HIV-1-Sequenzen im Cornonavirus

Wir sind derzeit Zeuge einer großen Epidemie, die durch das neue Coronavirus von 2019 verusracht wird. Die Entwicklung von 2019-nCoV bleibt schwer fassbar. Wir haben 4 genetische Einfügungen gefunden,
die nur bei 2019-nCoV vorkommen und in anderen Coronaviren nicht vorhanden sind.
Wichtig ist, dass die Aminosäurereste in allen 4 Inserts identisch oder ähnlich denen in den HIV-viren sind.
Das Auffinden von 4 einzigartigen Inserts im 2019-nCoV, die alle
identisch oder ähnlich mit Aminosäureresten in den wichtigsten Strukturproteinen von HIV-1 sind, ist wahrscheinlich nicht zufälliger Natur. Diese Arbeit bietet bisher unbekannte Einblicke in 2019-nCoV und wirft Licht auf die Entwicklung und Pathogenität dieses Virus mit wichtigen Auswirkungen auf die Diagnose dieses Virus.

Das Spike-Glykoprotein (S) des   wird in zwei Untereinheiten (S1 und S2) gespalten. Das S1 Untereinheit hilft bei der Rezeptorbindung und die S2-Untereinheit erleichtert die Membranfusion. Die Spike-Glykoproteine von Koronoviren sind wichtige Determinanten des Gewebes.
Darüber hinaus sind die Spike-Glykoproteine kritische Ziele für den Impfstoff. Wir haben daher versucht, das Spike-Glykoprotein des Coronavirus zu untersuchen.

Methodik

Abruf und Abgleich von Nukleinsäure- und Proteinsequenzen

Wir haben alle verfügbaren Coronavirus-Sequenzen (n=55) aus der viralen Genom-Datenbank des NCBI abgerufen, um alle verfügbaren Sequenzen in voller Länge (n=28) abzurufen. Es wurde ein multipler Sequenzabgleich aller Coronavirus-Genome durchgeführt. Die identifizierte Aminosäure- und Nukleotidsequenz war mit der gesamten viralen Genomdatenbank mittels BLASTp und BLASTn abgeglichen. Die Erhaltung der Nukleotid- und Aminosäuremotive in 28 klinischen Varianten des 2019-nCoV-Genoms wurden von Multiple-Sequence-Alignment mit MEGAX-Software durchgeführt. Die dreidimensionale Struktur von 2019-nCoV-Glykoprotein wurde mit Hilfe des Online-Servers SWISS-MODEL generiert, und die Struktur wurde mit Hilfe von PyMol (DeLano, 2002) markiert und visualisiert.

Ergebnisse

Unheimliche Ähnlichkeit der neuartigen Einlagen im 2019-nCoV-Spike-Protein mit HIV-1 gp120 und Gag.

Unser phylogenetischer Baum von Koronaviren in voller Länge legt nahe, dass 2019-nCoV eng verwandt ist mit SARS CoV. Darüber hinaus haben andere neuere Studien die 2019-nCoV mit SARS CoV in Verbindung gebracht.
Wir haben daher die Spike-Glykoprotein-Sequenzen der 2019-nCoV mit denen von SARS verglichen.
Bei sorgfältiger Prüfung der Reihenfolge haben wir festgestellt, dass das 2019- nCoV-Spike-Glykoprotein 4 Insertionen enthält.
Um weiter zu untersuchen, ob diese Inserts in einem anderen Coronavirus vorhanden sind, haben wir ein Multiple-Sequenz-Alignment der Spike-Glykoprotein-Aminosäuresequenzen aller verfügbaren Koronaviren (n=55), darunter eine Sequenz von 2019-nCoV. Wir haben festgestellt, dass diese 4 Einfügungen nur im Jahr 2019-nCoV vorkommen und in anderen analysierten Coronaviren nicht vorhanden sind.

Wir stellten fest, dass diese Inserts in allen Wuhan 2019-nCoV-Viren mit Ausnahme des 2019-nCoV-Virus der Fledermaus. Fasziniert von den 4 Einlagen, die einzigartig für 2019-nCoV sind, wollten wir ihre Herkunft verstehen. Zu diesem Zweck haben wir die lokale Ausrichtung des 2019-nCoV mit jedem Insert gegen alle Virusgenome verglichen und als Treffer 100%ige Sequenzabdeckung betrachtet. Überraschenderweise ist jede der vier Einlagen mit kurzen Abschnitten der Proteine des Humanen Immunschwächevirus-1 (HIV-1) identisch. Die ersten 3 Inserts (Insert 1,2 und 3) sind kurze Segmente von Amino Säurereste in HIV-1 gp120. Der Einsatz 4 ist auf HIV-1 Gag ausgerichtet.

