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Tipo: TCC
Título: Bioquímica quântica aplicada ao estudo de anticorpos neutralizantes do SARS-CoV-2 detalhamento de suas interações com a proteína spike e desenho racional de peptídeos miméticos com potencial para tratar variantes do SARS-CoV-2
Título em inglês: Quantum biochemistry applied to SARS-CoV-2’s neutralizing antibodies studies: description of its interactions with spike protein and the rational design of mimetic peptides with the potential to treat SARS-CoV-2’s variants
Autor(es): França, Victor Lucas Bernardes
Orientador: Freire, Valder Nogueira Freire
Palavras-chave: SARS-CoV-2;Bioquímica quântica;Dinâmica molecular;Peptídeos miméticos
Data do documento: 2022
Citação: FRANÇA, Victor Lucas Bernardes. Bioquímica quântica aplicada ao estudo de anticorpos neutralizantes do SARS-CoV-2 detalhamento de suas interações com a proteína spike e desenho racional de peptídeos miméticos com potencial para tratar variantes do SARS-CoV-2. 2022. 60 f. TCC (Graduação em Sistemas e Mídias Digitais) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2022.
Resumo: A COVID-19 é causada pelo Coronavírus da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2), um vírus que se espalhou rapidamente pelo mundo desde que foi detectado pela primeira vez na China, em dezembro de 2019. Essa doença culminou em uma pandemia e, consequentemente, em sérios problemas de saúde, econômicos e sociais, motivando a realização de muitos estudos focados no desenvolvimento de vacinas e de tratamentos eficientes. A administração de anticorpos monoclonais (mAbs) para tratar COVID-19 foi aprovada de forma emergencial nos EUA após testes clínicos indicarem restrições da progressão e da complicação da doença. A não susceptibilidade da variante Ômicron à maioria dos anticorpos aprovados (de forma emergencial) ao longo da pandemia fez com que as agências reguladoras não mais recomendassem sua utilização em muitas regiões, todavia um novo mAb, bebtelovimab, recebeu recente aprovação emergencial após testes clínicos indicarem sua eficácia para neutralizar essa variante. Dentre os vários anticorpos descritos e estudados ao longo da pandemia de COVID-19, o B38 e o P2B-2F6 são inibidores não competitivos de um contato crucial para a entrada do vírus nas células humanas, a interação entre o domínio de ligação ao receptor (RBD) da proteína Spike e a enzima conversora de angiotensina 2 (ACE2). Nesse estudo, foram aplicadas simulações clássicas de dinâmica molecular e cálculos quânticos para detalhar as interações entre cada cadeia desses anticorpos e o RBD a partir de suas estruturas cristalográficas depositadas no protein data bank (PDB IDs 7BZ5 e 7BWJ). Os resultados indicaram as principais regiões e interações responsáveis pelas afinidades de ligação nas interfaces de contato dos complexos B38:RBD e P2B-2F6:RBD. Os resíduos do mAb B38 com contribuições energéticas mais significativas, em ordem crescente de energia de interação, foram os seguintes: GLN27, GLY28 e ASN92 na cadeia leve (LC), e TYR33, SER53 e ILE28 na cadeia pesada (HC). Os principais resíduos do anticorpo P2B-2F6 (em ordem crescente de energia de interação) foram: ASN33, TYR32 e TYR34 na cadeia leve (LC), e TYR27, ILE103 e SER31 na cadeia pesada (HC). Além disso, a descrição quântica detalhada aprofundou o entendimento dos mecanismos de ligação responsáveis pelo efeito neutralizante dos anticorpos, permitindo o desenho racional de peptídeos miméticos cíclicos que podem potencialmente ser utilizados para tratar pacientes infectados pela variante Ômicron do SARS-CoV-2.
Abstract: The COVID-19 is caused by Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2), a virus that has spread quickly worldwide since it was first detected in China, in late December 2019. This disease caused a pandemic and, consequently, numerous health, economic, and social problems, motivating the carry out of many studies focused on developing vaccines and efficient treatments. The monoclonal antibodies (mAbs) administration to treatment of COVID-19 was emergency approved in the USA after clinical trials indicated restricted disease progression and complication. The non-susceptibility of the Omicron variant to most approved (emergency) antibodies over pandemic made regulatory agencies no longer recommend their administrations in many regions, although a new mAb, bebtelovimab, received the emergency use authorization recently after clinical trials appointed its neutralization efficacy against that variant. The non-competing pair of mAbs B38 and P2B-2F6 are inhibitors of a crucial contact to viral entry in human cells, the interaction between the spike protein’s Receptor-binding domain (RBD) and Angiotensin-converting enzyme (ACE2). In that study were applied classic simulations of molecular dynamics and quantum calculations aim detail the interactions between every chain of these antibodies and the RBD using the crystallographic data deposited in the protein data bank (PDB IDs 7BZ5 e 7BWJ). The results indicated the crucial regions and interactions for the binding affinities in contact interfaces of the complexes B38:RBD and P2B-2F6:RBD. The residues of each chain of B38 with the most significant energetic contribution were the following (in ascending order of energy interaction): GLN27, GLY28, and ASN92 on the light chain (LC), besides TYR33, SER53, and ILE28 on the heavy chain (HC). The three main residues of each chain of P2B-2F6 with regard to interaction energy were (in ascending order of interaction energy): ASN33, TYR32, and TYR34 on LC, and TYR27, ILE103, and SER31 on HC. Moreover, the quantum description deepened the understanding of the binding mechanisms responsible for mAbs's neutralizing capacity, allowing the rational design of cyclic mimetic peptides that can be potentially used to treatment of patients infected by the Omicron variant of SARS-CoV-2.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/68049
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