مطالعه شبيه‌سازي ديناميك مولكولي تاثيرات غلظت يوني حلال محيطي در اتصال پپتيد MUC1–G و آپتامر anti-MUC1

Molecular Dynamics Simulation of Influences of Solvent Ionic Concentration on the Binding of MUC1–G Peptide and Anti-MUC1 Aptamer

اهداف: مطالعه برهم‌كنش‌هاي آناليت- زيست‌پذيرنده‌ در سطح مولكولي در راندمان طراحي زيست‌حسگرها نقش اساسي دارد. زيست‌حسگرهايي كه از آپتامرها به‌عنوان پذيرنده زيستي استفاده مي‌كنند، بسيار كارآمد بوده و داراي اختصاصيت بالا و قابليت استفاده مجدد هستند. آپتاحسگرها مي‌توانند در شرايط مختلف داخل بدن يا در شرايط آزمايشگاهي استفاده شوند. هدف از تحقيق حاضر، بررسي تاثيرات غلظت يوني حلال محيطي در اتصال پپتيد MUC1-G و آپتامر anti-MUC1 است. مواد و روش‌ها: روش شبيه‌سازي ديناميك مولكولي براي بررسي تغيير برهم‌كنش‌هاي مولكولي به‌علت تغييرات انتخابي در شرايط حلال، به كار گرفته شده است. نتايج مي‌تواند براي منعكس‌كردن محيط‌هاي مختلف در آپتاحسگري كه از آپتامر anti-MUC1 S2.2 به‌عنوان زيست‌پذيرنده و از پپتيد MUC1–G به‌عنوان زيست‌شناساگر استفاده مي‌كند، به كار گرفته شوند. يافته‌ها: براساس انرژي‌هاي اتصال محاسبه‌شده، آپتامر anti-MUC1 S2.2 بالاترين تمايل به پپتيد MUC1–G را در محيط 0/10مولار سديم‌كلريد در ميان غلظت‌هاي مطالعه‌شده سديم‌كلريد نشان داده و اسيدآمينه آرژنين در اتصال پپتيد-آپتامر نقش كليدي ايفا مي‌نمايد. نتيجه‌گيري: نتايج شبيه‌سازي‌هاي ديناميك مولكولي نشان داد كه افزايش غلظت حلال سديم‌كلريد در محيط باعث كاهش انرژي‌هاي اتصال مي شود و بنابراين تمايل اتصال آپتامر anti-MUC1 به پپتيد MUC1–G با افزايش غلظت كمتر مي‌شود. ديدگاه به‌دست‌آمده از مدل‌سازي حاضر انتخاب‌پذيري و حساسيت نسبت به شرايط حلال در مورد MUC1 را نشان مي‌دهد كه در توسعه زيست‌حسگرها بايد ملاحظه شود.

Aims Molecular insights into the analyte-bioreceptor interactions play a vital role in the efficacy of designing biosensors. Biosensors that utilize aptamers as bioreceptors are highly efficient with high specificity and reusability. Aptasensors can be used in a variety of conditions of in vivo or in vitro. The aim of this study was to study the changes in the solvent conditions of the binding of MUC1-G peptide and the anti-MUC1 aptamer. Materials & Methods The molecular dynamics simulation method has been used to investigate the change of molecular interactions due to selective variations in solvent conditions. The results can be used to reflect a variety of environments, in which the aptasensor utilizes anti-MUC1 S2.2 aptamer as a bioreceptor and MUC1–G peptide as a biomarker. Findings Based on the calculated binding energies, the medium containing 0.10M NaCl and anti-MUC1 S2.2 aptamer demonstrates the highest affinity toward the MUC1-G peptide among the studied concentrations of NaCl, and the arginine amino acid has a key role in the aptamer– peptide binding. Conclusion The results of MD simulation indicated that the increase in the concentration of NaCl in the interaction environment leads to a decrease in binding energies; therefore, the binding affinity of the anti-MUC1 aptamer to MUC1-G peptide decreases. Insights from present modeling demonstrate the selectiveness and sensitivity to solvent conditions, which should be considered in the development of biosensors.