[論文レビュー] Coronavirus SARS-CoV-2: Analysis of subgenomic mRNA transcription, 3CLpro and PL2pro protease cleavage sites and protein synthesis

Miguel Ramos Pascual|arXiv (Cornell University)|Apr 2, 2020

SARS-CoV-2 and COVID-19 Research参考文献 57被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、SARS-CoV-2の亜ゲノムmRNA転写、3CLproおよびPL2proプロテアーゼ切断部位、タンパク質合成を分析するために、独自開発のC++ソフトウェアツール、Coronavirus(C++).proを用いた。このツールはウイルスタンパク質およびmRNA配列を同定し、2019-nCoVがMERSよりもSARSに近縁であることが判明した。構造的および機能的特徴から、SARSに類縁するコロナウイルスとして分類される根拠が示され、ウイルス融合、RdRp、プロテアーゼ酵素を標的とする診断法、ワクチン、抗ウイルス薬開発の基盤が提供された。

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.

研究の動機と目的

• SARS-CoV-2における亜ゲノムmRNA転写パターンを理解すること。
• ウイルス多タンパク質内の3CLproおよびPL2proプロテアーゼ切断部位を同定・特徴付けること。
• SARS-CoV-2ゲノムに存在する構造的・非構造的・付加的タンパク質を予測すること。
• SARS-CoVおよびMERS-CoVと比較して、遺伝的および機能的類縁性を評価すること。
• ウイルス複製の詳細な分子的知見を提供することで、診断法、ワクチン、抗ウイルス薬の開発を支援すること。

提案手法

• SARS-CoV-2の複製サイクルをシミュレートするために、独自開発のC++ソフトウェアツール、Coronavirus(C++).proの開発と適用。
• ソフトウェアを用いてウイルスタンパク質のFASTAファイル作成およびゲノムからのmRNA配列リストの生成。
• 計算モデルを用いてウイルスmRNA配列の二次構造を同定。
• 配列モチーフおよび構造的適合性に基づき、3CLproおよびPL2proのプロテアーゼ切断部位を予測。
• 予測されたウイルスタンパク質を既知のSARSおよびMERSコロナウイルスタンパク質と比較し、進化的および機能的類縁性を評価。
• 配列相同性および機能ドメイン解析に基づき、ウイルスタンパク質を構造的・非構造的・付加的タンパク質に分類。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SARS-CoV-2における亜ゲノムmRNA転写パターンは何か。また、それらはウイルスタンパク質発現とどのように関係しているか。
• RQ2 SARS-CoV-2の多タンパク質内に位置する3CLproおよびPL2proプロテアーゼ切断部位はどこにあり、その配列的特徴は何か。
• RQ3 SARS-CoV-2に存在するどのウイルスタンパク質がSARS-CoVまたはMERS-CoVのものと最も類縁的か。これはウイルス分類にどのような含意を持つか。
• RQ4 ウイルスmRNAの予測二次構造は翻訳効率または調節にどのように影響するか。
• RQ5 SARS-CoV-2のどの分子的特徴が、MERSに類縁するものではなくSARSに類縁するものとして分類される根拠となるか。

主な発見

• ソフトウェアは、SARS-CoV-2ゲノムにコードされる構造的・非構造的・付加的タンパク質の包括的なリストを正常に同定した。
• 解析により、SARS-CoV-2タンパク質はMERS-CoVよりもSARS-CoVのものに類縁性が高く、SARSに類縁するコロナウイルスとして分類される根拠が示された。
• SARSに類縁するコロナウイルスに特徴的な複数の融合タンパク質の特徴が、SARS-CoV-2ゲノムに同定された。
• ソフトウェアはウイルスタンパク質のFASTAファイルおよび予測二次構造を有するmRNA配列の詳細なリストを生成した。
• 3CLproおよびPL2proのプロテアーゼ切断部位が計算的にマップされ、抗ウイルス薬開発の標的が得られた。
• 本研究の結果は、ウイルス融合、RNA依存性RNAポリメラーゼ（RdRp）、プロテアーゼ酵素を標的とする診断法、ワクチン、抗ウイルス療法の設計に基礎的フレームワークを提供した。