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Virale Gesamtgenomstudie in den Vereinigten Staaten identifiziert ORF-unterbrechende Mutationen im Affenpockenvirus


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In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Virenverwendeten Forscher die Sequenzierung des gesamten Genoms, um Affenpockenvirusproben aus Washington und Ohio in den Vereinigten Staaten zu bewerten, und identifizierten 25 Proben mit Mutationen, die den offenen Leserahmen (ORF) stören.

Studie: ORF-Interrupting Mutations in Monkeypox Virus Genomes from Washington and Ohio, 2022. Bildnachweis: FOTOGRIN/Shutterstock
Lernen: ORF-unterbrechende Mutationen in Affenpockenvirusgenomen aus Washington und Ohio, 2022. Bildnachweis: FOTOGRIN/Shutterstock

Hintergrund

Anfang 2022 wurden Affenpockenausbrüche aus Gebieten außerhalb der Endemiegebiete West- und Zentralafrikas gemeldet. Der ätiologische Erreger von Affenpocken ist das Affenpockenvirus (MPXV), ein doppelsträngiges Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Virus der Gattung Orthopoxvirus, das zur Familie der Poxviridae gehört. Das Affenpockenvirus hat ein Genom von 197 Kilobasenpaaren (kb), das für etwa 190 Gene kodiert.

Die mit der viralen Replikation verbundenen Gene sind hoch konserviert, aber die terminalen Regionen codieren größtenteils Proteine, die das Immunsystem des Wirts modulieren und unter Selektionsdruck stehen. Das Verständnis der Affenpockenvirus-Mutationen und -Änderungen in zuvor verwendeten Zielregionen wird die Diagnose- und Therapieoptionen verbessern und dazu beitragen, den aktuellen Ausbruch der Affenpocken einzudämmen.

Über das Studium

Die vorliegende Studie extrahierte die DNA aus Läsionsabstrichproben und führte eine Sequenzierung des gesamten Genoms durch, um Mutationen zu identifizieren. Eine Sequenz des Referenzstamms (MA001) wurde verwendet, um genomische Positionen zu kartieren. Deletionen wurden unter Verwendung von Polymerase-Kettenreaktion (PCR) mit Primern bestätigt, die so gestaltet sind, dass sie die Regionen flankieren, die die Deletionen enthalten.

Zusätzlich wurde eine Tröpfchen-Digital-PCR durchgeführt, um die Kopienzahl zu bestimmen, da die Deletionen die invertierten terminalen Wiederholungen enthielten. Die Primersätze amplifizierten das MPXVgp004/MPXVgp188-Gen, das sowohl in den invertierten terminalen Wiederholungsregionen vorhanden ist, als auch einen Teil des F3L-Gens, der nicht in den invertierten terminalen Wiederholungsregionen gefunden wird.

Ergebnisse

Die Ergebnisse zeigten 25 klinische Proben mit 11 verschiedenen ORF-unterbrechenden Mutationen. Zwanzig Proben enthielten unsinnige Mutationen in sechs verschiedenen Genen, und andere Mutationen umfassten eine Frameshift-Mutation, eine Insertion und drei große Deletionen.

Zehn Proben, darunter Proben aus Washington und Ohio, wiesen identische Nonsens-Mutationen in den MPXVgp004/MPXVgp188-ORFs auf, die in den 5′- und 3′-invertierten terminalen Wiederholungen gefunden wurden. Drei Proben zeigten auch Nonsense-Mutationen in einem ORF, der für ein Protein kodiert, das die Immunantwort des Wirts abschwächt. Eine unsinnige Mutation in dem Gen, das für das Protein Thymidylatkinase kodiert, führte zu einem nicht funktionsfähigen Protein. Im Gegensatz dazu wurden andere Nonsense-Mutationen in ORFs und einer C-Terminus-Region von Proteinen gefunden, deren Funktionen unbekannt bleiben.

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In einer der Ohio-Proben zeigte der ORF des MPXVgp135-Gens, das eine DNA-abhängige Ribonukleinsäure (RNA)-Polymerase-Untereinheit codiert, auch eine Insertion, bei der ein zusätzliches Adenin in das Adenin-Homopolymer eingefügt wurde, was zu einer Frameshift-Mutation führte.

In einer anderen Probe aus Ohio verursachte eine Deletion von Cytosin an der 11764. Position in Bezug auf MA001 eine Frameshift-Mutation im MPXVgp010-Gen, die zu einer neuen C-Terminus-Region mit 48 Aminosäuren führte. Dieselbe Probe enthielt auch eine nicht-synonyme Mutation, die das Methionin an Position 324 durch Isoleucin ersetzte. Darüber hinaus führte eine Deletion von 913 Basenpaaren (bp) im MPXVgp010-Gen in einer der Washington-Proben auch zu einer neuen C-Terminus-Region.

Zwei weitere große Deletionen von 4205 bp und 6881 bp wurden in Proben aus Ohio bzw. Washington gefunden. Die 4205-bp-Deletion entfernte das MPXVgp011-ORF-Startcodon und die MPXVgp012-, MPXVgp013- und MPXVgp014-Regionen, die Typ-I-Interferon-antagonistische Proteine ​​codieren. Die Deletion erzeugte auch einen neuen C-Terminus-Rest im MPXVgp015-Gen. Die 6881-bp-Deletion eliminierte die MPXVgp184- bis MPXVgp188-Regionen und eine 3′-Region des MPXVgp182/B21R-Gens, was zu einem verkürzten ORF führte.

Darüber hinaus untersuchten die Autoren die Funktionen einiger der deletierten Gene anhand der veröffentlichten Literatur und der Pfam-Datenbank (Proteinfamilien) und stellten fest, dass MPXVgp184 ein Apoptose-Inhibitor war. Das MPXVgp187-Gen war an der Hemmung der Immunantwort des Wirts beteiligt, indem es ein multiples Histokompatibilitätskomplex-I-ähnliches Protein sezernierte, das an die natürliche Killergruppe 2, Mitglied D (NKG2D), bindet und verhindert, dass natürliche Killerzellen an infizierte Zellliganden binden.

Darüber hinaus enthielt die deletierte Region des MPXVgp182/B21R Epitope, die für die Serodiagnostik bestimmt waren, was darauf hindeutet, dass die Deletion ein Ergebnis des Schnittdrucks zur Immunevasion war.

Die phylogenetische Analyse ergab, dass alle MPXV-Varianten mit diesen dokumentierten Mutationen zur B.1-Linie gehörten, die während des Ausbruchs 2022 auftauchte, und keine mehrfache Einführung unterschiedlicher Stämme darstellten. Die Ergebnisse zeigten auch, dass alle Stämme mit der Nonsense-Mutation im MPXVgp004/MPXVgp188-Gen zur B.1.8-Linie gehörten und die Mutationen fixiert und übertragbar zu sein scheinen.

Schlussfolgerungen

Insgesamt zeigten die Ergebnisse, dass die meisten Mutationen im MPXV-Genom in den invertierten terminalen Wiederholungsregionen und Regionen auftraten, die für Proteine ​​kodieren, die den Wirtstropismus und die Immunantworten des Wirts modulieren. Darüber hinaus scheinen die ORF-unterbrechenden Mutationen auf nicht-essentielle Gene beschränkt zu sein.

Die Mutationen in den invertierten terminalen Wiederholungen und Regionen, die als Ziel-Epitope für die Serodiagnose verwendet werden, unterstreichen auch die Notwendigkeit, stärker konservierte Ziele für Diagnose und Therapie zu finden.

Referenz:

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Daniel Wom

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