Estudos estruturais teóricos do complexo formado entre o domínio extracelular da proteína Spike do vírus SARS-CoV-2 ligado ao receptor celular humano ACE2 utilizando espalhamento de raios-X a baixo ângulo: Variantes de preocupação B.1.1.7, B.1.351, P.1 e B.1.617.2
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Data
Autores
Orientador
Neto, Mario de Oliveira 
Coorientador
Pós-graduação
Curso de graduação
Física Médica - IBB
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Tipo
Trabalho de conclusão de curso
Direito de acesso
Acesso aberto
Resumo
Resumo (português)
O surgimento de um novo coronavírus SARS-CoV-2 (agente causador da COVID-19)
na China no final de 2019 causou, e segue causando até o momento, preocupações
significativas em termos de saúde pública mundial. A região RBD (Receptor Binding
Domain) da glicoproteína trimérica Spike do coronavírus quando ligado ao receptor
celular humano ACE2 (Angiotensin-Converting Enzyme 2) formam um complexo
responsável por permitir a entrada do vírus na célula promovendo a COVID-19. Para a
realização do estudo desse complexo e das suas proteínas individuais foi utilizado o
espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS), sendo ele um método muito útil para a
caracterização de proteínas em solução e análise dos parâmetros geométricos das
estruturas. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo, realizar uma análise
teórica de SAXS a partir de simulações de curvas espalhamento, utilizando estruturas
proteicas de alta resolução coletadas no banco de dados PDB (Protein Data Bank), da
proteína Spike em sua forma nativa e de suas variantes de preocupação. Além do que, o
trabalho também buscou promover um estudo das interfaces de interação e
oligomerização da proteína Spike nativa e analisar se os resíduos mutados em suas
variantes fazem parte da interface de trimerização e/ou da interface de formação do
complexo com a ACE2, verificando a influência dessas mutações na interação dessas
possíveis interfaces. Assim, diante das curvas simuladas das estruturas, foram obtidos
resultados relacionados à forma das proteínas, baseado no perfil de suas p(r), e dos seus
parâmetros estruturais, raio de giro (Rg) e diâmetro máximo (Dmáx). Também foram
adquiridos resultados referentes aos aminoácidos da Spike nativa responsáveis pela sua
interface de trimerização e interação na formação do complexo entre a glicoproteína e o
receptor ACE2. Além disso, foram obtidos dados relativos aos aminoácidos mutados
das variantes da proteína Spike e se avaliou a influência dessas mutações na interface de
oligomerização do trímero e na interface de formação do complexo com a ACE2. Desse
modo, a análise dos resultados mostrou que as mutações não fazem parte da interface de
trimerização da proteína, porém, estão presentes na região RBD das variantes de
preocupação. Observou-se que as mutações não alteram a forma das estruturas,
entretanto, podem ser responsáveis pelas alterações dos parâmetros estruturais das
proteínas em solução. Além disso, se verificou que as mutações na RBD influenciam no
aumento da afinidade da proteína Spike na formação do complexo com a ACE2 e no
escape do vírus do sistema imunológico humano. Logo, é necessário ressaltar a
importância de se obter resultados experimentais de SAXS das estruturas estudadas em
solução, visando realizar um melhor estudo das proteínas e uma melhor comparação das
mesmas com suas estruturas obtidas por meio de cristalização, sendo também
fundamental realizar uma análise de todas as mutações existentes na proteína Spike das
variantes além das presentes na região RBD, assim possibilitando uma verificação mais
concreta da predominância dessas variantes em relação à forma nativa do SARS-CoV-2.
Resumo (inglês)
The emergence of a new coronavirus SARS-CoV-2 (the causative agent of COVID-19)
in China at the end of 2019 caused and continues to cause significant concerns in terms
of global public health. The RBD (Receptor Binding Domain) region of the Spike
trimeric glycoprotein of the coronavirus when linked to the human cell receptor ACE2
(Angiotensin-Converting Enzyme 2) forms a complex responsible for allowing the entry
of the virus into the cell promoting COVID-19. To carry out the study of this complex
and its individual proteins, small angle X-rays scattering (SAXS) was used, which is a
very useful method for the characterization of proteins in solution and analysis of the
geometric parameters of the structures. In view of this, the present work aimed to carry
out a theoretical analysis of SAXS from simulations of scattering curves, using highresolution protein structures collected in the PDB (Protein Data Bank) database, of the
Spike protein in its native form and of its worry variants. In addition, the work also
sought to promote a study of the interaction and oligomerization interfaces of the native
Spike protein and to analyze whether the mutated residues in its variants are part of the
trimerization interface and/or the complex formation interface with ACE2, verifying the
influence of these mutations on the interaction of these possible interfaces. Thus, in
view of the simulated curves of the structures, results related to the shape of the proteins
were obtained, based on the profile of their p(r), and their structural parameters, radius
of gyration (Rg) and maximum diameter (Dmax). Results regarding the native Spike
amino acids responsible for its trimerization interface and interaction in the formation of
the complex between the glycoprotein and the ACE2 receptor were also acquired.
Furthermore, data related to the mutated amino acids of the Spike protein variants were
obtained and the influence of these mutations on the oligomerization interface of the
trimer and on the interface of complex formation with ACE2 was evaluated. Thus, the
analysis of the results showed that the mutations are not part of the protein trimerization
interface, however, they are present in the RBD region of the variants of concern. It was
observed that the mutations do not change the shape of the structures, however, they
may be responsible for changes in the structural parameters of the proteins in solution.
In addition, it was found that mutations in RBD influence the increase in the affinity of
the Spike protein in the formation of the complex with ACE2 and in the escape of the
virus from the human immune system. Therefore, it is necessary to emphasize the
importance of obtaining experimental SAXS results of the structures studied in solution,
aiming to carry out a better study of the proteins and a better comparison of the same
with their structures obtained through crystallization, and it is also essential to carry out
an analysis of all the existing mutations in the Spike protein of the variants in addition
to those present in the RBD region, thus enabling a more concrete verification of the
predominance of these variants in relation to the native form of SARS-CoV-2.
Descrição
Palavras-chave
Proteina spike, Receptor Binding Domain, SARS-CoV-2, SAXS, Variantes de preocupação
Idioma
Português
