Genomische herschikkingen in het apenpokkenvirus kunnen een teken zijn van aanpassing aan de menselijke gastheer

Genomische herschikkingen in het apenpokkenvirus kunnen een teken zijn van aanpassing aan de menselijke gastheer

In een onlangs gepubliceerde studie bioRxiv * Preprint Server onderzochten onderzoekers genomische herschikkingen in het genoom van het apenpokkenvirus (MPXV) en onderzochten of dergelijke herschikkingen een virale aanpassing aan de mens (gastheer) vertegenwoordigden.

Lernen: Mögliche Anpassung des Affenpockenvirus 2022 an den menschlichen Wirt durch Genduplikation und -verlust. Bildnachweis: Kateryna Kon/Shutterstock

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

achtergrond

Studies hebben gemeld dat pokkenvirussen langzamer evolueren in vergelijking met ribonucleïnezuur (RNA) virussen, waarbij genomische herschikkingen zoals genverlies of -winst de belangrijkste drijfveren zijn voor aanpassing aan gastheren. In 2022 heeft de MPXV-uitbraak de meeste delen van de wereld getroffen, en MPX lijkt zich in menselijke gemeenschappen te hebben gevestigd.

Over studeren

In de huidige studie beoordeelden onderzoekers de genomische verliezen en winsten van MPXV en onderzochten of deze representatief zijn voor de aanpassing van MPXV aan menselijke gastheren.

Van een totaal van 339 monsters waarvan werd bevestigd dat ze MPXV-positief waren door middel van de polymerasekettingreactie (PCR), werd de sequentie ervan bepaald door middel van volledige genoomanalyse (WGS). Het team haalde deoxyribonucleïnezuur (DNA) uit de monsters en bereidde shotgun-bibliotheken voor. Ze construeerden MPXV-genomen door de novo-assemblage en brachten ze in kaart in een referentie-eiwitsequentie. De sequenties werden uitgelijnd en alle genomen werden ingediend bij de NCBI (National Center for Biotechnology Information) GenBank-database.

Resultaten

Het team rapporteerde in 2022 vijf MPXV-uitbraakgenomen met uitgebreide genduplicaties en verliezen, waaronder duplicaties van maximaal 18.000 basenparen (bp) naar het tegenovergestelde genomische uiteinde van het linker (L) naar rechts (R) terminale inverted repeats (ITR) gebied en verwijderingen van insertieplaatsen tot 16.000 bp als een waarschijnlijke aanpassing aan de menselijke gastheer.

De L-naar-R-duplicaties werden ook gevonden in een clade I MPXV-genoom uit 2005 en in een genoom van de huidige multinationale MPXV-uitbraak in 2022. Daarnaast werden de R-naar-L-eindduplicaties gedetecteerd met het MPXV/Duitsland/2022/RKI339-genoom. Het MPXV/Duitsland/2022/RKI338-genoom vertoonde een deletie van 2.309 bp op dezelfde locatie stroomafwaarts van de L ITR, maar zonder een insertie.

Tussen 1958 en 2018 werden identieke duplicaties waargenomen in 20 MPXV-genomen van clade II. Het MPXV/Duitsland/2022/RKI335-genoom vertoonde duplicaties van het gebied stroomafwaarts van de L ITR, inclusief de MPXVgp-005- en -007-genen, naar het gelokaliseerde gebied boven de R ITR tussen de MPXVgp-182 en -188. genen, resulterend in MPXVgp-184 en -187 afknotting en volledige verwijdering van MPXVgp185 en MPXVgp186.

De duplicatiegrootte (2921 basenparen) naar het R-terminale gebied en de deletie van 8893 bp resulteerden in de vorming van een totaal genoom van 191176 bp met een uitbreiding van het ITR-gebied tussen 6400 bp en 9398 bp. Identieke deletie en duplicaties werden waargenomen in het MPXV/Duitsland/2022/RKI336-genoom met MPXVgp-005 tot -008 genduplicatie en insertie tussen MPXVgp-177 en -188 aan het R-uiteinde, met MPXVgp187-afknotting en volledige MPXVgp-178 tot -186 gen-deletie.

