شبیه سازی و مقایسه ساختار سوم پروتئین اسپایک SARS-CoV-2 ، Bat-SL-CoVZC21، PCoV_GX-P4L و شناسایی اسیدهای آمینه هات اسپات در ایجاد ساختار تریمر پروتئین

بیماری کووید-19 با علایم حاد تنفسی در سال 2019 ظاهر شد. این بیماری با تب، سرفه و عوارض شدید تنفسی همراه بود. عامل بیماری متعلق به خانواده بتا کرونا ویروس بوده و تحت عنوان SARS-CoV-2 نامگذاری شد. شیوع کووید-19 و ایجاد حالت اپیدمیک جهانی موجب شد تلاشهای بسیاری برای شناخت ساختار و عملکرد این ویروس انجام شود. پروتیین اسپایک، یک پروتیین گلیکوزیله نسبتا سنگین است که از سه زیر واحد یکسان ساخته شده است و به صورت یک هومو تریمر در سطح ویروس ظاهر می شود. این پروتیین پس از اتصال به گیرنده سطح سلول میزبان (آنزیم مبدل آنژیوتانسین-2) دچار تغییر ساختاری می شود و در نهایت موجب ورود ویروس درون سلول میزبان می شود. این روند برای ورود ویروس ها به درون سلول های انسانی و آلوده کردن آنها لازم است. بنابراین شناخت جزییات ساختاری این پروتیین نقش مهمی در درک عملکرد آن بازی می کند.

ابتدا ساختار سوم پروتیین های اسپایک مربوط به SARS-CoV-2 (کرونا ویروس انسانی)، bat-SL-CoVZC21 (کرونا ویروس خفاش) و PCoV_GX-P4L (کرونا ویروس پانگولین) از طریق همولوژی مدلینگ ساخته شد. این ساختارها پس از ارزیابی و اعتبار سنجی، به کمک نرم افزار NAMD شبیه سازی شدند. ویژگی ساختاری پروتیین های اسپایک از نظر شکل فضایی، اندازه گیری مساحت سطح رابط بین مونومرها، پارامترهای ترمودینامیکی، تعیین پایداری ساختارهای تریمر و شناسایی اسیدهای آمینه مهم در ایجاد اتصالات بین زیرواحدها ارزیابی شدند.

ارزیابی زیر واحدهای سازنده پروتیین تریمر اسپایک نشان دادند پروتیین های اسپایک در  SARS-CoV-2دارای بیشترین مقدار ΔGdiss (kcal/mol 113/2) است که بیانگر پایدار بودن ساختار پروتیین تریمر در بین سایر پروتیین های اسپایک می باشد. کمترین میزان ΔGdiss (kcal/mol 100/6) برای پروتیین اسپایک PCoV_GX-P4L بدست آمد. مساحت سطح رابط بین زیر واحدها در تمام پروتیین های اسپایک تقریبا یکسان بود. اسیدهای آمینه Y369, D405, Y707 در زیر واحد A و Y369 ،D574,Y707,Y837,D985 در زیر واحد B و Y707 در زیر واحد C بعنوان اسیدهای آمینه هات اسپات قرمز برای پروتیین اسپایک SARS-CoV-2 شناخته شدند.

بررسی ساختار پروتیین های سطح ویروس در مقیاس اتمی، و شناخت رزیدوهای هات اسپات که نقش مهمی در ایجاد اتصالات بین مونومری بازی می کنند، دریچه ای به سمت شناخت و عملکرد بیشتر ویروس ایجاد کرده است و به این ترتیب می تواند اطلاعات جدیدی برای خنثی سازی این ویروس فراهم می کند.