[论文解读] 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 7

一句话总结

本研究使用自定义的C++软件工具Coronavirus(C++).pro，分析SARS-CoV-2的亚基因组mRNA转录、3CLpro和PL2pro蛋白酶切割位点以及蛋白质合成。该工具识别出病毒蛋白和mRNA序列，揭示2019-nCoV与SARS病毒的遗传相似性高于MERS病毒，其结构和功能特征支持其被归类为SARS样冠状病毒，为针对融合蛋白、RdRp和蛋白酶的诊断、疫苗及抗病毒药物开发奠定了基础。

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.

研究动机与目标

• 理解SARS-CoV-2中亚基因组mRNA转录模式。
• 识别并表征病毒多聚蛋白中的3CLpro和PL2pro蛋白酶切割位点。
• 预测SARS-CoV-2基因组中的结构蛋白、非结构蛋白和附属蛋白。
• 通过比较SARS-CoV-2与SARS和MERS冠状病毒，确定其遗传和功能相似性。
• 通过提供病毒复制的详细分子洞察，支持诊断、疫苗和抗病毒药物的开发。

提出的方法

• 开发并应用自定义C++软件工具Coronavirus(C++).pro，以模拟SARS-CoV-2的复制周期。
• 利用该软件生成病毒蛋白的FASTA文件，并列出基因组中的mRNA序列。
• 使用计算建模识别病毒mRNA序列中的二级结构。
• 基于序列基序和结构兼容性，预测3CLpro和PL2pro蛋白酶的切割位点。
• 将预测的病毒蛋白与已知的SARS和MERS冠状病毒蛋白进行比较，评估其进化和功能相似性。
• 基于序列同源性和功能结构域分析，将病毒蛋白分类为结构蛋白、非结构蛋白或附属蛋白。

实验结果

研究问题

• RQ1 SARS-CoV-2的亚基因组mRNA转录模式是什么？它们如何与病毒蛋白表达相关？
• RQ2 3CLpro和PL2pro蛋白酶切割位点在SARS-CoV-2多聚蛋白中的位置在哪里？其序列特征是什么？
• RQ3 SARS-CoV-2中哪些病毒蛋白与SARS-CoV或MERS-CoV中的蛋白最为相似？这对其病毒分类意味着什么？
• RQ4 病毒mRNA的预测二级结构如何影响翻译效率或调控？
• RQ5 SARS-CoV-2的哪些分子特征支持其被归类为SARS样冠状病毒而非MERS样冠状病毒？

主要发现

• 该软件成功识别出SARS-CoV-2基因组编码的完整结构蛋白、非结构蛋白和附属蛋白列表。
• 分析显示，SARS-CoV-2蛋白与SARS-CoV蛋白的相似性高于与MERS-CoV蛋白，支持其被归类为SARS样冠状病毒。
• 在SARS-CoV-2基因组中鉴定出若干SARS样冠状病毒特有的融合蛋白特征。
• 该软件生成了病毒蛋白的FASTA文件，并提供了带有预测二级结构的mRNA序列详细列表。
• 已计算映射出3CLpro和PL2pro蛋白酶的切割位点，为抗病毒药物开发提供了潜在靶点。
• 研究结果为设计针对病毒融合蛋白、RNA依赖性RNA聚合酶（RdRp）和蛋白酶的诊断、疫苗及抗病毒疗法提供了基础框架。