Studi whole genome virus di Amerika Serikat mengidentifikasi ORF-disrupting mutations pada virus monkeypox

Read Also

Dalam sebuah studi baru-baru ini yang diterbitkan di Virus, para peneliti menggunakan whole genome sequencing untuk mengevaluasi sampel virus monkeypox dari Washington dan Ohio di Amerika Serikat dan mengidentifikasi 25 sampel dengan open reading frame (ORF)-disrupting mutations.

Latar belakang

Pada awal tahun 2022, wabah cacar monyet dilaporkan dari daerah di luar daerah endemik Afrika Barat dan Tengah. Agen etiologi cacar monyet adalah monkeypox virus (MPXV), double-stranded deoxyribonucleic acid (DNA) dari genus Orthopoxvirus milik keluarga Poxviridae. Virus monkeypox memiliki genom 197 kilobase pair (kb), yang mengkode sekitar 190 gen.

Gen yang terkait dengan replikasi virus sangat terkonservasi, tetapi daerah terminal sebagian besar mengkode protein yang memodulasi host's immune system dan berada di bawah tekanan seleksi. Memahami mutasi dan perubahan virus monkeypox di wilayah target yang digunakan sebelumnya akan meningkatkan diagnosis dan pilihan terapi serta membantu membatasi wabah monkeypox saat ini.

Tentang studi

Penelitian ini mengekstraksi DNA dari sampel usap lesi dan melakukan sekuensing seluruh genom untuk mengidentifikasi mutasi. Urutan strain referensi (MA001) digunakan untuk memetakan posisi genomik. Penghapusan dikonfirmasi menggunakan polymerase chain reaction (PCR) dengan primer yang dirancang untuk flank daerah yang mengandung deletions.

Selain itu, PCR digital tetesan dilakukan untuk mengevaluasi jumlah salinan karena penghapusan termasuk pengulangan terminal terbalik. Set primer mengamplifikasi gen MPXVgp004/MPXVgp188, yang ada di kedua daerah pengulangan terminal terbalik, dan bagian dari gen F3L, yang tidak ditemukan di daerah pengulangan terminal terbalik.

Hasil

Hasilnya melaporkan 25 spesimen klinis dengan 11 mutasi pengganggu ORF yang berbeda. Dua puluh sampel mengandung mutasi yang tidak masuk akal dalam enam gen yang berbeda, dan mutasi lainnya termasuk frameshift mutation, insertion, dan tiga deletions.

Sepuluh sampel, yang termasuk sampel dari Washington dan Ohio, memiliki onsense mutations yang identik pada ORF MPXVgp004/MPXVgp188 yang ditemukan pada inverted terminal repeats 5 'dan 3'. Tiga sampel juga mengungkapkan mutasi yang nonsense mutations dalam ORF encoding host immune response attenuating protein. Satu mutasi yang tidak masuk akal pada gen yang mengkode protein timidilat kinase menghasilkan protein yang tidak berfungsi. Sebaliknya, mutasi tidak masuk akal lainnya ditemukan di ORF dan satu wilayah C-terminus protein yang fungsinya tetap tidak diketahui.

Dalam salah satu sampel Ohio, ORF dari gen MPXVgp135, yang mengkodekan subunit polimerase DNA-dependent ribonucleic acid (RNA) yang bergantung pada DNA, juga mengungkapkan inserted di mana adenin ekstra dimasukkan ke dalam homopolimer adenin yang menghasilkan mutasi frameshift.

Dalam sampel lain dari Ohio, deletion sitosin dari posisi 11764 mengenai MA001 menyebabkan mutasi frameshift pada gen MPXVgp010, yang menghasilkan wilayah terminal C baru yang terdiri dari 48 asam amino. Sampel yang sama juga mengandung mutasi non-sinonim yang menggantikan posisi ke-324 metionin dengan isoleusin. Selanjutnya, penghapusan 913 base pair (bp) pada gen MPXVgp010 di salah satu sampel Washington juga menghasilkan wilayah terminal C baru.

Dua penghapusan besar lainnya 4205 bp dan 6881 bp masing-masing ditemukan di sampel Ohio dan Washington. Penghapusan 4205 bp menghapus kodon mulai MPXVgp011 ORF dan wilayah MPXVgp012, MPXVgp013, dan MPXVgp014, yang mengkodekan protein antagonis interferon tipe I. Penghapusan juga menciptakan residu C-terminus baru dalam gen MPXVgp015. Penghapusan 6881 bp menghilangkan wilayah MPXVgp184 ke MPXVgp188 dan wilayah 3' dari gen MPXVgp182/B21R yang menghasilkan truncated ORF.

Selain itu, penulis mengeksplorasi fungsi beberapa gen yang dihapus menggunakan literatur yang diterbitkan dan database Pfam (keluarga protein) dan menemukan bahwa MPXVgp184 adalah penghambat apoptosis. Gen MPXVgp187 terlibat dalam menghambat respon imun inang dengan mensekresikan kompleks histokompatibilitas ganda-I seperti protein yang mengikat natural-killer group 2, member D (NKG2D) dan mencegah sel pembunuh alami mengikat ligan sel yang terinfeksi.

Lebih lanjut, wilayah MPXVgp182/B21R yang dihapus mengandung epitop yang ditargetkan untuk serodiagnostik, menunjukkan bahwa penghapusan tersebut adalah hasil dari tekanan bagian untuk penghindaran imun.

Analisis filogenetik melaporkan bahwa semua varian MPXV dengan mutasi yang terdokumentasi ini termasuk dalam garis keturunan B.1 yang muncul selama wabah 2022, dan tidak mewakili banyak introduksi dari galur yang berbeda. Hasilnya juga menunjukkan bahwa semua galur dengan mutasi nonsense pada gen MPXVgp004/MPXVgp188 termasuk dalam garis keturunan B.1.8 dan mutasi tampaknya tetap dan dapat ditularkan.

Kesimpulan

Secara keseluruhan, hasilnya menunjukkan bahwa sebagian besar mutasi pada genom MPXV terjadi di inverted terminal repeat regions dan regions encoding proteins yang memodulasi tropisme inang dan respons imun inang. Lebih lanjut, mutasi yang mengganggu ORF tampaknya terbatas pada gen yang tidak esensial.

Mutasi pada pengulangan terminal terbalik dan daerah yang digunakan sebagai epitop target serodiagnosis juga menyoroti kebutuhan untuk menemukan target yang lebih terkonservasi untuk diagnosis dan terapi.

Journal reference:

Sereewit, J., Lieberman, N. A. P., Xie, H., Bakhash, S. A. K. M., Nunley, B. E., Chung, B., Mills, M. G., Roychoudhury, P., & Greninger, A. L. (2022). ORF-Interrupting Mutations in Monkeypox Virus Genomes from Washington and Ohio, 2022. Viruses. doi: https://doi.org/10.3390/v14112393 https://www.mdpi.com/1999-4915/14/11/2393