Bioinformatic approaches to investigate HIV capsid-nanobody interaction

Abstract

Infection with HIV is still a global pandemic. Since the discovery of this highly mutagenic virus, nearly 40 million people have passed away as a result of HIV-related health problems. Currently, 38.4 million people are HIV-positive. Following infection, the viral genome gets integrated into the host cell genome. The infected person carries the virus for the rest of their life and can spread it to others through bodily fluids. Because there is no treatment for HIV, the World Health Organization recommends that infected people be diagnosed early through comprehensive screening to restrict the virus's spread. As a result, there is still a need to create practical, sensitive diagnostic tools, particularly for use in the field of HIV infection testing. In this study, the interaction between HIV-1 capsid protein, the first antigen found in the blood during the acute phase of HIV infection, and a nanobody (Nb, a single domain antibody) known to bind to capsid is investigated at the molecular level through computational methods. Because the structure of HIV-1 CA binding-Nb is unknown, all-atom models of the Nb structure were constructed using comparative methods, deep-learning-based methods, and hybrid methods (SwissModel, trRosetta, Robetta, AlphaFold2), and promising models were chosen. In the second stage, molecular docking was used to produce HIV-1 capsid- nanobody complex structures, which were then tested for stability and native-likeness using standard molecular dynamics simulations. Understanding the molecular details of the HIV-1 capsid-nanobody complex, we believe, will provide essential data for using this antigen-antibody pair inan immunosensor system for HIV-1 infection diagnosis.

HİV enfeksiyonu küresel bir salgın olarak devam etmektedir. Bu mutasyon geçirme kapasitesi yüksek virüsün keşfinden bu yana, yaklaşık 40 milyon insan HİV enfeksiyonu sonucunda oluşan fırsatçı enfeksiyonlar veya hastalıklar dolayısıyla hayatını kaybetmiştir. Günümüzde yaklaşık 38.4 milyon insan HİV-pozitif oldukları tahmin edilmektedir. Enfeksiyondan sonra virüs viral genomunu konak hücre genomuna entegre eder. Enfekte olan kişi, geri kalan hayatı boyunca virüsü taşır ve vücut sıvıları aracılığıyla diğer insanlara bulaştırabilir. HİV enfeksiyonu için henüz bir tedavi olmadığından, Dünya Sağlık Örgütü, virüsün yayılmasını kısıtlamak için enfekte olan insanların kapsamlı tarama yoluyla erken teşhis edilmesini önermektedir. Bu nedenle, özellikle HİV enfeksiyonu testi için sahada kullanılmak üzere pratik, ve hassas tanı araçlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu çalışmada, HİV-1 kapsid proteini (HİV-1 CA) ile kapside bağlanan bir nanobadi (Nb, tek bölgeli antikor) arasındaki etkileşimin moleküler detayları incelenmektedir. Nb proteininin 3-boyutlu yapısı bilinmediği için, Nb yapısının tüm atom modelleri karşılaştırmalı yöntemler, derin öğrenme tabanlı yöntemler ve hibrit yöntemler (SwissModel, trRosetta, Robetta, AlphaFold2) kullanılarak oluşturuldu ve uygun olabilecek modeller seçildi. İkinci aşamada, moleküler yanaştırma yöntemleri kullanılarak olası HİV-1 kapsid-nanobadi kompleksi yapıları üretildi. Son aşamada, moleküler yanaştırma çalışmasında uygun bulunan HİV-1 CA-Nb kompleks yapıların standart moleküler dinamik simülasyonları ile stabiliteleri ve doğal benzerlikleri test edildi. Bu çalışmada HİV-1 kapsid-nanobadi kompleks yapısının çözümlenmesiyle, Nb proteini ile geliştirilecek bir immünosensör ile HİV'in farklı suşlarının tanısı için kullanılması mümkün olacaktır.