Przegrupowania genomowe wirusa ospy małpiej mogą być oznaką adaptacji do ludzkiego żywiciela

Przegrupowania genomowe wirusa ospy małpiej mogą być oznaką adaptacji do ludzkiego żywiciela

W niedawno opublikowanym badaniu bioRxiv * Preprint Server badacze zbadali rearanżacje genomowe w genomie wirusa ospy małpiej (MPXV) i sprawdzili, czy takie rearanżacje reprezentują wirusową adaptację do człowieka (żywiciela).

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

*Ważna UWAGA:bioRxiv publikuje wstępne raporty naukowe, które nie zostały poddane recenzji naukowej i dlatego nie należy ich uważać za rozstrzygające, stanowiące wytyczne dla praktyki klinicznej/zachowań zdrowotnych ani traktowane jako ustalone informacje.

tło

Badania wykazały, że wirusy ospy ewoluują wolniej w porównaniu z wirusami kwasu rybonukleinowego (RNA), przy czym rearanżacje genomowe, takie jak utrata lub zysk genów, są głównymi czynnikami powodującymi adaptację do żywicieli. W 2022 r. epidemia MPXV dotknęła większość części świata i wydaje się, że MPX zadomowiło się w społecznościach ludzkich.

O studiowaniu

W niniejszym badaniu naukowcy ocenili straty i zyski genomu MPXV i sprawdzili, czy są one reprezentatywne dla adaptacji MPXV do ludzkich żywicieli.

W sumie 339 próbek, które potwierdzono jako pozytywne w stosunku do MPXV metodą łańcuchowej reakcji polimerazy (PCR), zsekwencjonowano za pomocą analizy całego genomu (WGS). Zespół wyodrębnił kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) z próbek i przygotował biblioteki strzelb. Skonstruowali genomy MPXV poprzez składanie de novo i zmapowali je na referencyjną sekwencję białka. Sekwencje dopasowano, a wszystkie genomy przesłano do bazy danych GenBank NCBI (Krajowe Centrum Informacji Biotechnologicznej).

Wyniki

Zespół zgłosił pięć genomów epidemii MPXV w 2022 r. z rozległymi duplikacjami i stratami genów, w tym duplikacjami do 18 000 par zasad (bp) na przeciwległy koniec genomu od lewego (L) do prawego (R) regionu odwróconych powtórzeń końcowych (ITR) oraz delecje w miejscu insercji do 16 000 bp jako prawdopodobną adaptację do ludzkiego żywiciela.

Duplikacje od L do R wykryto także w genomie MPXV kladu I z 2005 r. oraz w genomie z obecnej międzynarodowej epidemii MPXV w 2022 r. Ponadto wykryto duplikacje końca R do L w genomie MPXV/Germany/2022/RKI339. Genom MPXV/Germany/2022/RKI338 wykazał delecję 2309 bp w tym samym miejscu poniżej L ITR, ale bez insercji.

Identyczne duplikacje zaobserwowano w 20 genomach MPXV kladu II w latach 1958–2018. Genom MPXV/Niemcy/2022/RKI335 wykazywał duplikacje z regionu poniżej L ITR, w tym genów MPXVgp-005 i -007, do zlokalizowanego regionu powyżej R ITR między MPXVgp-182 i -188 geny, w wyniku Obcięcie MPXVgp-184 i -187 oraz całkowite usunięcie MPXVgp185 i MPXVgp186.

Wielkość duplikacji (2921 par zasad) w regionie R-końcowym i delecja 8893 bp spowodowały utworzenie całkowitego genomu o długości 191176 bp z rozszerzeniem regionu ITR pomiędzy 6400 bp a 9398 bp. Identyczne delecje i duplikacje zaobserwowano w genomie MPXV/Germany/2022/RKI336 z duplikacją genu MPXVgp-005 do -008 i insercją pomiędzy MPXVgp-177 i -188 na końcu R, ze skróceniem MPXVgp187 i całkowitą delecją genu MPXVgp-178 do -186.

