In einer kürzlich veröffentlichten Studie bioRxiv* Preprint-Server untersuchten die Forscher genomische Umlagerungen im Genom des Affenpockenvirus (MPX) (MPXV) und untersuchten, ob diese Umlagerungen eine virale Anpassung an den Menschen (Wirt) darstellten.

Hintergrund

Studien haben berichtet, dass sich Pockenviren langsamer entwickeln als Ribonukleinsäure (RNA)-Viren, wobei genomische Umlagerungen wie Genverlust oder -gewinn die Haupttreiber der Wirtsanpassung sind. Im Jahr 2022 betraf die MPXV-Epidemie die meisten Teile der Welt und MPX scheint sich in menschlichen Gemeinschaften etabliert zu haben.

Über das Studium

In der vorliegenden Studie bewerteten die Forscher die genomischen Verluste und Gewinne von MPXV und untersuchten, ob sie repräsentativ für die Anpassung von MPXV an menschliche Wirte sind.

Insgesamt 339 Proben, die durch Polymerase-Kettenreaktion (PCR) als MPXV-positiv bestätigt wurden, wurden durch Analyse des gesamten Genoms (WGS) sequenziert. Das Team extrahierte Desoxyribonukleinsäure (DNA) aus den Proben und bereitete Shotgun-Bibliotheken vor. Sie konstruierten MPXV-Genome in neu assemblieren und sie einer Referenzproteinsequenz zuordnen. Die Sequenzen wurden abgeglichen und alle Genome wurden an die GenBank-Datenbank des NCBI (National Center for Biotechnology Information) übermittelt.

Ergebnisse

Das Team berichtete über fünf MPXV-Genome aus dem Ausbruch von 2022 mit signifikanten Genduplikationen und -verlusten, einschließlich Duplikationen von bis zu 18.000 Basenpaaren (bp) am gegenüberliegenden genomischen Ende der linken Region (L) Rechte (R) Terminal Inverted Repeats (ITRs). ) und Deletionen von Insertionsstellen bis zu 16.000 bp als wahrscheinliche Anpassung an den menschlichen Wirt.

Duplikationen von L nach R wurden auch in einem MPXV-Genom der Klade I aus dem Jahr 2005 und in einem Genom des aktuellen multinationalen MPXV-Ausbruchs aus dem Jahr 2022 gefunden. Zusätzlich wurden Duplikationen von den R- nach L-Enden mit dem Genom MPXV/Germany/2022/RKI339 festgestellt. Das MPXV/Germany/2022/RKI338-Genom zeigte eine 2.309 bp große Deletion an derselben Stelle stromabwärts von ITR L, aber es fehlte eine Insertion.

Identische Duplikationen wurden zwischen 1958 und 2018 unter den MPXV-Genomen von 20 Clade II beobachtet. oberhalb des ITR R zwischen den MPXVgp-182- und -188-Genen, was zu einer Verkürzung von MPXVgp-184 und -187 und einer vollständigen Deletion von MPXVgp185 und MPXVgp186 führt.

Die Größe der Duplikation (2921 Basenpaare) in Richtung der R-terminalen Region und die Deletion von 8893 bp führte zur Bildung eines Gesamtgenoms von 191176 bp mit einer Verlängerung der ITR-Region zwischen 6400 bp und 9398 bp. Identische Deletionen und Duplikationen wurden im MPXV/Germany/2022/RKI336-Genom beobachtet mit einer Duplikation und Insertion der MPXVgp-005 bis -008-Gene zwischen MPXVgp-177 und -188 am R-Ende, mit MPXVgp187- und MPXVgp-Verkürzung -178 bis -186 vollständige Gendeletion.

