Caratterizzazione del trascrittoma di SARS-CoV-2

Riassunto e traduzione dell’articolo: Dongwan Kim, Joo-Yeon Lee, Jeong-Sun Yang, Jun Won Kim, V. Narry Kim and Hyeshik Chang, The architecture of SARS-CoV-2 transcriptome Cell

Riassunto e traduzione a cura di: Agnese Loda; Revisionato: Stefano Vavassori

Articolo Originale Pubblicato il 10 Aprile 2020

In questo studio, gli autori caratterizzano il trascrittoma di SARS-CoV-2, il virus responsabile della pandemia di COVID-19. I risultati dimostrano che oltre ai suoi tipici RNA virali, SARS-CoV-2 produce una moltitudine di trascritti sub-genomici che non erano mai stati descritti in precedenza.  Questo studio fornisce le basi per la caratterizzazione funzionale di tutte le proteine prodotte da SARS-CoV-2, un prerequisito essenziale per conoscerne il ciclo vitale, l’evoluzione e la patogenicità.

SARS-CoV-2 è un virus a RNA positivo caratterizzato da un genoma a singolo filamento di 30 kb. Nella cellula ospite, il genoma virale viene direttamente tradotto a partire da due open reading frames (ORFs) e produce 27 proteine non strutturali (nsps).

Durante questo processo vengono anche prodotti degli RNA negativi che servono come stampo per la sintesi del genoma virale (gRNA) e degli RNA sub-genomici (sgRNAs). Quest’ ultimi codificano per le 4 proteine strutturali (i.e. spike protein (S), envelope protein (E), membrane protein (M), and nucleocapsid protein (N)) usate per impacchettare il gRNA per formare nuovi virioni. Il sgRNA codifica anche per proteine accessorie.

Sebbene nessuna ORFs delle proteine accessorie sia stata validata sperimentalmente, sulla base della sequenza genomica, le proteine finora identificate sono 6.

In questo studio gli autori cercano di delineare l’intero trascrittoma del virus (i.e. architecture of SARS-CoV-2 transcriptome) caratterizzando tutti gli sgRNAs, le ORFs e i TRSs (transcription-regulatory sequences) prodotti dal virus stesso dopo aver infettato una cellula ospite. Per ottenere questi dati, gli autori applicano due strategie complementari di sequenziamento dell’RNA, il metodo “sequencing-by-synthesis (SBS)” che garantisce un’elevata accuratezza ma non permette di sequenziare i trascritti piu lunghi, e il “nanopore-based direct RNA-sequencing (DRS)”, che è meno accurato ma produce reads di sequenziamento piu lunghi, oltre a mappare le modificazioni chimiche degli RNA virali.

I risultati dimostrano the SARS-CoV-2 non solo esprime i sgRNAs gia’ riportati in letteratura (4 proteine strutturali e 5 accessorie. La trascrizione di una proteina accessoria non e’ confermata da questo studio), ma trascrive anche una moltitudine di sgRNAs non prevedibili sulla base della sequenza genomica. Nonostante questi trascritti non canonici possano derivare da errori dell’RNA polimerasi, non è detto che non abbiano invece una funzione specifica per il ciclo vitale del virus e/o per la risposta immunitaria dell’ospite. Infatti, molti degli RNA identificati possono potenzialmente codificare per proteine. Per esempio, alcuni di questi trascritti producono versioni troncate delle nsps che a seconda dell’efficienza di traduzione, potrebbero interferire con la stechiometria tra le diverse proteine virali. Allo stesso modo, mutazioni frame-shift e delezioni potrebbero risultare in proteine con funzioni diverse da quelle originali.

Infine, gli autori caratterizzano anche l’epitrascrittoma  del virus (semplificando, le modificazioni chimiche che alterano la funzione, la struttura e il destino di un RNA). Tra i diversi siti di modificazione identificati, il motivo “AAGAA” degli RNA virali ha un’alta probabilità di subire modificazioni. E’stato anche osservato che le modifiche chimiche sembrano interessare con piu’ frequenza RNA con corte code poly(A) a suggerire che tali modifiche siano associate alla regolazione della stabilita’ del RNA. Nonostante la natura di queste modificazioni non sia stata determinata, i mRNAs modificati possono costitutire un nuovo livello di regolazione per il ciclo vitale / patogenesi di SARS-CoV-2 che non è ancora del tutto esplorato.

In conclusione, le nuove ORFs identificate (trascrittomica) e le modificazione del RNA (epitrascrittomica) potrebbero contribuire a modulare la replicazione virale, la risposta immunitaria dell’ospite ma anche permettere al virus di sfuggire al sistema immunitario stesso e permettere al virus di sopravvivere piu’ a lungo all’interno del ospite.

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