غربالگری، طراحی و مطالعه برون تنی پپتید ضد سرطان سینه با استفاده از الگوریتم‌های بیوانفورماتیک و مدل‌سازی نانو

Abstract

سرطان دارای چالش‌های درمانی قابل توجهی از جمله مقاومت دارویی و فقدان درمان اختصاصی با حداقل عوارض جانبی است. درمان مبتنی بر پپتید یک استراتژی نوین در درمان سرطان می‌باشد که دارای مزایایی مانند توالی کوتاه، سنتز و اصلاح آسان، زیست سازگاری، هدف گیری خاص و سمیت ذاتی کم می‌باشد که آن‌ را به عنوان یک درمان قابل قبول معرفی می کند. اگرچه مکانیسم ضد سرطانی این دسته از پپتیدها به طور کامل مشخص نشده است اما می‌توان آن‌ها را بر اساس فعالیت به چهار گروه با اثرات ضد رگ زایی، تنظیم سیستم ایمنی، اختلال در غشای سلولی و القا کننده‌ی آپوپتوز تقسیم کرد. با توجه به این که هیچ پایگاه ‌داده‌ی اختصاصی برای پپتیدهای القاکننده آپوپتوز وجود نداشت. در نتیجه در اولین گام این مطالعه، ApInAPDB به عنوان یک پایگاه داده جامع برای پپتیدهای ضد سرطانی القاکننده آپوپتوز توسعه و معرفی شد. در مرحله بعد با انجام غربالگری با استفاده از پایگاه داده ApInAPDB و همردیف‌سازی با نرم افزار PRALINE، توالی BIM به عنوان Lead peptide تعیین شد. پپتیدهای مشتق شده از BIM به عنوان عوامل بالقوه ضد سرطان می‌توانند پروتئین‌های آنتی آپپوپتوتیک بیش از حد بیان شده مانند Mcl-1 را در سلول های سرطانی هدف قرار دهند و آپوپتوز القا کنند. تاثیر هلیسیته و آب دوستی در عملکرد آن‌ها به عنوان مهمترین چالش در طراحی پپتیدهای مشتق شده از BIM مطرح شده است. در ابتدا از نرم افزار وب سرور contact finder برای تعیین آمینواسیدهایBIM درگیر با کمپلکس Mcl-1 استفاده شد و همه آمینواسیدهایی که با گیرنده سطح ارتباط بالایی دارند، شناسایی شده تا برای حفظ عملکرد آنالوگ‌ها در فرآیند طراحی بدون تغییر بمانند. پس از طراحی آنالوگ‌ها ساختارهای ثانویه آن‌ها توسط نرم‌افزار وب سرور Cham Finder و ابزار‌های بیوانفورماتیک GOR، Neural Network و Chou-Fasman پیش‌بینی شد، همچنین از مقادیر GRAVY 0.98 - و 1.85 - برای BIM (LP) و آنالوگ 5، می‌توان استنباط کرد که آنالوگ 5 آبدوست تر از BIM (LP) می‌باشد. در مرحله مدل‌سازی در ابعاد نانو توسط شبیه‌سازی‌ دینامیک مولکولی به مدت 100 نانوثانیه با استفاده از نرم افزار GROMACS، با میدان نیروی CHARMM36 اجرا شد سپس محاسبات MM-PBSA نیز برای ارزیابی تمایل اتصال به گیرنده‌های Mcl-1 و Bcl-xL نشان داد که آنالوگ 5 با kJ.mol-1 95.91- دارای بهترین انرژی اتصال به Mcl-1 می‌باشد. ارزیابی‌های آزمایشگاهی تایید کرد که آنالوگ 5 علاوه بر آبدوست شدن، 16% هلیسیته آن نسبت به BIM (LP)افزایش یافته و درصد آپوپتوز در رده سلولی Jurkat که تحت تیمار 60 میکرومولار از آنالوگ 5 قرار گرفته به 49.7٪ افزایش یافت. وسترن بلات نیز تایید کرد که تیمار با آنالوگ 5 غلظت پروتئین‌های Bcl-xL و Mcl-1 را کاهش داده در حالی که غلظت پروتئین‌های Caspase-9 activated و Bax را نیز افزایش داده است. در نهایت می‌توان آنالوگ 5 را به عنوان کاندید دارویی ضد سرطان مبتنی بر پپتید با آبدوستی قابل قبول و تمایل اتصال اختصاصی به Mcl-1 معرفی نمود. واژگان کلیدی: پپتیدهای القاکننده آپوپتوز، مدلسازی در ابعاد نانو، پایگاه داده پپتیدی، پپتید BIM، شبیه‌سازی‌ دینامیک مولکولی