بررسي ساختار و عملكرد پروتئين اسپايك كروناويروس سندرم حاد تنفسي ۲ (SARS-CoV-2) با داكينگ مولكولي

مقدمه: بيش از دو سال از شيوع سندرم حاد تنفسي ويروس كرونا 2 (SARS-CoV-2) در ووهان چين مي‌گذرد. SARS-CoV-2 يك پاندمي بي‌سابقه (COVID-19) در عصر مدرن ايجاد كرده و تمام ساختارهاي علمي، اقتصادي و اجتماعي جهان را به چالش كشيده است. تحقيقات گسترده‌اي در سراسر جهان براي مطالعه ساختار و عملكرد پروتئين اسپايك SARS-CoV-2 از ابتداي پاندمي انجام شده‌اند. بنا بر مطالعات مختلف، نقش و اهميت پروتئين اسپايك در ورود SARS-CoV-2 به سلول‌هاي انساني ثابت شده است. ازجمله عوامل مهم و مؤثر در كنترل همه‌گيري كوويد-19، درك تغييرات ساختاري پروتئين اسپايك در واريانت‌هاي ويروس و اثربخشي داروها و واكسن‌ها در برابر واريانت‌هاي جديد SARS-CoV-2 است. با توجه به اهميت فراوان پروتئين اسپايك SARS-CoV-2، سعي شد در اين مطالعه ساختار و تعامل آن با گيرنده‌هاي سلولي با استفاده از ابزار بيوانفورماتيك بررسي شود. علاوه بر اين، اثر داروها و واكسن‌هاي موجود بر وارينت‌هاي مختلف SARS-CoV-2 بررسي شد.مواد و روش‏‏ها: روش‌هاي بيوانفورماتيك و داكينگ مولكولي براي مطالعه عملكرد اتصال پروتئين اسپايك به گيرنده‌هاي سلولي مختلف آن در بدن انسان استفاده شدند. براي انجام فرايند داكينگ مولكولي از وب سرور HDOCK و در مرحله بعد از وب سرور PDBsum براي بررسي‌هاي پس از داكينگ و اطمينان از صحت داده‌هاي به‌دست‌آمده استفاده شد. همچنين از نرم‌افزار PyMOL براي مطالعه و تجسم جهش‌هاي جايگزين و حذف در پروتئين اسپايك استفاده شد.نتايج: تفاوت در پروتئين اسپايك واريانت‌هاي SARS-CoV-2 با تصويرسازي‌هاي انجام‌گرفته، توسط نرم‌افزار PyMOL مقايسه شد. داده‌هاي حاصل از جهش‌هاي گسترده در پروتئين اسپايك واريانت اوميكرون نشان‌دهندة نوعي بازطراحي دوبارة پروتئين اسپايك بود. اين جهش‌هاي وسيع، تغييرات گسترده‌اي در ساختار و عملكرد پروتئين اسپايك به همراه دارد. براساس داده‌هاي حاصل از داكينگ مولكولي و مقايسه ميزان سطح انرژي (امتياز داكينگ) اتصال پروتئين اسپايك واريانت‌هاي مختلف ويروس با گيرنده‌هاي مختلف نشان‌دهندة بالابودن تمايل اتصال - با سطح انرژي پايين‌‌تر و پايدارتر پروتئين اسپايك - با گيرنده KREMEN1 نسبت به گيرنده اصلي ACE2 است. ميزان سطوح انرژي اتصال پروتئين اسپايك در واريانت‌هاي مختلف ويروس با ساير گيرنده‌ها غير از گيرنده KREMEN1 تقريباً مشابه بود يا اختلاف اندكي با سطوح انرژي اتصال پروتئين اسپايك در واريانت‌هاي مختلف ويروس با گيرنده اصلي ACE2 دارد.بحث و نتيجه‏ گيري: تفاوت زيادي در تمايل اتصال پروتئين اسپايك واريانت‌هاي نوظهور و مهم ويروس (اصلي، آلفا، دلتا و اوميكرون) با گيرنده ACE2 وجود ندارد؛ اما ميزان تمايل اتصال به گيرنده KREMEN1، رو به افزايش و در واريانت دلتا به اوج خود رسيده است. سطح انرژي اتصال پروتئين اسپايك به گيرنده KREMEN1 به‌طور محسوسي نسبت به ساير گيرنده‌ها منفي‌تر بوده و اين نشان‌دهندة ايجاد اتصالات و پايداري بيشتر است. با توجه به سطح انرژي‌هاي دريافتي از وب سرور HDOCK، مي‌توان نتيجه گرفت اگرچه گيرنده ACE2 گيرنده اصلي پروتئين اسپايك نام گرفته است، همچنان گيرنده‌هاي ديگري نيز با پايداري خوبي مي‌توانند به پروتئين اسپايك متصل شوند. براساس اطلاعات موجود، تاكنون هيچ گزارشي مبني بر انجام فرايند داكينگ بين پروتئين اسپايك با ساير گيرنده‌هاي غيراصلي پروتئين اسپايك (AXL، ASGR1 و KREMEN1) صورت نگرفته است؛ بنابراين، براي تأييد يا رد اين يافته‌ها بايد پژوهش‌هاي جامع‌تري انجام شود.