ORF1ab

ORF1ab（ORF1a/bとも呼ばれる）は、コロナウイルスを含むウイルス群であるニドウイルスのゲノムに保存されている2つのオープンリーディングフレーム（ORF）、ORF1aとORF1bを総称する。これらの遺伝子は、タンパク質分解を受けて、プロテアーゼやレプリカーゼ-転写酵素複合体（RTC）の構成要素など、ウイルスのライフサイクルでさまざまな機能を持ついくつかの非構造タンパク質を形成する大きなポリタンパク質を発現する。 ^{[1] [2] [3] 2つのORFを合わせて}レプリカーゼ遺伝子と呼ばれることもある。^{[4]これらは、}リボソームがORF1aの末尾の終止コドンを超えて -1リーディングフレームで翻訳を継続できるようにするプログラムされたリボソームフレームシフトによって関連している。結果として生じるポリタンパク質は、 pp1aおよびpp1abとして知られている。^{[1] [2] [3] [4]}

ゲノム情報

SARS-CoV-2の最も初期の配列決定サンプルである分離株Wuhan-Hu-1のゲノム構成。ORF1aとORF1bの位置を示している。
NCBIゲノムID	86693
ゲノムサイズ	29,903 基地
完成年	2020
ゲノムブラウザ( UCSC )

ORF1aはゲノムの5'末端にある最初のオープンリーディングフレームです。ORF1abは合わせてゲノムの約3分の2を占め、残りの3分の1は3'末端にあり、構造タンパク質とアクセサリタンパク質をコードしています。^{[1] [2] [3]}これは、キャップ依存翻訳によって5'キャップされたRNAから翻訳されます。^[1]ニドウイルスは、比較的大きなRNAゲノム（コロナウイルスでは通常27〜32 kb ^{[1] ）での遺伝子発現を可能にするために、不連続な}サブゲノムRNA生成の複雑なシステムを持っていますが、ORF1abはゲノムRNAから直接翻訳されます。^[5] ORF1ab配列は非標準的なサブゲノムRNAで観察されていますが、その機能的意義は不明です。^[5]

プログラムされたリボソームフレームシフトにより、ORF1aを終結させるストップコドンの読み取りが-1の読み取りフレームで継続され、より長いポリタンパク質pp1abが生成されます。フレームシフトは滑りやすい配列で発生し、その後に擬似結び目 RNA二次構造が続きます。^{[1]これは、}マウスコロナウイルスでは20〜50％の効率で測定されており、^[6] SARS-CoV-2では45〜70％です^[7]。これにより、発現したpp1abタンパク質の約1.5〜2倍のpp1aという化学量論が得られます。 ^[2]

ポリプロテインpp1aとpp1abには約13～17個の非構造タンパク質が含まれています。^[3]これらは内部のシステインプロテアーゼドメインの作用により自己分解を受けて非構造タンパク質を放出します。^{[1] [2] [3]}

コロナウイルスには合計16個の非構造タンパク質があり、pp1aタンパク質には非構造タンパク質nsp1-11が含まれ、pp1abタンパク質にはnsp1-10とnsp12-16が含まれています。タンパク質分解処理は2つのプロテアーゼによって行われます。マルチドメインタンパク質nsp3にあるパパイン様プロテアーゼ タンパク質ドメインはnsp4までを切断し、3CLプロテアーゼ（メインプロテアーゼ、nsp5としても知られる）はポリタンパク質C末端を介してnsp5の残りの切断を行います。^{[1] [2]} pp1abポリタンパク質のC末端成分であるタンパク質nsp12-16には、ウイルスの複製に必要なコア酵素活性が含まれています。^{[1]タンパク質分解処理後、いくつかの非構造タンパク質が}レプリカーゼ-転写酵素複合体（RTC）と呼ばれる大きなタンパク質複合体に組み立てられ、ゲノムの複製と転写を実行します。^{[1] [2]}

5つの保存された「コアレプリカーゼ」タンパク質ドメインのセットは、すべてのニドウイルス系統（アルテリウイルス、メソニウイルス、ロニウイルス、コロナウイルス）に存在します。ORF1aは、両端に膜貫通ドメインが隣接する主要なプロテアーゼです。ORF1bは、NiRANとして知られるヌクレオチジルトランスフェラーゼドメイン、 RNA依存性RNAポリメラーゼ（RdRp）、亜鉛結合ドメイン、ヘリカーゼです。^{[3] [9]}（膜貫通領域を別々に数えて、7つのドメインと見なされることもあります。^[4]）さらに、エンドリボヌクレアーゼドメインは、脊椎動物の宿主に感染するすべてのニドウイルスに見られます。他のニドウイルス系統よりもゲノムが小さいアルテリウイルスには、メチルトランスフェラーゼと、より大きなゲノムを持つニドウイルスで保存されているドメインである校正エキソリボヌクレアーゼも欠けています。 ^[3]この校正機能は、大きなRNAゲノムを複製するための十分な忠実性に必要であると考えられていますが、一部のウイルスでは追加の役割を果たす可能性もあります。^[9]

コロナウイルスでは、pp1aとpp1abを合わせて16個の非構造タンパク質が含まれており、以下の機能を持っています。^{[1] [2] [10] [11]}

ORF1a、ORF1b、およびそれらを分離するフレームシフトを含むゲノムの構造と構成は、ニドウイルス間で保存されています。主に遺伝子融合を伴ういくつかの「非標準的な」ニドウイルス構造が記述されています。^[4]最大のニドウイルスであるプラナリア分泌細胞ニドウイルス（PSCNV）は、41kbのゲノムを持ち、ORF1a、ORF1b、および構造タンパク質を含む下流のORFが融合し、13,000アミノ酸を超えるポリタンパク質をコードする単一の大きなORFとして発現するという非標準的なゲノム構造を持っています。^{[4] [12]}これらの非標準的なゲノムでは、他のフレームシフト位置またはストップコドンリードスルーを使用して、ウイルスタンパク質の化学量論を調節する場合があります。^[4]

ニドウイルスのゲノムサイズは、通常 12～15kb のアルテリウイルスから27～32kb のコロナウイルスまで、幅広く異なります。ニドウイルスの進化の歴史は、ウイルスのRNA 依存性 RNA ポリメラーゼ(RdRp) の複製メカニズムの忠実度が比較的低いにもかかわらず、非常に大きな RNA ゲノムの複製を理解する上で研究上の関心事となっています。^[4]より大きなニドウイルスのゲノム (約 20kb 以上^[3] ) は、複製の忠実度に必要であると考えられる校正エキソリボヌクレアーゼ(コロナウイルスでは nsp14) をコードしています。 ^{[9] [1]}

コロナウイルスの中で、ORF1abは構造タンパク質をコードする3' ORFよりも高度に保存されている。^[11] COVID-19パンデミックの間、SARS-CoV-2ウイルスのゲノムは何度も配列決定され、何千もの異なる変異体が特定された。2020年7月の世界保健機関の分析では、ORF1abが最も頻繁に変異した遺伝子であり、スパイクタンパク質をコードするS遺伝子がそれに続いた。ORF1ab内で最も頻繁に変異したタンパク質はパパイン様プロテアーゼ（nsp3）であり、最も一般的に観察されたミスセンス変異はRNA依存性RNAポリメラーゼであった。^[13] COVID-19を検出する一部のPCR検査では、検体を分析してORF1ab遺伝子などを調べる。^[14]