طراحي بيوانفورماتيكي دئوكسي ‌ريبوزايم 23-10 عليه ناحيه غير ترجمه شونده قبل از كدون آغاز ژن بتاگالاكتوزيداز (lacZ) در ناقل pGEM-T

Bioinformatics designing of 10-23 deoxyribozyme against noncoding region before start codon of beta-galactosidase gene (lacZ) in pGEM-T vector

زمينه و هدف: دئوكسي‌ ريبوزايم‌ها اليگودئوكسي‌ ريبونوكلئوتيدهايي هستند كه كاتاليز واكنش‌هايي مثل برش RNA را انجام مي‌دهند و كاربردهاي تشخيصي و درماني دارند. دئوكسي‌ريبوزايم 23-10 شامل يك دومين كاتاليتيك وابسته به كاتيون 15 نوكلئوتيدي ثابت و دو بازوي متصل شونده متغير است كه باعث اختصاصيت آنزيم مي‌شوند. اپران لاكتوز در فرايند غربالگري سفيد- آبي كاربرد دارد، اين اپران شامل 3 ژن به ‌صورت پلي سيسترونيك است. در اين تحقيق بيوانفورماتيكي دئوكسي‌ ريبوزايمي عليه ژن آلفا پپتيد بتاگالاكتوزيداز در اپران لاكتوز طراحي شد. روش بررسي: نقشه ژني پلاسميد pGEM-T از سرور addgene گرفته و توالي ژن آلفا پپتيد مشخص شد. سپس با مقايسه توالي پروتئيني با قالب‌هاي خوانشي مختلف منتج از سايت expasy، قالب خوانشي صحيح انتخاب گرديد. در اين مرحله، كل توالي مكمل معكوس شد تا توالي mRNA به ‌دست آيد. ساختار ثانويه با كمترين انرژي آزاد از سرور mfold گرفته شد و يك ناحيه فاقد ممانعت فضايي در آن پيدا شد. با توجه به اينكه دئوكسي‌ريبوزايم 23-10 قابليت برش بين يك پورين جفت نشده و يك پيريميدين جفت شده را دارد؛ يك AC در جايگاه اتصال ريبوزوم در ناحيه غير ترجمه شونده انتخاب شد و 9 باز در طرفين آن، به‌عنوان بازوهاي متصل شونده در نظر گرفته شد. بررسي عدم وجود توالي مشابه در باكتري ميزبان توسط سرور NCBI انجام شد. درنهايت فعاليت و اتصال دئوكسي‌ريبوزايم توسط سرور mfold پيش‌بيني شد. يافته ها: نتايج اين تحقيق نشان داد كه دئوكسي ريبوزايم طراحي شده داراي Tm نسبتاً بالا با دو بازوي هم اندازه 9 نوكلئوتيدي است كه كارايي آن را افزايش مي دهد. نتيجه‌گيري: نتايج حاصل از اين پژوهش مي‌تواند براي كنترل بيان ژن lacZ به‌عنوان يك نشانگر زيستي مورد استفاده قرار گيرد.

Background and aims: Deoxyribozymes are oligoribodeoxynucleotides that catalyze reactions such as cutting RNA and have diagnostic and therapeutic applications. Deoxyribozyme 10-23 includes a catalytic domain dependent on a fixed 15-nucleotic (mer) cation and two variable binding arms that cause the specificity of enzymes. Lactose operon is used in the white-blue screening process. This operon includes three polycistronic genes. In this study, a deoxyribozyme against α-peptide beta-galactosidase gene in the lactose operon was designed. Methods: pGEM-T map was obtained from addgene server and α-peptide gene sequence was determined. Then, using expasy website proper protein frame in comparison with various reading frames was determined. In this step, whole sequence was reversed and mRNA sequence was achieved. Secondary structure with the lowest free energy was gained using mfold server. Considering the fact that 10-23 deoxyribozyme has cutting capability between a unpaired purine and pairs pyrimidine; an AC was selected in ribosome binding site in the untranslated region and then 9 open bases on either side of it was used as a binding arms. Investigation of the absence of similar sequences in host bacteria was performed by NCBI server. Finally, activity and binding of deoxyribozyme was predicted by the mfold server. Results: The results of this study showed that the designed deoxyribozyme had a relatively high Tm with two 9-nucleotide arms, which increased its effectiveness. Conclusion: The results of this study can be used to control the expression of lacZ gene as a biomarker.