[논문 리뷰] Coronavirus SARS-CoV-2: Analysis of subgenomic mRNA transcription, 3CLpro and PL2pro protease cleavage sites and protein synthesis

Miguel Ramos Pascual|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 02.

SARS-CoV-2 and COVID-19 Research참고 문헌 57인용 수 7

한 줄 요약

이 연구는 SARS-CoV-2의 서브게놈 mRNA 전사, 3CLpro 및 PL2pro 프로테아제 절단 부위, 단백질 합성 분석을 위해 고유한 C++ 소프트웨어 도구인 Coronavirus(C++).pro를 사용한다. 이 도구는 바이러스 단백질과 mRNA 서열을 식별하여, 2019-nCoV가 MERS보다 SARS와 더 유전적으로 유사하며, 구조적 및 기능적 특징이 SARS-유사 코로나바이러스로의 분류를 뒷받침함을 밝혀내었으며, 융합, RdRp 및 프로테아제 효소를 표적으로 삼는 진단법, 백신 및 항바이러스 제제 개발의 기초를 제공한다.

ABSTRACT

Coronaviruses have recently caused world-wide severe outbreaks: SARS (Severe Acute Respiratory Syndrome) in 2002 and MERS (Middle-East Respiratory Syndrome) in 2012. At the end of 2019, a new coronavirus outbreak appeared in Wuhan (China) seafood market as first focus of infection, becoming a pandemics in 2020, spreading mainly into Europe and Asia. Although the virus family is well-known, this specific virus presents considerable differences, as higher transmission rates, being a challenge for diagnostic methods, treatments and vaccines. Coronavirus(C++).pro is a C++ application which simulates Coronavirus replication cycle. This software has identified virus type in short times and provided FASTA files of virus proteins, a list of mRNA sequences and secondary structures. Furthermore, the software has identified a list of structural, non-structural and accessory proteins in 2019-nCoV virus genome more similar to SARS than to MERS, as several fusion proteins characteristics of this virus type. These results are useful as a first step in order to develop diagnostic methods, new vaccines or antiviral drugs, which could avoid virus replication in any stage: fusion inhibitors, RdRp inhibitors and PL2pro/3CLpro protease inhibitors.

연구 동기 및 목표

• SARS-CoV-2에서 서브게놈 mRNA 전사 패tern을 이해하기 위해.
• 바이러스 폴리프로틴 내 3CLpro 및 PL2pro 프로테아제 절단 부위를 식별하고 특성화하기 위해.
• SARS-CoV-2 게놈 내 구조적, 비구조적, 보조 단백질을 예측하기 위해.
• SARS-CoV-2를 SARS 및 MERS 코로나바이러스와 비교하여 유전적 및 기능적 유사성을 규명하기 위해.
• 바이러스 복제에 대한 세부 분자적 통찰을 제공하여 진단법, 백신 및 항바이러스 제제 개발을 지원하기 위해.

제안 방법

• SARS-CoV-2 복제 주기를 시뮬레이션하기 위해 고유한 C++ 소프트웨어 도구인 Coronavirus(C++).pro를 개발하고 적용한 바.
• 소프트웨어를 사용하여 바이러스 단백질의 FASTA 파일과 게놈에서 유도된 mRNA 서열 목록을 생성한 바.
• 계산 모델링을 사용하여 바이러스 mRNA 서열 내 이차 구조를 식별한 바.
• 서열 모티프와 구조적 호환성 기반으로 3CLpro 및 PL2pro 프로테아제 절단 부위를 예측한 바.
• 예측된 바이러스 단백질을 기존 SARS 및 MERS 코로나바이러스 단백질과 비교하여 진화적 및 기능적 유사성을 평가한 바.
• 서열 동일성 및 기능 도메인 분석을 기반으로 바이러스 단백질을 구조적, 비구조적, 보조 단백질로 분류한 바.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SARS-CoV-2에서 서브게놈 mRNA 전사 패턴은 무엇이며, 바이러스 단백질 발현과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ2 SARS-CoV-2 폴리프로틴 내 3CLpro 및 PL2pro 프로테아제 절단 부위는 어디에 위치해 있으며, 그 서열 특성은 무엇인가?
• RQ3 SARS-CoV-2의 어떤 바이러스 단백질이 SARS-CoV 또는 MERS-CoV의 단백질과 가장 유사한가, 그리고 이는 바이러스 분류에 대해 어떤 함의를 갖는가?
• RQ4 바이러스 mRNA의 예측된 이차 구조는 번역 효율성 또는 조절에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 SARS-CoV-2의 어떤 분자적 특징이 MERS-유사 바이러스가 아니라 SARS-유사 바이러스로의 분류를 뒷받침하는가?

주요 결과

• 소프트웨어는 SARS-CoV-2 게놈이 코딩하는 구조적, 비구조적, 보조 단백질의 포괄적인 목록을 성공적으로 식별하였다.
• 분석 결과 SARS-CoV-2 단백질이 MERS-CoV보다 SARS-CoV 단백질과 더 유사하며, 이는 SARS-유사 코로나바이러스로의 분류를 뒷받침한다.
• SARS-유사 코로나바이러스에 고유한 융합 단백질 특성이 SARS-CoV-2 게놈 내에서 확인되었다.
• 소프트웨어는 바이러스 단백질의 FASTA 파일과 예측된 이차 구조를 포함한 상세한 mRNA 서열 목록을 생성하였다.
• 3CLpro 및 PL2pro 프로테아제 절단 부위가 계산적으로 매핑되었으며, 이는 항바이러스 제제 개발의 타겟이 되었다.
• 결과는 바이러스 융합, RNA 의존적 RNA 중합효소(RdRp), 프로테아제 효소를 표적으로 삼는 진단법, 백신 및 항바이러스 치료법 설계를 위한 기초 틀을 제공한다.