Thermal response of main protease of SARS and COVID-19 via a coarse-grained approach
- 1. Chulalongkorn University
- 2. University of Southern Mississippi
Description
Large-scale Monte Carlo simulations are performed to investigate local and global thermodynamic properties of the main protease in SARS (MP1) and COVID-19 (MP2) coronaviruses using a bond-fluctuating coarse-grained protein model for a range of temperatures. Each of the proteins MP1 and MP2 consists of 306 residues with only 12 specific sites differentiating the two. Thermal responses of the radius of gyration of MP1 and MP2 are very similar. On raising the temperature, the radius of gyration of both MP1 and MP2 exhibits a slow decay in the sub-native regime and reaches a minimum at a characteristic temperature beyond which it increases continuously before saturating at high temperatures to random-coil conformations. The variation of the root mean square displacement of the center of mass of MP1 and MP2 with the time step is also similar to a function of temperature, except that MP2 slows down more than MP1 at low temperatures. Average contact profiles (and complementary mobility profiles) of MP1 and MP2 show their unique segmental globularity, which reduces on raising the temperature, in general, with a distinct trend around few residues. For example, a considerable high degree of contacts is found around residue K180 of MP1 than around residue N180 of MP2, in contrast to higher contacts around residue L286 of MP2 than around I286 of MP1. The changes in contacts of residues V86 and K88 in MP2 with respect to those of residues L86 and R88 in MP1 are also appreciable, but not as large. Distinctions in segmental structures triggered by unique contacts of MP1 and MP2 may be a factor in distinguishing the viral effects of SARS and COVID-19.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يتم إجراء عمليات محاكاة مونت كارلو على نطاق واسع للتحقيق في الخصائص الديناميكية الحرارية المحلية والعالمية للأنزيم البروتيني الرئيسي في فيروسات كورونا SARS (MP1) و COVID -19 (MP2) باستخدام نموذج بروتين خشن الحبيبات متقلب الروابط لمجموعة من درجات الحرارة. يتكون كل من البروتينات MP1 و MP2 من 306 بقايا مع 12 موقعًا محددًا فقط يفرق بين الاثنين. الاستجابات الحرارية لنصف قطر الدوران لـ MP1 و MP2 متشابهة للغاية. عند رفع درجة الحرارة، يُظهر نصف قطر الدوران لكل من MP1 و MP2 اضمحلالًا بطيئًا في النظام دون الأصلي ويصل إلى الحد الأدنى عند درجة حرارة مميزة يزيد بعدها باستمرار قبل التشبع عند درجات حرارة عالية إلى مطابقة الملفات العشوائية. تباين متوسط إزاحة الجذر التربيعي لمركز كتلة MP1 و MP2 مع التدرج الزمني مشابه أيضًا لوظيفة درجة الحرارة، باستثناء أن MP2 يبطئ أكثر من MP1 في درجات حرارة منخفضة. يُظهر متوسط ملامح التلامس (وملامح التنقل التكميلية) لـ MP1 و MP2 كرياتهما القطعية الفريدة، مما يقلل من رفع درجة الحرارة، بشكل عام، مع اتجاه واضح حول عدد قليل من المخلفات. على سبيل المثال، تم العثور على درجة عالية من التلامس حول بقايا K180 من MP1 من حول بقايا N180 من MP2، على النقيض من التلامس العالي حول بقايا L286 من MP2 من حول I286 من MP1. كما أن التغيرات في تلامس المخلفات V86 و K88 في MP2 فيما يتعلق بتلك المخلفات L86 و R88 في MP1 ملحوظة أيضًا، ولكنها ليست كبيرة. قد تكون الاختلافات في الهياكل القطاعية الناجمة عن الملامسات الفريدة لـ MP1 و MP2 عاملاً في التمييز بين التأثيرات الفيروسية لـ SARS و COVID -19.Translated Description (French)
Des simulations Monte Carlo à grande échelle sont effectuées pour étudier les propriétés thermodynamiques locales et mondiales de la protéase principale dans les coronavirus du SRAS (MP1) et de la COVID-19 (MP2) à l'aide d'un modèle de protéine à grains grossiers fluctuant en fonction des liaisons pour une gamme de températures. Chacune des protéines MP1 et MP2 se compose de 306 résidus avec seulement 12 sites spécifiques différenciant les deux. Les réponses thermiques du rayon de giration de MP1 et MP2 sont très similaires. Lors de l'élévation de la température, le rayon de giration de MP1 et MP2 présente une décroissance lente en régime subnatif et atteint un minimum à une température caractéristique au-delà de laquelle il augmente continuellement avant de saturer à des températures élevées en conformations de bobines aléatoires. La variation du déplacement quadratique moyen du centre