SARS-CoV-2 yapısal olmayan protein-13 (helikaz) mutasyonlarının protein yapıda ortaya çıkarabileceği değişimlerin incelenmesi
Investigation of the changes that can be occurred in the protein structure caused by SARS-CoV-2 non-structural protein-13 (helicase) mutations
Yazar: MEHMET EMİN ALHAN
Danışman: DOÇ. DR. EKREM AKBULUT
Malatya Turgut Özal Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering ; Enfeksiyon Hastalıkları ve Klinik Mikrobiyoloji = Infectious Diseases and Clinical Microbiology ; Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Mikrobiyoloji = Microbiology ; Moleküler biyoloji = Molecular biology

Özet:
Korona Virüs Hastalığı 2019, şiddetli akut solunum sendromu Koronavirüsü-2 (SARS-CoV-2)'nin patolojik etmen olduğu viral bir hastalıktır. SARS-CoV-2 helikaz (yapısal olmayan protein-13), viral genomun replikasyonu sürecinde hayati bir role sahiptir. SARS-CoV-2 helikaz viral replikasyonun baskılanması amacı ile geliştirilecek antiviral ilaç çalışmalarının odağında yer almaktadır. Mutasyonlar protein yapı ve stabilitesinde değişikliklere neden olarak hastalığın seyri ve antivirallerin yanıtlarını etkileyebilmektedir. Bu çalışmada SARS-CoV-2 helikaz proteinini kodlayan nsp13'deki mutasyonların protein yapı ve stabilitesinde ortaya çıkarabileceği değişimler hastalığın seyrinin anlaşılması ve geçerli antivirallerin geliştirilmesi çalışmalarına katkı sunmak amacı ile araştırıldı. 
SARS-CoV-2 virüsü ile enfekte 1616 Avrupa ve 2483 Amerika izolatına ait nsp13 sekans verileri Mega XI yazılımı kullanılarak derlendi. Amerika izolatlarında 7 (Ser36Pro, Thr127Asn, His164Tyr, Met233Ile, Ala368Val, Ala389Val, Thr599Ile), Avrupa izolatlarında 2 (Pro77Leu, Gly170Ser) ve her iki izolatta ortak olan 2 (Tyr324Cys, Arg394Cys) mutasyon belirlendi. Mutant protein yapıları Robetta aracı ile modellendi. Model kaliteleri Molprobity ve QMEAN araçları kullanılarak değerlendirildi. Model kalite skorlarının kabul edilebilir aralıkta olduğu tespit edildi. Mutasyonların protein yapı ve stabilitesi üzerindeki etkileri SDM2, mCSM, DUET ve DynaMut2 araçları kullanılarak analiz edildi. Bu mutasyonların on tanesi (Ser36Pro,Pro77Leu,Thr127Asn,Gly170Ser,Met233Ile,Thr324Cys,Ala368Val, Ala389Val,Arg392Cys,Thr599Ile) protein stabilitesinde azalmaya (-4.37 ≤ ΔΔGstability ≤ -0.005) neden olurken, bir tanesi (His164Tyr) protein stabilitesinde artış ile sonuçlandı (0.003≤ ΔΔGstability≤1.51).        
Sonuç olarak nsp13'deki topolojik ve stabilite değişimleri, terapötiklerin etkinliğinde değişikliğe neden olabilir. SARS-CoV-2'nin nsp13'ü için Avrupa ve Amerika izolatlarında görülen farklı mutasyonlar viral etkinlik açısından farklı fenotiplerin ortaya çıkışına neden olabilir. Farklı coğrafik bölgelerde farklı tedavi yaklaşımları virüse karşı yürütülen mücadele çalışmalarını başarıya ulaştırabilir.

Abstract:
Corona Virus Disease 2019 is a viral disease in which severe acute respiratory syndrome Coronavirus-2 (SARS-CoV-2) is the pathological agent. SARS-CoV-2 helicase (non-structural protein-13) has a vital role in the process of replication of the viral genome. SARS-CoV-2 helicase is at the center of antiviral drug studies to be developed to suppress viral replication. Mutations may affect the course of the disease and the responses of antivirals by causing changes in protein structure and stability. In this study, the changes that mutations in nsp13, which encodes the SARS-CoV-2 helicase protein, may cause in protein structure and stability were investigated in order to contribute to the understanding of the course of the disease and the development of valid antivirals.
The sequence data of 1616 European, and 2483 American isolates infected with the SARS-CoV-2 virus were compiled using Mega XI software. Seven mutations (Ser36Pro,Thr127Asn,His164Tyr, Met233Ile,Ala368Val,Ala389Val,Thr599Ile) in American isolates, two mutations (Pro77Leu, Gly170Ser) in European isolates, and two mutations (Tyr324Cys,Arg394Cys) common to both isolates were identified. Mutant protein structures were modeled with the Robetta tool. Model quality was evaluated using Molprobity and QMEAN tools. The model quality scores were found to be within the acceptable range. The effects of mutations on protein structure and stability were analyzed using SDM2, mCSM, DUET and DynaMut2 tools. Ten of these mutations (Ser36Pro,Pro77Leu,Thr127Asn, Gly170Ser, Met233Ile,Thr324Cys,Ala368Val,Ala389Val,Arg392Cys,Thr599Ile) caused a decrease in protein stability (-4.37≤ ΔΔGstability≤-0.005), while one of them (His164Tyr) resulted in increased protein stability (0.003≤ ΔΔGstability≤1.51).
Consequently, topological and stability changes in nsp13 may lead to changes in the effectiveness of therapeutics. Different mutations for nsp13 of SARS-CoV-2 seen in European and American isolates may lead to the emergence of different phenotypes in terms of viral activity. Different treatment approaches in different geographical regions can make the fight against the virus successful.