njegova dolžina zelo različna. Zanimivo je, da imajo sevi MPXV razreda IIa poli-D, razširjen z 21 aminokislinami.

Sklepi

Rezultati študije so razširili koncept genomskih harmonik v evoluciji MPXV. Študija je pokazala, da so lahko LCR genoma, ki trenutno niso razrešeni v genomskih študijah, ključni za obvladovanje sprememb v območju gostitelja ali virulence in vsebujejo pomembne informacije o prenosu. Zato je treba vzpostaviti nov standardiziran pristop za ustvarjanje in analizo podatkov o zaporedju, ki daje prednost tem regijam. Za dopolnitev te primerjalne genomske študije so nujno potrebne nadaljnje funkcionalne študije.

*Pomembna OPOMBA:bioRxiv objavlja predhodna znanstvena poročila, ki niso strokovno pregledana in se zato ne bi smela šteti za dokončna, namenjena usmerjanju klinične prakse/vedenja v zvezi z zdravjem ali jih obravnavati kot uveljavljene informacije.

Referenca:

• 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

.