de masse de MP1 et MP2 avec le pas de temps est également similaire à une fonction de la température, sauf que MP2 ralentit plus que MP1 à basse température. Les profils de contact moyens (et les profils de mobilité complémentaires) de MP1 et MP2 montrent leur globularité segmentaire unique, qui diminue en augmentant la température, en général, avec une tendance distincte autour de quelques résidus. Par exemple, un degré considérablement élevé de contacts est trouvé autour du résidu K180 de MP1 qu'autour du résidu N180 de MP2, contrairement aux contacts plus élevés autour du résidu L286 de MP2 qu'autour de I286 de MP1. Les changements dans les contacts des résidus V86 et K88 dans MP2 par rapport à ceux des résidus L86 et R88 dans MP1 sont également appréciables, mais pas aussi importants. Les distinctions dans les structures segmentaires déclenchées par des contacts uniques de MP1 et MP2 peuvent être un facteur pour distinguer les effets viraux du SRAS et du COVID-19.Translated Description (Spanish)
Se realizan simulaciones de Monte Carlo a gran escala para investigar las propiedades termodinámicas locales y globales de la proteasa principal en los coronavirus SARS (MP1) y COVID-19 (MP2) utilizando un modelo de proteína de grano grueso con fluctuación de enlace para un rango de temperaturas. Cada una de las proteínas MP1 y MP2 consta de 306 residuos con solo 12 sitios específicos que los diferencian. Las respuestas térmicas del radio de giro de MP1 y MP2 son muy similares. Al elevar la temperatura, el radio de giro de MP1 y MP2 exhibe una lenta descomposición en el régimen subnativo y alcanza un mínimo a una temperatura característica más allá de la cual aumenta continuamente antes de saturarse a altas temperaturas a conformaciones de bobina aleatoria. La variación del desplazamiento cuadrático medio del centro de masa de MP1 y MP2 con el paso del tiempo también es similar a una función de la temperatura, excepto que MP2 se ralentiza más que MP1 a bajas temperaturas. Los perfiles de contacto medios (y los perfiles de movilidad complementarios) de MP1 y MP2 muestran su singular globularidad segmentaria, que se reduce al elevar la temperatura, en general, con una clara tendencia en torno a unos pocos residuos. Por ejemplo, se encuentra un grado considerablemente alto de contactos alrededor del residuo K180 de MP1 que alrededor del residuo N180 de MP2, en contraste con contactos más altos alrededor del residuo L286 de MP2 que alrededor de I286 de MP1. Los cambios en los contactos de los residuos V86 y K88 en MP2 con respecto a los de los residuos L86 y R88 en MP1 también son apreciables, pero no tan grandes. Las distinciones en las estructuras segmentarias desencadenadas por contactos únicos de MP1 y MP2 pueden ser un factor para distinguir los efectos virales del SARS y la COVID-19.Files
5.0109357.pdf
Files
(93 Bytes)
Name | Size | Download all |
---|---|---|
md5:b0d506893d4802090edf1644f5f082cd
|
93 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الاستجابة الحرارية للبروتياز الرئيسي للسارس وكوفيد-19 من خلال نهج خشن الحبيبات
- Translated title (French)
- Réponse thermique de la protéase principale du SRAS et de la COVID-19 via une approche à grains grossiers
- Translated title (Spanish)
- Respuesta térmica de la proteasa principal del SARS y COVID-19 a través de un enfoque de grano grueso
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4307894990
- DOI
- 10.1063/5.0109357
References
- https://openalex.org/W1552546570
- https://openalex.org/W1559700605
- https://openalex.org/W1667508601
- https://openalex.org/W1975017420
- https://openalex.org/W2051268589
- https://openalex.org/W2065045822
- https://openalex.org/W2091778154
- https://openalex.org/W2109610280
- https://openalex.org/W2114714512
- https://openalex.org/W2513547424
- https://openalex.org/W2528021556
- https://openalex.org/W2944597096
- https://openalex.org/W3015608194
- https://openalex.org/W3021411957
- https://openalex.org/W3110918569
- https://openalex.org/W3111988956
- https://openalex.org/W3113189927
- https://openalex.org/W3120150640
- https://openalex.org/W3153687839
- https://openalex.org/W3173261553
- https://openalex.org/W4212949239
- https://openalex.org/W4280578066