مدل‌سازي و مطالعۀ بيوانفورماتيكي كانال‌هاي سديمي وابسته به ولتاژ نوع انساني

Modeling and Bioinformatics Investigations of Human Voltage-gated Sodium Ion Channels

  مقدمه : تعيين ساختار سوم پروتئين‌ها با استفاده از روش كريستالوگرافی اشعۀ X ، روشی زمان‌بر بوده كه نيازمند تسهيلات خاص و اپراتور‌های متخصص می‌باشد. تعيين ساختار سوم با استفاده از روش ‎ های بيوانفورماتيك برای مطالعات آزمايشگاهی و به ويژه اكتشاف داروها و ارتباطات تكاملی ارزشمند است. در مطالعۀ حاضر با استفاده از نرم‌افزارهای بيوانفورماتيكی و پايگاه‌های اطلاع رسانی، ساختارهای سوم انواع كانال‌های سديمی انسان تعيين و ارتباطات تكاملی آن‌ها بررسی شد . مواد و روش‌ها : توالی ‎ های آمينو اسيدی كانال‌های سديمی از Uniprot به دست آمد و از SWISS-MODEL جهت پيشگويی ساختار سوم استفاده شد. ساختار سوم اين كانال‌ها با استفاده از نرم‌افزار SWISS-MODEL با استفاده از الگوريتم ‌تعريف شده برای Protein BLAST ، پيشگويی شدند . ساختارهای پيشگويی شده با استفاده از نرم افزار Molegro Virtual Viewer تصويربرداری شد. برای تعيين ارتباطات تكاملی انواع كانال‌های سديمی از نرم‌افزار Mega 5 جهت رسم درخت فيلوژنی براساس توالی كانال‌ها، استفاده شد. شناسايی ارتباطات متقابل كانال‌های سديمی وابسته به ولتاژ از طريق نرم‌افزار String db صورت گرفت . يافته‌ها : بر اساس اطلاعات پايگاه‌ داده-های نورون، 9 نوع كانال يونی سديم در انسان وجود دارد كه به‌ صورت SCN1A-5A و SCN8A-11A نام‌گذاری می-شوند . نرم افزار SWISS-MODEL تنها قادر به پيشگويی برخی دُمين‌های كانال‌های سديمی با درصد شناسايی بالا می‌باشد. درصد يكسانی توالی‌ها برای هر كانال‌های سديمی وابسته به ولتاژ متفاوت و از 57/16 درصد (SCN4A) تا 100 درصد (برای SCN2A و SCN5A) متغير بود. نتايج حاصل از انجام هم‌ترازی توالی‌ها (BLAST) و ترسيم درخت فيلوژنيك، حاكی از آن است كه پروتئين كانال سديمی حيواناتی نظير شامپانزه، ميمون و گوريل نسبت به ساير جانوران، دارای درصد تشابه توالی بيشتری با انسان هستند . نتيجه ‎ گيری : در اغلب موارد SWISS-MODEL برای پيشگويی ساختار سه ‌بعدی پروتئين‌های كانال سديمی مناسب نمی‌باشد. بنابراين پيشنهاد می‌شود كه در مدل-های آزمايشگاهی مطالعات كانال‌های سديمی و طراحی يا ارزيابی داروها بهتر است از حيوانات فوق الذكر استفاده شود. در اين صورت نتايج حاصل از كارآزمايی‌های حيوانی قابليت تعميم بيشتری به انسان خواهند داشت .

Introduction: Tertiary (3D) structure determination using X-ray diffraction crystallography is a time consuming method, needs special facilities and expert operators. 3D structure determination by bioinformatics software is worth in experimental research, especially for drug discovery purposes and evolutionary relationships. Using computational biology software and databases, we have determined probable 3D structure of human voltage-gated sodium ion channels (VGSCs) and their developmental associations. Materials and Methods: Amino acid sequences of VGSCs were obtained from Uniprot and used to predict their 3D structure using SWISS-MODEL server and by its definitive algorithm for protein basic local alignment search tool (BLAST)-(followed by visualization using Molegro Virtual Viewer software). Phylogenic tree was plotted using Mega 5 application for VGSCs sequences. VGSCs interactions were determined by String-db server. Results: According to the Neuron data-base, there are 9 types of human VGSCs named SCN1A-5A and SCN8A-11A. SWISS-MODEL software was just only able to predict some domains of VGSCs with high identity percentages. The identity percentages were variable for each VGSC and varied from 16.57% (SCN4A) to 100% (SCN2A, SCN5A). Blast results and drawing phylogenetic trees practice showed that animals, such as chimpanzee, gibbon, and gorilla have the most similar protein sequences. Conclusion: In most cases, modeling using SWISS-MODEL is not enough decisive for prediction of protein 3D structure. Thus, we propose that researchers use mentioned animals for experiments of VGSCs, characterized structures for bioinformatics and drug designing surveys. In this case, the results of animal trials could be generalized to human more precisely.