ABSTRACT In this research, we aimed to predict the relative risk of the recent new variants of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) on the basis of our previous research. We first performed molecular docking simulation analyses of the spike proteins with human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) to determine the binding affinities to human cells of three new variants of SARS-CoV-2: Omicron BQ.1, XBB, and XBB.1.5 We then investigated the three variants to discover the evolutionary distance of the spike protein gene (S gene) from the Wuhan, Omicron BA.1, and Omicron BA.4/5 variants, to understand the changes in the S gene. The results indicated that the XBB.1.5 variant had the highest binding affinity of the spike protein with ACE2 and the longest evolutionary distance of the S gene. This in silico evidence suggested that the XBB.1.5 variant may produce infections that spread more widely and faster than can infections of preexisting variants.

ABSTRACT Variants of a coronavirus (SARS-CoV-2) have been spreading in a global pandemic. Improved understanding of the infectivity of future new variants is important so that effective countermeasures against them can be quickly undertaken. In our research reported here, we aimed to predict the infectivity of SARS-CoV-2 by using a mathematical model with molecular simulation analysis, and we used phylogenetic analysis to determine the evolutionary distance of the spike protein gene (S gene) of SARS-CoV-2. We subjected the six variants and the wild type of spike protein and human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) to molecular docking simulation analyses to understand the binding affinity of spike protein and ACE2. We then utilized regression analysis of the correlation coefficient of the mathematical model and the infectivity of SARS-CoV-2 to predict infectivity. The evolutionary distance of the S gene correlated with the infectivity of SARS-CoV-2 variants. The coefficient of the mathematical model obtained with results of molecular docking simulation also correlated with the infectivity of SARS-CoV-2 variants. These results suggest that the data from the docking simulation for the receptor binding domain of variant spike proteins and human ACE2 were valuable for prediction of SARS-CoV-2 infectivity. In addition, we developed a mathematical model for prediction of SARS-CoV-2 variant infectivity by using binding affinity obtained via molecular docking and the evolutionary distance of the S gene.

ABSTRACT Objectives In our previous research, we developed a mathematical model via molecular simulation analysis to predict the infectivity of seven SARS-CoV-2 variants. In this report, we aimed to predict the relative risk of the recent new variants of SARS-CoV-2 as based on our previous research. Methods We subjected Omicron BA.4/5 and BA.2.75 variants of SARS-CoV-2 to the analysis to determine the absolute evolutionary distance of the spike protein gene (S gene) of the variants from the Wuhan variant so as to appreciate the changes in the spike protein. We performed the molecular docking simulation analyses of the spike proteins with human angiotensin-converting enzyme 2 (ACE2) to understand the docking affinities of these variants. We then compared the evolutionary distances and the docking affinities of these variants with those of the seven variants that we had analyzed in our previous research. Results The evolutionary distances of the S gene in BA.4/5 and BA.2.75 from the Wuhan variant were longer than those of the other variants. BA.2.75 had the highest docking affinity of the spike protein with ACE2 (ratio per Wuhan variant). Conclusion The important results from this analysis are the following: BA.2.75 has both the highest docking affinity and the longest evolutionary distance of the S gene. These results suggest that BA.2.75 infection can spread farther than can infections of preexisting variants.

Isolated growth hormone deficiency type II (IGHD2) is mainly caused by heterozygous splice-site mutations in intron 3 of the GH1 gene. A dominant negative effect of the mutant growth hormone (GH) lacking exon 3 on wild-type GH secretion has been proposed; however, the molecular mechanisms involved are elusive. To uncover the molecular systems underlying GH deficiency in IGHD2, we established IGHD2 model mice, which carry both wild-type and mutant copies of the human GH1 gene, replacing each of the endogenous mouse Gh loci. Our IGHD2 model mice exhibited growth retardation associated with intact cellular architecture and mildly activated ER stress in the pituitary gland, caused by decreases in the growth hormone releasing hormone receptor (Ghrhr) and Gh gene promoter activities. Decreases in Ghrhr and Gh promoter activities were likely caused by reduced levels of nuclear CREB3L2, which was demonstrated to stimulate the activity of the Ghrhr and Gh promoters. This is the first in vivo study revealing a novel molecular mechanism of GH deficiency in IGHD2, representing a new paradigm, differing from widely accepted models.

Dystrophinopathy is caused by alterations in the dystrophin gene. The severe phenotype, Duchenne muscular dystrophy (DMD), is caused by a lack of dystrophin in skeletal muscles, resulting in necrosis and regenerating fibers, inflammatory cells, and muscle fibrosis. Progressive muscle weakness is a characteristic finding of this condition. Here, we encountered a rare case of a 10-year-old patient with asymptomatic dystrophinopathy with no dystrophin expression and investigated the reason for the absence of muscle weakness to obtain therapeutic insights for DMD. Using RNA-seq analysis, gene expression in skeletal muscles was compared among patients with asymptomatic dystrophinopathy, three patients with typical DMD, and two patients without dystrophinopathy who were leading normal daily lives. Cathepsin K (CTSK), myosin heavy chain 3 (MYH3), and nodal modulator 3-like genes exhibited a >8-fold change, whereas crystallin mu gene (CRYM) showed a <1/8-fold change in patients with typical DMD compared with their expression in the patient with asymptomatic dystrophinopathy. Additionally, CTSK and MYH3 expression exhibited a >16-fold change (P < 0.01), whereas CRYM expression showed a <1/16-fold change (P < 0.01) in patients with typical DMD compared with their expression in those without dystrophinopathy. CTSK plays an essential role in skeletal muscle loss, fibrosis, and inflammation in response to muscles injected with cardiotoxin, one of the most common reagents that induce muscle injury. Increased CTSK expression is associated with muscle injury or necrosis in patients with DMD. The lack of muscle weakness in the patient with asymptomatic dystrophinopathy might be attributed to the low CTSK expression in the muscles. To the best of our knowledge, this is the first report to demonstrate that CTSK expression was significantly higher in the skeletal muscles of patients with DMD with a typical phenotype than in those without dystrophinopathy.