SARS-CoV-2 infecção e replicação: estudo da flexibilização conformacional por métodos de simulação molecular e química quântica

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Mendonça, José Gutembergue de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal da Paraíba
Brasil
Química
Programa de Pós-Graduação em Química
UFPB
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36892
Resumo: The emergence of the novel SARS-CoV-2 coronavirus, which has caused the ongoing global pandemic of coronavirus disease 2019 (Covid-19), has had an unparalleled impact on the lives of all humans. In this regard, proteases that are responsible for viral replication and infection, as well as mutant strains, have been a subject of concern for scientists, who are engaged in efforts to comprehend the conformational behavior of these proteases. It has been demonstrated that the zinc finger domain plays a pivotal role in the structural integrity of the Papain-Like Protease (PLpro) protein, exerting an influence on the conformational behavior of the ubiquitin-like domain. Moreover, mutations in the receptor-binding domain (RBD) have been observed to enhance the resistance of the virus to neutralizing antibodies and the affinity for the receptor. In this study, molecular dynamics simulations and quantum descriptor calculations were employed to elucidate potential inter-domain conformational variations and the reactivity of PLpro. Moreover, these methods were employed to assess the conformational variations of the RBD and its mutants, which were categorized based on their affinity for the receptor and resistance to antibodies. The results indicate that the Zn2+ cation, which is tetracoordinated with the cysteines in the PLpro structure, serves to stabilize the zinc finger region, thereby increasing the mobility and reactivity of the ubiquitin domain, particularly in the context of SARS-CoV-2. This indicates that this region exerts an influence on the binding conformations to the post-translational substrates of ubiquitin and ISG15, which are components of the antiviral immune response. The clustering of molecular dynamics trajectories enabled the extraction of the most populated structures within the conformational space of each system. The results for the RBD responsible for receptor binding demonstrated an increase in the fluctuation of residues 360-374 and in the receptor binding motif (RBM). It was observed that in the RBM region, there was a greater standard deviation for the mutations that exhibited reduced interaction with the receptor and increased resistance to antibodies. This phenomenon may be related to a greater conformational range and lower reactivity of these mutations, which may represent a strategy to evade the host’s immune response. The results obtained in this study may contribute to a greater understanding of the behavior and conformational patterns of two proteins involved in different stages of the viral life cycle: The PLpro responsible for infection and the spike protein, which is responsible for invading the host cell.
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It has been demonstrated that the zinc finger domain plays a pivotal role in the structural integrity of the Papain-Like Protease (PLpro) protein, exerting an influence on the conformational behavior of the ubiquitin-like domain. Moreover, mutations in the receptor-binding domain (RBD) have been observed to enhance the resistance of the virus to neutralizing antibodies and the affinity for the receptor. In this study, molecular dynamics simulations and quantum descriptor calculations were employed to elucidate potential inter-domain conformational variations and the reactivity of PLpro. Moreover, these methods were employed to assess the conformational variations of the RBD and its mutants, which were categorized based on their affinity for the receptor and resistance to antibodies. The results indicate that the Zn2+ cation, which is tetracoordinated with the cysteines in the PLpro structure, serves to stabilize the zinc finger region, thereby increasing the mobility and reactivity of the ubiquitin domain, particularly in the context of SARS-CoV-2. This indicates that this region exerts an influence on the binding conformations to the post-translational substrates of ubiquitin and ISG15, which are components of the antiviral immune response. The clustering of molecular dynamics trajectories enabled the extraction of the most populated structures within the conformational space of each system. The results for the RBD responsible for receptor binding demonstrated an increase in the fluctuation of residues 360-374 and in the receptor binding motif (RBM). It was observed that in the RBM region, there was a greater standard deviation for the mutations that exhibited reduced interaction with the receptor and increased resistance to antibodies. This phenomenon may be related to a greater conformational range and lower reactivity of these mutations, which may represent a strategy to evade the host’s immune response. The results obtained in this study may contribute to a greater understanding of the behavior and conformational patterns of two proteins involved in different stages of the viral life cycle: The PLpro responsible for infection and the spike protein, which is responsible for invading the host cell.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESO surgimento do novo coronavírus SARS-CoV-2, causador da pandemia da COVID-19, teve um impacto sem precedentes na vida de todos os seres humanos. Nesse sentido, as proteases responsáveis pela replicação e infecção viral, estudadas nesse trabalho, assim como as linhagens mutantes, têm sido motivo de preocupação para os cientistas, que buscam entender o comportamento conformacional dessas proteínas. Foi demostrado que, na Papain-Like Protease (PLpro), o domínio do dedo de zinco é fundamental para a estrutura da proteína e influencia o comportamento conformacional do domínio do tipo ubiquitina. Além disso, mutações no domínio de ligação ao receptor (RBD) podem aumentar a resistência a anticorpos neutralizantes e a afinidade com o receptor. Neste trabalho, foram realizadas simulações de dinâmica molecular e cálculos de descritores quânticos para entender as possíveis diferenças conformacionais inter-domínio e reatividade da PLpro. Adicionalmente, também foram utilizadas para avaliar as diferenças conformacionais do RBD e suas mutantes, classificadas de acordo com a afinidade ao receptor e resistência aos anticorpos. Os resultados sugerem que o cátion Zn2+ tetracoordenado com as cisteínas na estrutura da PLpro estabiliza a região do dedo de zinco, aumentando a mobilidade e a reatividade no domínio ubiquitina, sobretudo no SARS-CoV-2, sugerindo que essa região exerce influência nas conformações de ligação aos substratos pós-traducionais de ubiquitina e interferon que fazem parte da resposta imune antiviral. A clusterização das trajetórias de dinâmica molecular permitiu extrair as estruturas mais populosas para o espaço conformacional de cada sistema. Os resultados para o RBD responsável por infectar o receptor demonstraram que ocorre um aumento na flutuação dos resíduos 360-374 e no motivo de ligação ao receptor (RBM). Observou-se que na região do RBM ocorreu um desvio padrão maior para as mutações que apresentam menor interação com o receptor e maior resistência aos anticorpos. Esse fenômeno pode estar relacionado a uma maior abrangência conformacional e uma menor reatividade dessas mutações, possivelmente como estratégia para escapar da resposta imune do hospedeiro. Os resultados obtidos nesse trabalho podem contribuir para elucidar comportamentos e padrões conformacionais de duas proteínas envolvidas em diferentes estágios do ciclo de vida viral: A PLpro responsável pela replicação e a proteína Spike, que é responsável pela invasão da célula hospedeira.Universidade Federal da ParaíbaBrasilQuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFPBRocha, Gerd Bruno dahttp://lattes.cnpq.br/9404945858555096Lima, Leonardo Henrique Franca dehttp://lattes.cnpq.br/6226917583356395Mendonça, José Gutembergue de2025-12-17T13:50:41Z2024-11-092025-12-17T13:50:41Z2024-08-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesishttps://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/36892porAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPBinstname:Universidade Federal da Paraíba (UFPB)instacron:UFPB2025-12-18T06:11:13Zoai:repositorio.ufpb.br:123456789/36892Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://repositorio.ufpb.br/PUBhttp://tede.biblioteca.ufpb.br:8080/oai/requestdiretoria@ufpb.br|| bdtd@biblioteca.ufpb.bropendoar:2025-12-18T06:11:13Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFPB - Universidade Federal da Paraíba (UFPB)false
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