Een duplicatie van 4040 bp en een deletie van 15303 bp resulteerden in de vorming van een 185852 bp lang genoom met 10460 bp ITR's. Het MPXV/Duitsland/2022/RKI337-genoom vertoonde een identiek deletie- en duplicatiepatroon met de grootste 5282 bp lange duplicaties [MPXVgp-005 tot -010 (verkort)] richting het R-terminale gebied met de grootste deletie van 16926 bp [MPXVgp-176 tot -187 (verkort)]. De lengte van het MPXV/Duitsland/2022/RKI337-genoom was 185251 bp met 11641 basenparen ITR's.

Het MPXV Sudan 2005-genoom vertoonde een duplicatie van 10550 basenparen in dezelfde regio na de L-naar-R ITR en een deletie van 2108 bp. De duplicatie in het E-ChVir28389-genoom vertoonde een duplicatie van 858 bp van de L-naar-R ITR en een deletie van 2048 bp. Bovendien werden R-naar-L-eindduplicaties waargenomen voor het MPXV/Duitsland/2022/RKI339-genoom, dat een duplicatie had van 18214 bp [genen MPXVgp174 (verkort) tot 187 (verkort)] naar het L-terminale gebied, resulterend in MPXVgp-005 tot -010 gendeleties van 6701 basenparen.

De lengte van het genoom nam toe tot 208804 bp met 24695 bp uitgebreide ITR's. Alle L-naar-R-duplicaties bevatten ≥1 van de MPXVgp-005 tot -014-genen met deletie van ≥1 MPXVgp-175 tot -187-genen of omgekeerd voor R-naar-L-duplicaties. Verwijderde genen correleerden met verlies van antigene signalering of voortdurende evolutionaire persistentie door ziekteverzwakking.

Daarentegen kunnen verworven genen de immuunontduiking van de verdedigingsreacties van de gastheer bevorderen. MPXVgp-006 is een epidermaal groeifactorachtig eiwit met homologie met het C11R-gen van het vacciniavirus, en celkweekexperimenten hebben aangetoond dat C11R de activering van nucleaire factor kappa B (NF-KB) vermindert. Andere gedupliceerde genen waren MPXVgp-008 (zinkvingereiwit, remming van apoptose), MPXVgp-009 [interleukine (IL)-18 functionele remmer] en MPXVgp010 (afgekort ankyrine of gastheerreekseiwit).

Bovendien veroorzaakten alle duplicaties van L naar R deleties van ten minste MPXVgp-184 (ingekort) tot -187 (ingekort), en MPXVgp-184.186 vertoonde geen orthopoxvirushomologie. MPXVgp-185 vertoonde homologie met het B22R-gen van vaccinia, dat homoloog is met serineproteaseremmers. Er is gedocumenteerd dat de deletie van B22R de virulentie en replicatie van het vacciniavirus vermindert.

Voor de genen MPXV/Duitsland/2022/RKI337 en MPXV/Duitsland/2022/RKI336 werden MPXVgp180 (B19R) en MPXV182 (B21R) verder verwijderd en geïdentificeerd als kandidaten voor potentieel belangrijke MPXV-virulentiegenen. De derde kandidaat D10L (MPXVgp013) en de genen B19R en B21R werden gedupliceerd in het MPXV/Duitsland/2022/RKI339-genoom, en de vierde werd gedupliceerd in het Sudan KC257459 MPXV-genoom.

Diploma

Over het geheel genomen benadrukten de onderzoeksresultaten genduplicaties en verliezen als waarschijnlijke mechanismen van de huidige MPXV-uitbraak in 2022 voor gastheeraanpassing en onderstreepten ze de noodzaak van voortgezette inspanningen voor surveillance van het MPXV-genoom in plaats van of in combinatie met voortdurende niet-synonieme surveillance van MPXV-mutaties.

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

Referentie:

• Vorläufiger wissenschaftlicher Bericht.
  Mögliche Anpassung des Affenpockenvirus 2022 an den menschlichen Wirt durch Genduplikation und -verlust. Annika Brinkmannet al. bioRxiv. doi: https://doi.org/10.1101/2022.10.21.512875 https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.10.21.512875v1

.