Naslov Design strategies for SARS-CoV-2 spike protein mimetics based on peptide self-assembly Naslov (hrvatski) Dizajn peptidnih mimetika "Spike" proteina SARS-CoV-2 virusa na temelju sposobnosti samo-sastavljanja peptida Autor Katarina Budić Mentor Daniela Kalafatović (mentor)Mentor Jelena Ban (komentor)Član povjerenstva Nela Malatesti (predsjednik povjerenstva)Član povjerenstva Ivana Ratkaj (član povjerenstva)Član povjerenstva Daniela Kalafatović (član povjerenstva)Ustanova koja je dodijelila Sveučilište u Rijeci Datum i država obrane 2021-09-15, Hrvatska Znanstveno / umjetničko BIOTEHNIČKE ZNANOSTI Sažetak Supramolecular chemistry is a discipline that studies the characteristics
of non-covalent bonds between molecules and / or ions. Advances in
supramolecular chemistry in the last two decades have enabled the fabrication
and design of peptide nanostructures. Peptides are biological molecules whose
sequences are naturally self-assembled in water and organized into
nanostructures. They are often investigated as carriers in targeted drug
delivery, and their purpose has been found in the fight against the pandemic
caused by the SARS-CoV-2 virus. This member of the beta-coronavirus group
infects cells and tissues by binding to ACE2 and NRP1 receptors with the S-
protein. The aim of this study was to design and prepare a minimalist peptide
version of the SARS-CoV-2 virus based on S-protein. Peptide mimetics
consisted of amino acids identified at the S-protein binding site (RBM) that
interact with the ACE2 and NRP1 receptors. After amino acid identification
using Pymol computer applications, three peptide sequences were designed:
FFLYY, FFLYYKK, and KYLFFQTY. Physiochemical characteristics of peptides
were determined by MALDI TOF / TOF MS and OD measurements. The
formation of spherical nanostructures was examined by determining the
critical concentration of micellization (CMC) using fluorescent
spectrophotometer and pyrene as a fluorescent probe. The peptides FFLYYKK
and KYLFFQTY form micelles at 0.65 mM and 2.15 mM, respectively. The
formation of micelles for the FFLYY peptide cannot be confirmed with certainty
as it failed to dissolve completely in the DMSO/water mixture. It also showed
the highest optical density, while the other peptides were well soluble in
aqueous solution. In future research, additional confirmation of the micelle
formation by ATF-FTIR spectroscopy and the atomic force microscope is
required. It is also necessary to examine their toxicity and the possibility of
binding and entering neurons and astrocytes whose morphological changes
would be monitored by fluorescence microscopy. Successful binding of peptide
mimetics to ACE2 and NRP1 may block virus entry and the influence on cells
would explain possible neurocognitive difficulties caused by infection.
Sažetak (hrvatski) Supramolekularna kemija je disciplina koja proučava karakteristike
nekovalentnih veza između molekula i/ili iona. Napredak u području
supramolekularne kemije u posljednja dva desetljeća unaprijedio je dizajn i
primjenu peptidnih nanostruktura. Peptidi su biološke molekuke čije se
sekvence prirodnim procesom samo-sastavljanja u vodi organiziraju u
nanostrukture. Njihovom manipulacijom nastaju funkcionalni biokompatibilni
materijali. Često se istražuju kao nosači pri ciljanoj dostavi lijekova, a svoju
svrhu pronašli su i u borbi protiv pandemije uzrokovane SARS-CoV-2 virusom.
Ovaj pripadnik skupine betakoronavirusa inficira stanice i tkiva vežući se na
ACE2 i NRP1 receptore pomoću S-proteina. Cilj ovog istraživanja bio je
dizajnirati i pripremiti minimalističke peptidne verzije SARS-CoV-2 virusa.
Peptidni mimetici sastojali su se od aminokiselina identificiranih na veznom
mjestu S-proteina (RBM) kojim se veže na ACE2 i NRP1 receptore. Nakon
identifikacije aminokiselina pomoću računalne aplikacije Pymol, dizajnirane su
tri peptidne sekvence: FFLYY, FFLYYKK i KYLFFQTY. Fizio-kemijske
karakteristike peptida određene su metodama matricom potpomognute
laserske desorpcije/ionizacije (MALDI TOF/TOF MS) i mjerenjem optičke
gustoće (eng. optical density, OD). Formiranje sfernih nanostruktura
procesom samo-sastavljanja ispitivalo se određivanjem kritične koncentracije
micelizacije (eng. critical micelle concentration, CMC) metodom
spektrofotometrije i pirenom kao fluorescentnom probom. Peptidi FFLYYKK i
KYLFFQTY formiraju micele pri 0.65 mM i 2.15 mM. Formiranje micela za
peptid FFLYY ne može se sa sigurnošću potvrditi s obzirom da se nije uspio
potpuno otopiti u otopini DMSO-a i vode. On je pokazao i najveću optičku
gustoću, dok su ostali peptidi bili dobro topivi u vodenoj otopini. U budućim
istraživanjima potrebno je provesti dodatnu potvrdu agregacije peptida
pomoću infracrvene spektroskopije s Fourierovom transformacijom (ATFFTIR)
i mikroskopa atomskih sila (eng. atomic force microscope, AFM).Također je potrebno ispitati njihovu toksičnost te mogućnost vezanja na receptore i ulazak peptidnih nanostruktura u stanice neurona i astrocita čije
će se morfološke promjene pratiti fluorescentnim mikroskopom. Uspješno
vezanje peptidnih mimetika za ACE2 i NRP1 može blokirati ulazak virusa, a
djelovanje na moždane stanice objasnit će neurokognitivne poteškoće koje
nastaju kao posljedica infekcije.
Ključne riječi
supramolecular chemistry
peptides
self-assembly
spherical nanostructures
SARS-CoV-2
critical micellization concentration
optical density.
Ključne riječi (hrvatski)
supramolekularna kemija
peptidi
samo-sastavljanje
sferne nanostrukture
SARS-CoV-2
kritična koncentracija micelizacije
optička gustoća.
Jezik engleski URN:NBN urn:nbn:hr:193:059914 Projekt Šifra: UIP-2019-04-7999 Studijski program Naziv: Biotehnologija u medicini Vrsta resursa Tekst Način izrade datoteke Izvorno digitalna Prava pristupa Zatvoreni pristup Uvjeti korištenja Datum i vrijeme pohrane 2021-09-22 15:46:08