Duplikacja 4040 bp i delecja 15303 bp spowodowały utworzenie genomu o długości 185852 bp z ITR o długości 10460 bp. Genom MPXV/Germany/2022/RKI337 wykazywał identyczny wzór delecji i duplikacji z największymi duplikacjami o długości 5282 bp [MPXVgp-005 do -010 (skrócone)] w kierunku regionu R-końcowego z największą delecją 16926 bp [MPXVgp-176 do -187 (skrócone)]. Długość genomu MPXV/Germany/2022/RKI337 wynosiła 185251 pz z 11641 parami zasad ITR.

Genom MPXV Sudan 2005 wykazywał duplikację 10550 par zasad w tym samym regionie po ITR od L do R i delecję 2108 bp. Duplikacja w genomie E-ChVir28389 wykazała duplikację 858 bp z ITR od L do R i delecję 2048 bp. Ponadto zaobserwowano duplikacje końca R do L dla genomu MPXV/Germany/2022/RKI339, który miał duplikację 18214 bp [geny MPXVgp174 (skrócone) do 187 (skrócone)] do regionu L-końcowego, co skutkowało delecją genu MPXVgp-005 do -010 w 6701 parach zasad prowadzi.

Długość genomu wzrosła do 208804 pz przy rozszerzonych ITR o długości 24695 pz. Wszystkie duplikacje L do R zawierały ≥1 genów MPXVgp-005 do -014 z delecją ≥1 genów MPXVgp-175 do -187 i odwrotnie w przypadku duplikacji R do L. Usunięte geny korelowały z utratą sygnalizacji antygenowej lub ciągłą trwałością ewolucyjną poprzez osłabienie choroby.

Natomiast nabyte geny mogą sprzyjać unikaniu reakcji obronnych gospodarza. MPXVgp-006 jest białkiem podobnym do naskórkowego czynnika wzrostu, homologicznym z genem C11R wirusa krowianki, a eksperymenty na hodowlach komórkowych wykazały, że C11R zmniejsza aktywację czynnika jądrowego kappa B (NF-κB). Inne zduplikowane geny to MPXVgp-008 (białko palca cynkowego, hamowanie apoptozy), MPXVgp-009 [inhibitor funkcjonalny interleukiny (IL)-18] i MPXVgp010 (w skrócie ankyryna lub białko zakresu gospodarza).

Co więcej, wszystkie duplikacje L do R powodowały delecje co najmniej MPXVgp-184 (skrócony) do -187 (skrócony), a MPXVgp-184,186 nie wykazywał homologii z ortopokswirusem. MPXVgp-185 wykazywał homologię z genem krowianki B22R, który jest homologiczny z inhibitorami proteazy serynowej. Udokumentowano, że delecja B22R zmniejsza zjadliwość i replikację wirusa krowianki.

W przypadku genów MPXV/Germany/2022/RKI337 i MPXV/Germany/2022/RKI336, MPXVgp180 (B19R) i MPXV182 (B21R) usunięto i zidentyfikowano jako kandydatów na potencjalnie ważne geny zjadliwości MPXV. Trzeci kandydat D10L (MPXVgp013) oraz geny B19R i B21R zostały zduplikowane w genomie MPXV/Germany/2022/RKI339, a czwarty został zduplikowany w genomie Sudan KC257459 MPXV.

Dyplom

Ogólnie rzecz biorąc, wyniki badania uwydatniły duplikacje i straty genów jako prawdopodobne mechanizmy obecnej epidemii MPXV w 2022 r. w zakresie adaptacji żywiciela i podkreśliły potrzebę kontynuowania wysiłków w zakresie nadzoru końca genomu MPXV zamiast lub w połączeniu z ciągłym nadzorem niesynonimicznych mutacji MPXV.

*Ważna UWAGA:bioRxiv publikuje wstępne raporty naukowe, które nie zostały poddane recenzji naukowej i dlatego nie należy ich uważać za rozstrzygające, stanowiące wytyczne dla praktyki klinicznej/zachowań zdrowotnych ani traktowane jako ustalone informacje.

Odniesienie:

• 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

.