مطالعه شبیه‌سازی دینامیک مولکولی تاثیرات غلظت یونی حلال محیطی در اتصال پپتید MUC1–G و آپتامر anti-MUC1

نویسندگان

1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی و نفت، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 گروه شیمی آلی و بیوشیمی، دانشکده شیمی، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده
اهداف: مطالعه برهم‌کنش‌های آنالیت- زیست‌پذیرنده‌ در سطح مولکولی در راندمان طراحی زیست‌حسگرها نقش اساسی دارد. زیست‌حسگرهایی که از آپتامرها به‌عنوان پذیرنده زیستی استفاده می‌کنند، بسیار کارآمد بوده و دارای اختصاصیت بالا و قابلیت استفاده مجدد هستند. آپتاحسگرها می‌توانند در شرایط مختلف داخل بدن یا در شرایط آزمایشگاهی استفاده شوند. هدف از تحقیق حاضر، بررسی تاثیرات غلظت یونی حلال محیطی در اتصال پپتید MUC۱-G و آپتامر anti-MUC۱ است.

مواد و روش‌ها: روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی برای بررسی تغییر برهم‌کنش‌های مولکولی به‌علت تغییرات انتخابی در شرایط حلال، به کار گرفته شده است. نتایج می‌تواند برای منعکس‌کردن محیط‌های مختلف در آپتاحسگری که از آپتامر anti-MUC۱ S۲.۲ به‌عنوان زیست‌پذیرنده و از پپتید MUC۱–G به‌عنوان زیست‌شناساگر استفاده می‌کند، به کار گرفته شوند.

یافته‌ها: براساس انرژی‌های اتصال محاسبه‌شده، آپتامر anti-MUC۱ S۲.۲ بالاترین تمایل به پپتید MUC۱–G را در محیط ۰/۱۰مولار سدیم‌کلرید در میان غلظت‌های مطالعه‌شده سدیم‌کلرید نشان داده و اسیدآمینه آرژنین در اتصال پپتید-آپتامر نقش کلیدی ایفا می‌نماید.