Obwohl die 4 Einsätze kurze, nicht zusammenhängende Abschnitte von Aminosäuren im Spike-Glykoprotein darstellen, die Tatsache, dass alle drei die Aminosäureidentität mit HIV-1 gp120 und HIV-1 Gag haben, legt nahe, dass dies kein Zufall ist. Mit anderen Worten, wir haben sporadisch eine zufällige Übereinstimmung für eine Strecke von 6-12 zusammenhängenden Aminosäurereste in einem nicht verwandten Protein.

Bei der Analyse der pI-Werte für jede der 4 Einsätze im Jahr 2019-nCoV und der entsprechende Abschnitte von Aminosäureresten aus HIV-1-Proteinen fanden wir, dass a) die pI-Werte für jedes analysierte Paar sehr ähnlich waren b) die meisten dieser pI-Werte lagen bei 10±2. Diese Einheitlichkeit in der pI Werte für alle 4 Beilagen verdient eine weitere Untersuchung.
Da keines dieser 4 Inserts in einem anderen Coronavirus vorhanden ist, muss die genomische Region, die für diese 4 Inserts kodiert, näher untersucht werden. Einsätze sind ideale Kandidaten für die Gestaltung von Primern, die 2019-nCoV von anderen unterscheiden können.

Der aktuelle Ausbruch von 2019-nCoV rechtfertigt eine gründliche Untersuchung und das Verständnis für seine die Fähigkeit, Menschen zu infizieren. Wenn man bedenkt, dass es eine klare Veränderung in der Präferenz von Wirten früherer Coronaviren auf dieses Virus, untersuchten wir die Veränderung des Spike-Proteins zwischen 2019-nCoV und andere Viren. Wir fanden vier neue Insertionen im S-Protein von 2019-nCoV, als im Vergleich zu seinem nächsten Verwandten, SARS CoV. Die Genomsequenz aus den letzten 28 klinischen Isolate zeigten, dass die Sequenz, die für diese Einfügungen kodiert, unter all diesen isoliert. Dies deutet darauf hin, dass diese Einlagerungen vorzugsweise von der 2019-nCoV erworben wurden, die ihm einen zusätzlichen Überlebens- und Infektionsvorteil verschaffen. Bei der Vertiefung haben wir festgestellt, dass diese Einführungen ähnlich wie bei HIV-1 sind. Unsere Ergebnisse unterstreichen eine erstaunliche Beziehung zwischen dem gp120 und Gag-Protein von HIV, mit 2019-nCoV-Spike-Glykoprotein. Diese Proteine sind entscheidend für die Viren zur Identifizierung und Ankopplung an ihre Wirtszellen und zur viralen Assemblierung.
Da Oberflächenproteine für den Wirts-Tropismus verantwortlich sind, bedeuten Veränderungen in diesen Proteinen eine Veränderung in der Wirtsspezifität des Virus.

Schlussfolgerungen

Unsere Analyse des Spike-Glykoproteins von 2019-nCoV ergab mehrere interessante Ergebnisse: Erstens haben wir 4 einzigartige Inserts im 2019-nCoV-Spike-Glykoprotein identifiziert, die in keinem andere Coronaviren, die bisher gemeldet wurden. Zu unserer Überraschung wurden alle 4 Inserts im 2019-nCoV auf kurze Segmente von Aminosäuren im HIV-1 gp120 und Gag unter allen annotierten Virusproteinen in die NCBI-Datenbank. Diese unheimliche Ähnlichkeit der neuartigen Inserts im 2019- nCoV-Spike-Protein mit HIV-1 gp120 und Gag ist wahrscheinlich kein Zufall. Außerdem legt die 3D-Modellierung nahe, dass mindestens 3 von diesen einzigartigen Inserts, die nicht an die primäre Proteinsequenz des 2019-nCoV angrenzen Spike-Glykoprotein konvergieren, um die Schlüsselkomponenten der Rezeptor-Bindungsstelle zu bilden. Bemerkenswert, alle 4 Einsätze haben pI-Werte von etwa 10, die die Interaktion zwischen Virus und Wirt erleichtern können. Unsere Arbeit hebt neue evolutionäre Aspekte des 2019-nCoV hervor und hat Auswirkungen auf die Pathogenese und Diagnose dieses Virus.

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