「研究」韓國研究人員繪製了SARS-CoV-2轉錄組結構圖

「研究」韓國研究人員繪製了SARS-CoV-2轉錄組結構圖

「研究」韓國研究人員繪製了SARS-CoV-2轉錄組結構圖

導言:近日,韓國首爾國立大學基礎科學研究所和韓國疾病控制與預防中心(CDC)的研究人員繪製了SARS-CoV-2病毒的轉錄組結構圖,該病毒與COVID-19大流行有關。這項研究發表在Cell期刊上。這項研究中發現的未知轉錄本和RNA修飾進行功能,將為人們對SARS-CoV-2的生命週期和致病性的理解開闢新的方向。

「研究」韩国研究人员绘制了SARS-CoV-2转录组结构图

研究人員表示,他們使用了兩種互補的測序技術來繪製SARS-CoV-2轉錄組和表位轉錄組的高分辨率圖。

他們發現,Illumina和MGI平臺等合成測序(SBS)方法具有較高的準確性和覆蓋率,但讀取長度短。他們補充說,儘管基於納米孔的直接RNA測序(DRS)的測序準確性受到限制,但它可以進行長讀測序,這對於分析長嵌套CoV轉錄本特別有用。而且,由於DRS可以檢測RNA而不是cDNA,因此可以在測序過程中直接獲得RNA修飾數據。因此,他們結合了DRS和SBS。

「研究」韩国研究人员绘制了SARS-CoV-2转录组结构图

從納米孔直接RNA測序讀取SARS-CoV-2感染Vero細胞總RNA的計數。“Leader+”表示包含5'末端先導序列的病毒讀取。“無先導”表示缺乏先導序列的病毒讀取。“核”從核染色體讀取匹配的mRNAs,而“線粒體”則從線粒體基因組讀取。“對照”表示用於納米孔測序的質量控制RNA。

SBS顯示,由於眾多不連續的轉錄事件,轉錄組非常複雜--除了典型的基因組RNA和9個亞基因組RNA外,研究人員發現SARS-CoV-2產生的轉錄本編碼帶有融合、缺失和轉碼的未知的開放閱讀框。研究人員進一步報道,DRS在病毒轉錄本上至少顯示了41個RNA修飾位點,其中最常見的基序是AAGAA。修飾的RNA具有比未修飾的RNA短的poly(A)尾巴,表明修飾和3'尾巴之間存在聯繫。

為了描述SARS-CoV-2轉錄組,研究人員首先使用從SARS-CoV-2感染的非洲綠猴腎細胞(Vero細胞)中提取的總RNA在牛津納米孔技術MinIon測序儀上進行了DRS運行。他們從受感染的細胞中獲得了879,679條讀物,並且大多數測序片段定位於SARS-CoV-2,表明病毒轉錄物在轉錄組中占主導地位,而宿主基因的表達卻受到強烈抑制。

他們還基於合成測序原理(DNBseq)進行了DNA納米球測序,並獲得了超過3.05億條測序片段,平均插入長度為220 核苷酸(nt)。結果總體上與DRS數據一致,而且DNB測序的深度使研究人員能夠以前所未有的規模確認和檢測CoV基因組的RNA連接。

他們總共發現,SARS-CoV-2與基因組RNA一起表達了9個規範的亞基因組RNA(S,3a,E,M,6、7a,7b,8和N)。

除了這些規範的亞基因組RNA,它們具有預期的結構和長度,研究人員還發現了許多次要的連接位點。

他們觀察到了三種主要類型的融合事件第一組中的RNA具有在前閱讀框或非轉錄區中間意外的3'位點與機體結合的前導序列;第二組顯示與前導序列沒有相似性的序列之間的遠距離融合。最後一組進行了局部融合,從而導致較小的缺失,主要是在結構和輔助基因(包括S開放閱讀框)中缺失。

作者寫道:“亞基因組RNA的功能尚不清楚,其中一些被認為是競爭病毒蛋白的寄生蟲,因此被稱為'缺陷干擾RNA'(DI-RNA)。儘管非典型的轉錄本可能是由錯誤的複製酶活性引起的,但融合是否在病毒的生命週期和進化中發揮積極作用仍是一個懸而未決的問題。”

他們還使用DRS數據檢測了SARS-CoV-2的表觀轉錄本。在病毒轉錄物與未修飾的對照的比較中,它們在41個RNA修飾位點最常觀察到的基序是AAGAA。長病毒轉錄本比短RNA更為頻繁地被修飾,表明特定於某些RNA種類的修飾機制。

「研究」韩国研究人员绘制了SARS-CoV-2转录组结构图

檢測到的修飾位點與“AAGAA”樣基序的序列比對。

由於DRS可以同時檢測單個分子上的多個特徵,因此研究人員隨後交叉檢查了poly(A)尾部長度和內部修飾位點。他們發現,修飾的RNA分子的poly(A)尾比未修飾的分子短,這表明內部修飾和3'末端尾之間存在聯繫。

作者寫道:“由於poly(A)尾巴在RNA週轉中起著重要作用,因此很容易推測所觀察到的內部修飾與病毒RNA的穩定性控制有關。

”RNA修飾是逃避宿主免疫反應的一種機制,這也是合理的。

參考:

https://www.genomeweb.com/sequencing/korean-researchers-map-sars-cov-2-transcriptomic-architecture#.XpFHojMzbDd

Hyeshik Chang et al. The architecture of SARS-CoV-2 transcriptome. Cell. 11 April, 2020.DOI: 10.1016/j.cell.2020.04.011

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