شناسایی جهش های پایدارکننده ساختارآنزیم لوسیفراز گونه ایرانی بوسیله ابزارها و پایگاه های بیوانفورماتیک و شبیه سازی دینامیک مولکولی

محورهای موضوعی : بیوانفورماتیک

علیرضا خندابی ¹ , حسن صاحب جمعی ² , فهیمه باغبانی آرانی ³

1 - گروه ژنتیک و بیوتکنولوژی، دانشکده علوم زیستی، واحد ورامین- پیشوا، دانشگاه آزاد اسلامی، ورامین، ایران
2 - گروه بیوفیزیک، دانشکده علوم زیستی، واحد ورامین- پیشوا، دانشگاه آزاد اسلامی، ورامین، ایران
3 - گروه ژنتیک و بیوتکنولوژی، دانشکده علوم زیستی، واحد ورامین- پیشوا، دانشگاه آزاد اسلامی، ورامین، ایران

تاریخ دریافت : 1400/05/15 تاریخ پذیرش : 1400/06/18 تاریخ انتشار : 1399/09/01

کلید واژه: پایداری, جهش, دینامیک مولکولی, لوسیفراز,

چکیده مقاله :

آنزیم لوسیفراز در واکنش بیولومینسانس (نشر نور توسط موجودات زنده) دخالت دارد. این آنزیم به عنوان گزارشگر ژنی در تصویربرداری in vivo کاربردهای فراوانی دارد. علی رغم کاربردهای فراوان و تشخیصی آنزیم لوسیفراز، چندین عامل هم چون پایداری پایین لوسیفراز نسبت به حرارت و Km بالا برای سوبسترای ATP استفاده از آن را محدود کرده است. با توجه به پایداری پایین آنزیم لوسیفراز مطالعه حاضر جهت ارزیابی تاثیر جهش های تک اسیدآمینه بر پایداری آنزیم لوسیفراز گونه ایرانی لامفیریس ترکستانیکوس[1] با استفاده از وب سرورهای بیوانفورماتیک و شبیه سازی دینامیک مولکولی صورت گرفت. برای این منظور ابتدا جهت تعیین پایداری، جهش ها با استفاده از وب سرورهای I-Mutant-2، Pop-music، Cupsat، istable،MUpro و ابزارهای Protparam و foldx تحت نرم افزار Yasara بررسی شد. وب سرورها و foldx پیش بینی کردند که دو جهش Q35L و H9M باعث پایداری ساختار می شوند. وب سرور Polyphen-2هم پیشگویی کرد که این دو جهش در عملکرد آنزیم اثر مخرب ندارد. برای تایید بیش تر این دو جهش شبیه سازی دینامیک مولکولی انجام شد، که نتایج RMSD و RMSF و شعاع ژیراسیون و هیدروفوبیسیته هم نشان دادند که این جهش ها باعث پایداری این آنزیم می شود.

چکیده انگلیسی:

The conversion of chemical energy to light by a living organism, bioluminescence, is an alluring process that catalyzes by enzymes generically called luciferases. This enzyme has wide applications as a reporter gene in in vivo imaging. In spite of wide range of luciferase applications, some inherent properties limit further application and development of this technology, including the low stability of the enzyme, a low turnover number, and a high Km for the substrate ATP.Due to the low stability of luciferase enzyme, the present study was performed to evaluate the effect of single amino acid mutations on the stability of luciferase enzyme of Iranian species Lamphyris Turkestanius using bioinformatics web servers and molecular dynamics simulation.For this purpose, to determine the stability, the mutations were tested using I-Mutant-2, Pop-music, Cupsat, istable, MUpro and Protparam and foldx web servers under Yasara software. Web servers and foldx predicted that two mutations, Q35L and H9M, would stabilize the structure. The web server Polyphen-2 predicted that these two mutations would not have a damaging effect on enzyme function. To further confirm these two mutations, molecular dynamics simulations were performed. The results of RMSD and RMSF and the radius of gyrus and hydrophobicity also showed that these mutations may cause increase the stability of this enzyme.