Mutations in the SARS CoV-2 spike protein may cause functional changes in the protein quaternary structure

Abstract

Objectives: This study aimed to model the changes resulting from mutations in surface (spike/S) glycoproteins, which play a key role in the entry of the severe acute respiratory syndrome coronavirus-2 (SARS CoV-2) into host cells, in a protein quaternary structure and to evaluate their possible effects on the functional structure. Methods: Genome sequence information of SARS CoV-2-infected patients located in Turkey was obtained from the GISAID EpiCoV database. Structural analysis of spike proteins was done using bioinformatics tools (MAFFT, PSIPRED, ProMod3, PyMoL and DynOmics). Results: We identified 76 Thr>Ile mutations in the N-terminal domain; 468 Ile>Val mutations in the receptor binding site and 614 Asp>Gly, 679 Asn>Lys, 771 Ala>Val and 772 Val>Ile mutations in the S1 subunit. It has been observed that the mutations, except those of residues 771 and 772, may cause significant conformational, topological and electrostatic changes in a protein quaternary structure. It has been determined that the mutations in the receptor binding site transform the protein structure into a formation that can mask the binding site and affect receptor affinity. Conclusions: It has been considered that SARS CoV-2 S glycoprotein mutations may cause changes in a protein functional structure that can affect the severity of disease.

Amaç: Bu çalışmada, şiddetli akut solunum sendromu koronavirüsü-2′nin (SARS CoV-2) konakçı hücrelere girişinde anahtar rol oynayan yüzey (spike/S) glikoproteini, mutasyonların proteinin kuaterner ve fonksiyonel yapısı üzerindeki olası etkilerini değerlendirmek amacı ile modellendi. Gereç ve yöntem: Türkiye’de yerleşik SARS CoV-2 ile enfekte hastaların genom sekans bilgileri GISAID EpiCoV veri tabanından elde edildi. Spike proteinlerin yapısal analizi biyoinformatik araçlar (MAFFT, PSIPRED, ProMod3, PyMoL ve DynOmics) kullanılarak yapıldı. Tartışma: N-terminal bölgesinde 76 Thr>Ile, reseptör bağlanma bölgesinde 468 Ile>Val, S1 alt biriminde 614 Asp>Gly, 679 Asn>Lys, 771 Ala>Val ve 772 Val>Ile mutasyonlarını tanımladık. 771 ve 772 rezidüleri dışındaki mutasyonların, protein kuaterner yapısında önemli konformasyonel, topolojik ve elektrostatik değişikliklere neden olabileceği gözlenmiştir. Reseptör bağlanma bölgesindeki mutasyonların, protein yapısını, bağlanma sahasını maskeleyebilecek ve reseptör afinitesini etkileyebilecek bir formasyona dönüştürdüğü belirlenmiştir. Sonuç: SARS CoV-2 S glikoprotein mutasyonlarının, protein fonksiyonel yapısında hastalık şiddetini etkileyebilecek değişikliklere neden olabileceği düşünülmektedir.