نتیجه‌گیری: نتایج شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی نشان داد که افزایش غلظت حلال سدیم‌کلرید در محیط باعث کاهش انرژی‌های اتصال می شود و بنابراین تمایل اتصال آپتامر anti-MUC۱ به پپتید MUC۱–G با افزایش غلظت کمتر می‌شود. دیدگاه به‌دست‌آمده از مدل‌سازی حاضر انتخاب‌پذیری و حساسیت نسبت به شرایط حلال در مورد MUC۱ را نشان می‌دهد که در توسعه زیست‌حسگرها باید ملاحظه شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Mehrotra P. Biosensors and their applications - a review. J Oral Biol Craniofac Res. 2016;6(2):153-9.
https://doi.org/10.1016/j.jobcr.2015.12.002 [Link] [DOI:10.1016/j.jobcr.2015.12.002]
Jain KK. The handbook of biomarkers. New York: Springer Science & Business Media; 2010. [Link] [DOI:10.1007/978-1-60761-685-6]
Nath S, Mukherjee P. MUC1: A multifaceted oncoprotein with a key role in cancer progression. Trends Mol Med. 2014;20(6):332-42. [Link] [DOI:10.1016/j.molmed.2014.02.007]
Yamaguchi T, Yokoyama Y, Ebata T, Matsuda A, Kuno A, Ikehara Y, et al. Verification of WFA-sialylated MUC1 as a sensitive biliary biomarker for human biliary tract cancer. Ann Surg Oncol. 2016;23(2):671-7. [Link] [DOI:10.1245/s10434-015-4878-4]
Prakash JS, Rajamanickam K. Aptamers and their significant role in cancer therapy and diagnosis. Biomedicines. 2015;3(3):248-69. [Link] [DOI:10.3390/biomedicines3030248]
Ku TH, Zhang T, Luo H, Yen TM, Chen PW, Han Y, et al. Nucleic acid aptamers: An emerging tool for biotechnology and biomedical sensing. Sensors (Basel). 2015;15(7):16281-313. [Link] [DOI:10.3390/s150716281]
Wang K, He MQ, Zhai FH, He RH, Yu YL. A novel electrochemical biosensor based on polyadenine modified aptamer for label-free and ultrasensitive detection of human breast cancer cells. Talanta. 2017;166:87-92. [Link] [DOI:10.1016/j.talanta.2017.01.052]
Rhinehardt KL, Srinivas G, Mohan RV. Molecular dynamics simulation analysis of anti-MUC1 aptamer and mucin 1 peptide binding. J Phys Chem B. 2015;119(22):6571-83. [Link] [DOI:10.1021/acs.jpcb.5b02483]
Rhinehardt K, Mohan R, Srinivas G, Kelkar A. Analysis and understanding of aptamer and peptide molecular interactions: Application to mucin 1 (Muc1) aptasensor. 2nd International Symposium on Physics and Technology of Sensors (ISPTS), 7-10 March, 2015, Pune, India. Piscataway: IEEE; 2015. [Link] [DOI:10.1109/ISPTS.2015.7220133]
Ferreira CS, Matthews CS, Missailidis S. DNA aptamers that bind to MUC1 tumour marker: Design and characterization of MUC1-binding single-stranded DNA aptamers. Tumour Biol. 2006;27(6):289-301. [Link] [DOI:10.1159/000096085]
Kikin O, D'Antonio L, Bagga PS. QGRS Mapper: A web-based server for predicting G-quadruplexes in nucleotide sequences. Nucleic Acids Res. 2006;34(Web Server Issue):W676-82. [Link]
Jokar M, Safaralizadeh MH, Hadizadeh F, Rahmani F, Kalani MR. Apta-nanosensor preparation and in vitro assay for rapid Diazinon detection using a computational molecular approach. J Biomol Struct Dyn. 2017;35(2):343-53. [Link] [DOI:10.1080/07391102.2016.1140594]
Zuker M. Mfold web server for nucleic acid folding and hybridization prediction. Nucleic Acids Res. 2003;31(13):3406-15. [Link] [DOI:10.1093/nar/gkg595]
Popenda M, Szachniuk M, Antczak M, Purzycka KJ, Lukasiak P, Bartol N, et al. Automated 3D structure composition for large RNAs. Nucleic Acids Res. 2012;40(14):e112. [Link] [DOI:10.1093/nar/gks339]
Dokurno P, Bates PA, Band HA, Stewart LM, Lally JM, Burchell JM, et al. Crystal structure at 1.95 A resolution of the breast tumour-specific antibody SM3 complexed with its peptide epitope reveals novel hypervariable loop recognition. J Mol Biol. 1998;284(3):713-28. [Link] [DOI:10.1006/jmbi.1998.2209]
Pichinuk E, Benhar I, Jacobi O, Chalik M, Weiss L, Ziv R, et al. Antibody targeting of cell-bound MUC1 SEA domain kills tumor cells. Cancer Res. 2012;72(13):3324-36. [Link] [DOI:10.1158/0008-5472.CAN-12-0067]
DeLano WL. Pymol: An open-source molecular graphics tool. CCP4 Newsletter on Protein Crystallography. 2002; 40(1):82-92. [Link]
Pearlman DA, Case DA, Caldwell JW, Ross WS, Cheatham III TE, DeBolt S et al. AMBER, a package of computer programs for applying molecular mechanics, normal mode analysis, molecular dynamics and free energy calculations to simulate the structural and energetic properties of molecules. Comput Phys Commun. 1995;91(1-3):1-41. [Link] [DOI:10.1016/0010-4655(95)00041-D]
Cornell WD, Cieplak P, Bayly CI, Gould IR, Merz KM, Ferguson DM, et al. A second generation force field for the simulation of proteins, nucleic acids, and organic molecules. J Am Chem Soc. 1995;117(19):5179-97. [Link] [DOI:10.1021/ja00124a002]
Li LJ. Simultaneous detection of organic and inorganic substances in a mixed aqueous solution using a microwave dielectric sensor. Prog Electromagn Res C. 2010;14:163-71. [Link] [DOI:10.2528/PIERC10051308]
Kesimer M, Sheehan JK. Analyzing the functions of large glycoconjugates through the dissipative properties of their absorbed layers using the gel-forming mucin MUC5B as an example. Glycobiology. 2008;18(6):463-72. [Link] [DOI:10.1093/glycob/cwn024]
Humphrey W, Dalke A, Schulten K. VMD: Visual molecular dynamics. J Mol Graph. 1996;14(1):33-8. [Link] [DOI:10.1016/0263-7855(96)00018-5]
Vilar S, Cozza G, Moro S. Medicinal chemistry and the Molecular Operating Environment (MOE): Application of QSAR and molecular docking to drug discovery. Curr Top Med Chem. 2008;8(18):1555-72. [Link] [DOI:10.2174/156802608786786624]
Lobanov MIu, Bogatyreva NS, Galzitskaia OV. Radius of gyration is indicator of compactness of protein structure. Mol Biol (Mosk). 2008;42(4):701-6. [Russian] [Link]
Kong HY, Byun J. Nucleic acid aptamers: New methods for selection, stabilization, and application in biomedical science. Biomol Ther (Seoul). 2013;21(6):423-34. [Link] [DOI:10.4062/biomolther.2013.085]