شناسايي جهش هاي پايداركننده ساختارآنزيم لوسيفراز گونه ايراني بوسيله ابزارها و پايگاه هاي بيوانفورماتيك و شبيه سازي ديناميك مولكولي

Identification of Lampyris turkestanicus luciferase Stabilizing Mutations Using Bioinformatics Software and Web Servers and Molecular Dynamics Simulation

آنزيم لوسيفراز در واكنش بيولومينسانس (نشر نور توسط موجودات زنده) دخالت دارد. اين آنزيم به­ عنوان گزارشگر ژني در تصويربرداري in vivo كاربردهاي فراواني دارد. علي­رغم كاربردهاي فراوان و تشخيصي آنزيم لوسيفراز، چندين عامل هم­چون پايداري پايين لوسيفراز نسبت به حرارت و Km بالا براي سوبستراي ATP استفاده از آن را محدود كرده است. با توجه به پايداري پايين آنزيم لوسيفراز مطالعه حاضر جهت ارزيابي تاثير جهش هاي تك اسيدآمينه بر پايداري آنزيم لوسيفراز گونه ايراني لامفيريس تركستانيكوس[1] با استفاده از وب­سرورهاي بيوانفورماتيك و شبيه­ سازي ديناميك مولكولي صورت گرفت. براي اين منظور ابتدا جهت تعيين پايداري، جهش­ ها با استفاده از وب­سرورهاي I-Mutant-2، Pop-music، Cupsat، istable،MUpro و ابزارهاي Protparam و foldx تحت نرم­افزار Yasara بررسي شد. وب سرورها و foldx پيش­بيني كردند كه دو جهش Q35L و H9M باعث پايداري ساختار مي­شوند. وب­سرور Polyphen-2هم پيشگويي كرد كه اين دو جهش در عملكرد آنزيم اثر مخرب ندارد. براي تاييد بيش­تر اين دو جهش شبيه ­سازي ديناميك مولكولي انجام شد، كه نتايج RMSD و RMSF و شعاع ژيراسيون و هيدروفوبيسيته هم نشان دادند كه اين جهش ­ها باعث پايداري اين آنزيم مي ­شود.

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.