Eine 4040-bp-Duplikation und eine 15303-bp-Deletion führten zur Bildung eines 185852-bp-Genoms mit ITRs von 10460 bp. Das MPXV/Germany/2022/RKI337-Genom zeigte ein identisches Deletions- und Duplikationsmuster mit den größten Duplikationen von 5282 bp [MPXVgp-005 to -010 (shortened)] zur R-terminalen Region mit der größten Deletion von 16926 bp [MPXVgp-176 to -187 (shortened)]. Die Genomlänge von MPXV/Germany/2022/RKI337 betrug 185251 bp mit 11641 ITR-Basenpaaren.

Das Genom von MPXV Sudan 2005 zeigte eine Duplikation von 10550 Basenpaaren in derselben Region nach der ITR von L nach R und eine Deletion von 2108 bp. Die Duplikation im E-ChVir28389-Genom zeigte eine Duplikation von 858 bp von ITR L nach R und eine Deletion von 2048 bp. Darüber hinaus wurden Duplikationen der R- zu L-Enden für das MPXV/Germany/2022/RKI339-Genom beobachtet, das eine Duplikation von 18214 bp aufwies [genes MPXVgp174 (shortened) to 187 (shortened)] in der L-terminalen Region, was zu Deletionen des MPXVgp-005-Gens bei -010 von 6701 Basenpaaren führt.

Die Genomlänge erhöhte sich auf 208804 bp mit erweiterten ITRs auf 24695 bp. Alle L-zu-R-Duplikationen umfassten ≥ 1 der MPXVgp-005- bis -014-Gene mit Deletion von ≥ 1 MPXVgp-175- bis -187-Gen oder umgekehrt für die R-zu-L-Duplikationen Kontinuierliche evolutionäre Persistenz durch Abschwächung der Krankheit.

Im Gegensatz dazu können erworbene Gene die Immunumgehung von Abwehrreaktionen des Wirts fördern. MPXVgp-006 ist ein dem epidermalen Wachstumsfaktor ähnliches Protein mit Homologie zum Vacciniavirus-C11R-Gen, und Zellkulturexperimente haben gezeigt, dass C11R die Aktivierung des Kernfaktors kappa B (NF-κB) verringert. Andere duplizierte Gene waren MPXVgp-008 (Zinkfingerprotein, Hemmung der Apoptose), MPXVgp-009 [interleukin (IL)-18 functional inhibitor]und MPXVgp010 (abgekürzt Ankyrin oder Host Range Protein).

Darüber hinaus verursachten alle Duplikationen von L nach R Deletionen von mindestens MPXVgp-184 (gekürzt) bis -187 (gekürzt), und MPXVgp-184 186 zeigte keine Orthopoxvirus-Homologie. MPXVgp-185 zeigte Homologie zum Vaccinia-B22R-Gen, das homolog zu Serinprotease-Inhibitoren ist. Es wurde dokumentiert, dass die Deletion von B22R die Virulenz und Replikation des Vacciniavirus verringert.

Für die Gene MPXV/Germany/2022/RKI337 und MPXV/Germany/2022/RKI336 wurden MPXVgp180 (B19R) und MPXV182 (B21R) weiter deletiert und als potenzielle Schlüsselkandidaten für MPXV-Virulenzgene identifiziert. Der dritte Kandidat D10L (MPXVgp013) und die Gene B19R und B21R wurden im MPXV/Germany/2022/RKI339-Genom dupliziert, und der vierte wurde im Sudan KC257459 MPXV-Genom dupliziert.

Fazit

Insgesamt hoben die Studienergebnisse Genverdopplungen und -verluste als wahrscheinliche Mechanismen des aktuellen MPXV-Ausbruchs im Jahr 2022 für die Wirtsanpassung hervor und unterstrichen die Notwendigkeit weiterer Forschung .

*Wichtiger Hinweis

bioRxiv veröffentlicht vorläufige wissenschaftliche Berichte, die nicht von Fachleuten begutachtet wurden und daher nicht als abschließend angesehen werden sollten, die klinische Praxis/gesundheitsbezogene Verhaltensweisen leiten oder als etablierte Informationen behandelt werden sollten.