بررسی ساختار و عملکرد پروتئین اسپایک کروناویروس سندرم حاد تنفسی ۲ (SARS-CoV-2) با داکینگ مولکولی

نوع مقاله : پژوهشی- فارسی

نویسندگان

1 گروه علوم زیستی، دانشکده علوم، دانشگاه کردستان، سنندج، ایران

2 گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران

چکیده

مقدمه: بیش از دو سال از شیوع سندرم حاد تنفسی ویروس کرونا 2 (SARS-CoV-2) در ووهان چین می گذرد. SARS-CoV-2 یک پاندمی بی سابقه (COVID-19) در عصر مدرن ایجاد کرده و تمام ساختارهای علمی، اقتصادی و اجتماعی جهان را به چالش کشیده است. با توجه به اهمیت فراوان پروتئین اسپایک SARS-CoV-2، سعی شد در این مطالعه ساختار و تعامل آن با گیرنده‌های سلولی با استفاده از ابزار بیوانفورماتیک بررسی شود. علاوه بر این، اثر داروها و واکسن‌های موجود بر وارینت های مختلف SARS-CoV-2 بررسی شد.

مواد و روش‌ها: روش‌های بیوانفورماتیک و داکینگ مولکولی برای مطالعه عملکرد اتصال پروتئین اسپایک به گیرنده‌های سلولی مختلف آن در بدن انسان مورد استفاده قرار گرفت. برای انجام فرآیند داکینگ مولکولی از وب سرور HDOCK و در مرحله بعد از وب سرور PDBsum برای بررسی های پس از داکینگ و اطمینان از صحت داده های به دست آمده استفاده شد. همچنین از نرم افزار PyMOL برای مطالعه و تجسم جهش های جایگزین و حذف در پروتئین اسپایک استفاده شد.

نتایج: داده‌های حاصل از جهش‌های گسترده در پروتئین اسپایک واریانت اومیکرون نشان دهنده نوعی بازطراحی دوباره پروتئین اسپایک بود. این جهش‌های وسیع، تغییرات گسترده‌ای در ساختار و عملکرد پروتئین اسپایک به همراه دارد. بر اساس داده‌های حاصل از داکینگ مولکولی و مقایسه میزان سطح انرژی (امتیاز داکینگ) اتصال پروتئین اسپایک واریانت‌های مختلف ویروس با گیرنده‌های مختلف، نشان از بالا بودن تمایل اتصال - با سطح انرژی پایین‌‌تر و پایدارتر پروتئین اسپایک - با گیرنده KREMEN1 نسبت به گیرنده اصلی ACE2 دارد.

بحث و نتیجه گیری: تفاوت زیادی در تمایل اتصال پروتئین اسپایک واریانت‌های نوظهور و مهم ویروس (اصلی، آلفا، دلتا و اومیکرون) با گیرنده ACE2 وجود ندارد اما میزان تمایل اتصال به گیرنده KREMEN1 رو به افزایش است و در واریانت دلتا به اوج خود رسیده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Structure and function study of SARS-CoV-2 spike protein by molecular docking

نویسندگان [English]

  • Navid Mohammadjani 1
  • Morahem Ashengroph 1
  • Farshad Darvishi 2
1 Department of Biological Sciences, Faculty of Sciences, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
2 Department of Microbiology, Faculty of Biological Sciences, Alzahra University, Tehran, Iran
چکیده [English]

Introduction: It has been more than two years since the outbreak of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in Wuhan, China. The SARS-CoV-2 has created an unprecedented pandemic (COVID-19) in the modern era and challenged all the scientific, economic, and social structures of the world. Extensive worldwide research has been conducted to study the structure and function of the SARS-CoV-2 spike protein since the beginning of the pandemic. Due to the great importance of spike protein SARS-CoV-2, it was tried to study its structure and interaction with cellular receptors using bioinformatics tools in this study. Furthermore, the effects of different SARS-CoV-2 variants on existing drugs and vaccines were reviewed.

Materials and methods: The bioinformatics methods and molecular docking was used to study the binding function of spike protein to its various cellular receptors in the human body. HDOCK web server was used to perform the molecular docking process and in the next step, PDBsum web server was used for post-docking checks and to ensure the accuracy of the obtained data. PyMOL software was also used to study and visualize replacement and deletion mutations in the spike protein.

Results: These massive mutations cause extensive changes in the structure and function of the spike protein. Based on the data obtained from molecular docking and comparing the energy level (docking score) of spike protein binding of different variants of the virus with different cellular receptors, indicate a high tendency of the spike protein to bind, with lower energy levels and more stable, to KREMEN1 receptor than the main ACE2 receptor. The level of spike protein binding energy levels of different virus variants was almost similar to other receptors (except the KREMEN1 receptor) or slightly different from the spike protein binding energy levels with main ACE2 receptor.

کلیدواژه‌ها [English]

  • SARS-CoV-2
  • Spike
  • ACE2 receptor
  • Mutation
  • New variants
  • Bioinformatics