SARS-CoV2における進化する地理的多様性と、再利用薬剤候補を標的とした複製酵素3CLのインシリコ解析

Evolving geographic diversity in SARS-CoV2 and in silico analysis of replicating enzyme 3CL targeting repurposed drug candidates.

• Nitin Chitranshi
• Vivek K Gupta
• Rashi Rajput
• Angela Godinez
• Kanishka Pushpitha
• Ting Shen
• Mehdi Mirzaei
• Yuyi You
• Devaraj Basavarajappa
• Veer Gupta
• Stuart L Graham

抄録

背景:

重症急性呼吸器症候群（SARS）は、今世紀に入ってからパンデミックを起こしています。2019年12月、世界は再び壊滅的なSARSエピソードに見舞われ、これまでに世界で400万人近くが感染し、2020年4月中旬までにすでに20万人以上の死者が出ており、感染率は指数関数的に増加し続けています。SARSコロナウイルス2（SARS-CoV-2）は、高い突然変異率が特徴の一本鎖RNA病原体です。SARS-CoV-2 がある宿主免疫から別の宿主免疫に迅速にジャンプし、局所集団の遺伝子プールに適応することを可能にするウイルスゲノムの突然変異誘発能力を探ることは極めて重要である。

BACKGROUND: Severe acute respiratory syndrome (SARS) has been initiating pandemics since the beginning of the century. In December 2019, the world was hit again by a devastating SARS episode that has so far infected almost four million individuals worldwide, with over 200,000 fatalities having already occurred by mid-April 2020, and the infection rate continues to grow exponentially. SARS coronavirus 2 (SARS-CoV-2) is a single stranded RNA pathogen which is characterised by a high mutation rate. It is vital to explore the mutagenic capability of the viral genome that enables SARS-CoV-2 to rapidly jump from one host immunity to another and adapt to the genetic pool of local populations.

方法:

本研究では、SARS-CoV-2感染者から報告されている2301の完全ウイルス配列を解析した。SARS-CoV-2宿主ゲノムは、パンゴリン-CoV由来の9ゲノムとコウモリ-CoV由来の3ゲノムを含むThe Global Initiative on Sharing All Influenza Data (GISAID)データベースから収集し、武漢SARS-CoV2参照ゲノムはGeneBankデータベースから収集した。ゲノム配列のアラインメントには、Multiple sequence alignment tool, Clustal Omegaを使用した。病原性に重要な役割を果たすウイルス複製酵素である3-キモトリプシン様システインプロテアーゼ（3CL）を用いて、抗ウイルス性フラボン、ビフラバノイド、抗マラリア薬、ビタミンサプリメントなどの薬理学的阻害剤や再利用薬との親和性を評価した。

METHODS: For this study, we analysed 2301 complete viral sequences reported from SARS-CoV-2 infected patients. SARS-CoV-2 host genomes were collected from The Global Initiative on Sharing All Influenza Data (GISAID) database containing 9 genomes from pangolin-CoV origin and 3 genomes from bat-CoV origin, Wuhan SARS-CoV2 reference genome was collected from GeneBank database. The Multiple sequence alignment tool, Clustal Omega was used for genomic sequence alignment. The viral replicating enzyme, 3-chymotrypsin-like cysteine protease (3CL) that plays a key role in its pathogenicity was used to assess its affinity with pharmacological inhibitors and repurposed drugs such as anti-viral flavones, biflavanoids, anti-malarial drugs and vitamin supplements.

結果:

その結果、コウモリ-CoVは96％以上の同一性を有し、パンゴリン-CoVは武漢SARS-CoV-2ゲノムと85.98％以上の同一性を有していることが明らかになった。今回の詳細な解析により、南米とアフリカのウイルスゲノムに12の新規再発変異が確認されましたが、そのうち3つは南米に固有の変異、4つはアフリカに固有の変異、5つは両集団から分離された患者に存在していました。本研究では、最新のin silicoアプローチを用いて、ウイルス複製機構を制御するSARS-CoV-2 3CL酵素と再利用薬剤との相互作用をさらに調査した。

RESULTS: Our results demonstrate that bat-CoV shares > 96% similar identity, while pangolin-CoV shares 85.98% identity with Wuhan SARS-CoV-2 genome. This in-depth analysis has identified 12 novel recurrent mutations in South American and African viral genomes out of which 3 were unique in South America, 4 unique in Africa and 5 were present in-patient isolates from both populations. Using state of the art in silico approaches, this study further investigates the interaction of repurposed drugs with the SARS-CoV-2 3CL enzyme, which regulates viral replication machinery.

結論:

全体として、本研究は、進化する突然変異についての洞察を提供し、ウイルスの病原性を理解し、nCovid-19パンデミックに対抗するための化合物の再利用のための新しい戦略の可能性を示唆している。

CONCLUSIONS: Overall, this study provides insights into the evolving mutations, with implications to understand viral pathogenicity and possible new strategies for repurposing compounds to combat the nCovid-19 pandemic.