ORF1ab

ORF1ab (also ORF1a/b) refers collectively to two open reading frames (ORFs), ORF1a and ORF1b, that are conserved in the genomes of nidoviruses, a group of viruses that includes coronaviruses. The genes express large polyproteins that undergo proteolysis to form several nonstructural proteins with various functions in the viral life cycle, including proteases and the components of the replicase-transcriptase complex (RTC).^[1][2][3] Together the two ORFs are sometimes referred to as the replicase gene.^[4] They are related by a programmed ribosomal frameshift that allows the ribosome to continue translating past the stop codon at the end of ORF1a, in a -1 reading frame. The resulting polyproteins are known as pp1a and pp1ab.^[1][2][3][4]

ORF1a is the first open reading frame at the 5' end of the genome. Together ORF1ab occupies about two thirds of the genome, with the remaining third at the 3' end encoding the structural proteins and accessory proteins.^[1][2][3] It is translated from a 5' capped RNA by cap-dependent translation.^[1] Nidoviruses have a complex system of discontinuous subgenomic RNA production to enable expression of genes in their relatively large RNA genomes (typically 27-32kb for coronaviruses^[1]), but ORF1ab is translated directly from the genomic RNA.^[5] ORF1ab sequences have been observed in noncanonical subgenomic RNAs, though their functional significance is unclear.^[5]

プログラムされたリボソームのフレームシフトにより、ORF1a を終結させるストップコドンを読み飛ばして-1 の読み取りフレームで継続し、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、擬似ノットRNA 二次構造が続くスリッパリー配列で発生します。^{[ 1 ]}この効率は、マウスコロナウイルスでは 20～50% 、^{[ 6 ]} SARS-CoV-2では 45～70% ^{[ 7 ]}と測定されており、pp1ab タンパク質の約 1.5～2 倍の pp1aタンパク質が発現します。 ^{[ 2 ]}

ポリタンパク質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、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nsp1-11の非構造タンパク質が含まれ、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、多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がnsp4まで切断し、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）がポリタンパク質の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nsp12-16タンパク質には、ウイルス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集合して、複製酵素-転写酵素複合体（RTC）として知られる大きなタンパク質複合体を形成し、ゲノム複製と転写を実行します。^{[ 1 ] [ 2 ]}

ORF1a、ORF1b、およびそれらを隔て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る。遺伝子融合を主因とする「非標準的な」ニドウイルス構造がいくつか報告されている。^{[ 4 ]}既知のニドウイルスの中で最大の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個以上のアミノ酸からなるポリタンパク質をコードする単一の大きなORFとして発現する非標準的なゲノム構造を持つ。^{[ 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終止コドンの読み飛ばしが、ウイルス蛋白質の化学量論を調節するために使用されることがある。^{[ 4 ]}

ニドウイルスは、ゲノムサイズが大きく異なり、典型的には 12～15kb のゲノムを持つアルテリウイルスから、27～32kb のコロナウイルスまで様々です。ウイルスのRNA 依存性 RNA ポリメラーゼ(RdRp)の複製機構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ために、その進化の歴史は研究上の関心を集めてきました。^{[ 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と考えられてい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、数千の異なる変異が特定された。 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内で最も一般的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単一のミスセンス変異は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、検体中のORF1ab遺伝子などを分析する。^{[ 14 ]}