SARS-CoV-2 varyantlarında spike protein reseptör bağlanma bölgelerinin analizi
Analysis of spike protein receptor binding domains in SARS-CoV-2 variants
Yazar: EMRE CAN YILDIZ
Danışman: PROF. DR. DİLEK BALIK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
SARS-CoV-2 virüsü, yapısındaki spike (S) proteini reseptör bağlanma bölgesi (RBD), insan hücrelerindeki anjiyotensin dönüştürücü enzim 2 (ACE2) reseptörüne bağlanarak yeni koronavirüs hastalığına (COVID-19) neden olmaktadır. S proteini yapısal işlevinden dolayı aşı, tanı ve tedavi geliştirme yaklaşımlarında kullanılan en temel hedeftir. SARS-CoV-2 için geliştirilen aşılar enfeksiyon riskini azaltmış olsa da S proteini üzerinde görülen ve zaman içinde yaygınlaşan mutasyonlar aşıların etkisinin azalmasına neden olmaktadır, bu yüzden ilaç tedavisine olan ihtiyaç devam etmektedir. Bu tez çalışmasının amacı, SARS-CoV-2 S proteinin etkisini azaltabilecek ilaçların in silico yöntemler kullanarak analizini gerçekleştirmek ve hastalıkla mücadele için ileri tedavi amaçlı çalışmalara ışık tutabilecek mutant S proteini ifade eden genin rekombinant olarak üretilmesidir. Bu amaçlar doğrultusunda, FDA onaylı antiviral ilaçların ve bilinen antiviral aktiviteye sahip ilaçların S protein RBD'ye bağlanma potansiyelini SARS-CoV-2 Alfa (B.1.1.7), Beta (B.1.351), Gamma (P.1), Delta (B.1.617.2), Delta Plus (AY.1 veya B.1.617.2.1), Mu (B. 1.621), Omicron (B.1.1.529) ve BA.2 (Omicron alt soyu) varyantları için moleküler yanaştırma ile analizi gerçekleştirilmiştir. Mutant S protein S1 alt birimi geni ticari olarak sentezlettirilmiş ve laboratuvar koşullarında rekombinant DNA teknolojileri kullanılarak üretilmiştir. Moleküler yanaştırma çalışmalarına göre, ribavirin çoğu varyantın RBD bölgesine bağlanırken tenofovir, pandeminin en güncel varyantı olan Omicron varyantının RBD bölgesi ile en yüksek etkileşimi göstermiştir. Mutant S1 geni rekombinant olarak üretilmiş ve ileriki aşı, tanı ve tedavi yöntemleri geliştirme çalışmalarında kullanılmak üzere saklanmıştır. Bu tez çalışması sonunda elde edilen tüm bu sonuçlar doğrultusunda, virüsle mücadele için geliştirilecek katma değeri yüksek ürünlere temel oluşturacak yeni görüşler oluşturabilecek ve bu yönüyle ulusal ve uluslararası işbirliğine açık yeni çalışmaların da önünü açacaktır.

Abstract:
Spike (S) protein receptor binding domain (RBD) in the SARS-CoV-2 virus causes the new coronavirus disease (COVID-19) by binding to the angiotensin converting enzyme 2 (ACE2) receptor in human cells. Due to its structural function, S protein is the main target used in vaccine, diagnosis and treatment development approaches. Although vaccines developed for SARS-CoV-2 have reduced the risk of infection, mutations on S protein that have become widespread over time cause vaccines to decrease in effectiveness, so the need for drug treatment continues. The aim of this thesis study is to perform the analysis of drugs that can reduce the effect of SARS-CoV-2 S protein by using in silico methods and to produce recombinant mutant S protein genome that can shed light on further therapeutic studies to fight the disease. In line with these purposes, the binding potential of FDA-approved antiviral drugs and drugs with known antiviral activity to S protein RBD was analyzed by molecular docking for SARS-CoV-2 Alpha (B.1.1.7), Beta (B.1.351), Gamma (P.1), Delta (B.1.617.2), Delta Plus (AY.1 or B.1.617.2.1), Mu (B. 1.621), Omicron (B.1.1.529) and BA.2 (Omicron sub-lineage) variants. The mutant S protein S1 subunit gene was commercially synthesized and produced in laboratory conditions using recombinant DNA technologies. According to molecular docking studies, ribavirin binds to the RBD region of most variants, while tenofovir showed the highest interaction with RBD region of Omicron variant, which is the most recent variant of the pandemic. The mutant S1 gene has been produced recombinantly and has been kept for use in future vaccine, diagnosis and treatment methods development studies. In line with all these results obtained at the end of this thesis, it will create new views that will form basis for high value-added products to be developed for fighting against the virus, and in this respect, it will pave the way for new studies open to national and international cooperation.