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

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. تحقیقات گسترده ای در سراسر جهان برای مطالعه ساختار و عملکرد پروتیین اسپایک SARS-CoV-2 از ابتدای پاندمی انجام شده اند. بنا بر مطالعات مختلف، نقش و اهمیت پروتیین اسپایک در ورود SARS-CoV-2 به سلول های انسانی ثابت شده است. ازجمله عوامل مهم و موثر در کنترل همه گیری کووید-19، درک تغییرات ساختاری پروتیین اسپایک در واریانت های ویروس و اثربخشی داروها و واکسن ها در برابر واریانت های جدید SARS-CoV-2 است. با توجه به اهمیت فراوان پروتیین اسپایک SARS-CoV-2، سعی شد در این مطالعه ساختار و تعامل آن با گیرنده های سلولی با استفاده از ابزار بیوانفورماتیک بررسی شود. علاوه بر این، اثر داروها و واکسن های موجود بر وارینت های مختلف SARS-CoV-2 بررسی شد.

مواد و روش‏‏ها:

 روش های بیوانفورماتیک و داکینگ مولکولی برای مطالعه عملکرد اتصال پروتیین اسپایک به گیرنده های سلولی مختلف آن در بدن انسان استفاده شدند. برای انجام فرایند 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 پروتیین اسپایک استفاده شد.

تفاوت در پروتیین اسپایک واریانت های SARS-CoV-2 با تصویرسازی های انجام گرفته، توسط نرم افزار PyMOL مقایسه شد. داده های حاصل از جهش های گسترده در پروتیین اسپایک واریانت اومیکرون نشان دهنده نوعی بازطراحی دوباره پروتیین اسپایک بود. این جهش های وسیع، تغییرات گسترده ای در ساختار و عملکرد پروتیین اسپایک به همراه دارد. براساس داده های حاصل از داکینگ مولکولی و مقایسه میزان سطح انرژی (امتیاز داکینگ) اتصال پروتیین اسپایک واریانت های مختلف ویروس با گیرنده های مختلف نشان دهنده بالابودن تمایل اتصال - با سطح انرژی پایین تر و پایدارتر پروتیین اسپایک - با گیرنده KREMEN1 نسبت به گیرنده اصلی ACE2 است. میزان سطوح انرژی اتصال پروتیین اسپایک در واریانت های مختلف ویروس با سایر گیرنده ها غیر از گیرنده KREMEN1 تقریبا مشابه بود یا اختلاف اندکی با سطوح انرژی اتصال پروتیین اسپایک در واریانت های مختلف ویروس با گیرنده اصلی ACE2 دارد.

بحث و نتیجه‏ گیری: 

تفاوت زیادی در تمایل اتصال پروتیین اسپایک واریانت های نوظهور و مهم ویروس (اصلی، آلفا، دلتا و اومیکرون) با گیرنده ACE2 وجود ندارد؛ اما میزان تمایل اتصال به گیرنده KREMEN1، رو به افزایش و در واریانت دلتا به اوج خود رسیده است. سطح انرژی اتصال پروتیین اسپایک به گیرنده KREMEN1 به طور محسوسی نسبت به سایر گیرنده ها منفی تر بوده و این نشان دهنده ایجاد اتصالات و پایداری بیشتر است. با توجه به سطح انرژی های دریافتی از وب سرور HDOCK، می توان نتیجه گرفت اگرچه گیرنده ACE2 گیرنده اصلی پروتیین اسپایک نام گرفته است، همچنان گیرنده های دیگری نیز با پایداری خوبی می توانند به پروتیین اسپایک متصل شوند. براساس اطلاعات موجود، تاکنون هیچ گزارشی مبنی بر انجام فرایند داکینگ بین پروتیین اسپایک با سایر گیرنده های غیراصلی پروتیین اسپایک (AXL، ASGR1 و KREMEN1) صورت نگرفته است؛ بنابراین، برای تایید یا رد این یافته ها باید پژوهش های جامع تری انجام شود.