شماره ركورد
25220
شماره راهنما
BIO2 1091
عنوان
اثر طول بازوهاي اتصالي دنازيم F8 بر كاهش ميزان فعاليت برشي بر روي سوبستراهاي جهش يافته
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
بيوشيمي
دانشكده
علوم و فناوريهاي زيستي
تاريخ دفاع
1404.06.11
صفحه شمار
84 ص.
استاد راهنما
فاطمه جوادي زرنقي
كليدواژه فارسي
دنازيم برشدهندهي دنا، پايداري ترموديناميكي، كارايي كاتاليزوري، تغييرات انرژي آزاد اتصال، NUPACK
چكيده فارسي
پس از كشف ريبوزيمها به عنوان آنزيمهاي نوكلئيكاسيدي، محققان به كشف و توسعهي آنزيمهاي مبتني بر مولكول دنا سوق داده شدند. از زمان شناسايي نخستين دئوكسي ريبوزيم با فعاليت برشي، دئوكسي ريبوزيمهاي مختلفي با فعاليت كاتاليزوري متنوع عليه پيش مادههاي متنوعي تحت شرايط آزمايشگاهي شناسايي و كشف شدند؛ و به عنوان ابزارهاي مولكولي قدرتمندي در زمينههاي مختلفي به كار گرفته شدند. دنازيمها همانند ساير آنزيمهاي ديگر، براي انجام فعاليت كاتاليزوري بهينه تحت شرايط مختلف واكنش، بايد در وهلهي اول، از پايداري ساختاري ويژهاي برخورددار باشند. به دليل وجود ارتباط متقابلي كه بين ساختار و فعاليت كاتاليزوري وجود دارد؛ ساختار دو رشتهاي تشكيل شده بين بازوهاي اتصالي دنازيم كه مكمل معكوس توالي پيش ماده طراحي ميشوند؛ بايد از لحاظ ساختار فضايي و ترموديناميكي به گونهاي باشند كه در نتيجهي تاخوردگي جايگاه فعال دنازيم (آنزيم)، رسيدن به حالت گذار واكنش با انرژي فعال سازي كمتري انجام شود و منجر به افزايش سرعت فعاليت كاتاليتيكي دنازيم شود. پايداري ساختارهاي دو رشتهاي تشكيل شده بين بازوهاي دنازيم و پيش ماده به پارامترهاي متعددي بستگي دارد. يكي از پارامترهاي ترموديناميكي مورد بررسي كه در مقالات مختلف براي تعيين پايداري ساختار كاتاليزوري پيش بيني و اندازي گيري ميشود؛ و مبنايي براي معرفي پايداري ساختارهاي دو رشتهاي به لحاظ ترموديناميكي قرار گرفته است؛ انرژي آزاد اتصال كل ساختار دو رشتهاي (ΔG binding) است. از همين رو پايداري ساختار دو رشتهاي واتسون-كريكي، معمولا تحت عنوان انرژي آزاد اتصال پيش بيني و محاسبه مي شود. ترتيب و تركيب نوكلئوتيدهاي مجاور هم در طول توالي دو رشتهاي طبق مدل تجربي و ترموديناميكي نزديكترين همسايه، طول توالي هدف و بازوهاي دنازيم، موقعيت قرارگيري نوكلئوتيدها نسبت به دومين كاتاليزوري دنازيم، حضور يك يا تعدادي نوكلئوتيد جفت نشده بين توالي دنازيم و توالي هدف و موقعيت قرارگيري آنها نسبت به دومين كاتاليزوري، پارامترهايي هستند كه مي توان به عنوان عوامل تأثير گذار بر مقدار ΔG اتصال كل دو رشتهي نوكلئيكاسيدي در نظر گرفت. در اين پژوهش، با هدف بررسي همزمان تأثير طول بازوهاي اتصالي دنازيم و حضور يك نوكلئوتيد جهش يافته در ساختار دو رشتهاي بر انرژي آزاد اتصال كه به عنوان دو پارامتر ترموديناميكي اثر گذار بر فعاليت كاتاليزوري محسوب ميشوند؛ دو دنازيم با طولهاي متفاوت تحت عنوان F8، عليه 8 پيش ماده جهش يافتهي تك نوكلئوتيدي (اين پيش مادهها در پژوهش قبلي در آزمايشگاه نوكلئيكاسيد دانشگاه اصفهان زير نظر جوادي استفاده شدند)، طراحي شدند. به علاوه، از مجموعه كتابخانه نرم افزار NUPACK براي محاسبهي مقادير ترموديناميكي از جمله ΔG تواليهاي دو رشتهاي داراي جهش تكي با طولهاي متفاوت، ΔΔG و همچنين |ΔΔG/ΔG(wt)| به عنوان شاخصي براي بررسي كمي ميزان حساسيت (تحمل پذيري يا عدم تحمل پذيري) ساختارهاي دو رشتهاي حاوي جهش تكي متأثر از نوع نوكلئوتيد جايگزين شده و طول توالي، براي بررسي دقيق شدت اثر جهش جايگزيني بر پايداري و قدرت اتصال ساختار دو رشتهاي و تأثيرش بر فعاليت كاتاليزوري استفاده شد.
كليدواژه لاتين
Cleaving DNAzyme – Thermodynamic stability – Catalytic efficiency – Binding free energy changes – NUPACK
عنوان لاتين
Effect of Binding Arm Length of the F8 DNAzyme on the Reduction of Cleavage Activity toward Mutated Substrates
گروه آموزشي
زيست شناسي سلولي مولكولي و ميكروبيولوژي
چكيده لاتين
Following the discovery of ribozymes as nucleic acid-based enzymes, researchers were directed toward the identification and development of DNA-based catalytic molecules, known as deoxyribozymes. Since the recognition of the first DNAzyme with cleavage activity, various deoxyribozymes with diverse catalytic functions against different substrates have been identified and developed under in vitro conditions, and have subsequently been employed as powerful molecular tools in a wide range of applications. Similar to other enzymes, DNAzymes must exhibit a specific degree of structural stability in order to achieve optimal catalytic activity under different reaction conditions. Due to the intrinsic relationship between structure and catalytic activity, the double-stranded structure formed between the binding arms of the DNAzyme—designed as the reverse complement of the substrate sequence—must be arranged both spatially and thermodynamically in such a way that proper folding of the active site facilitates the transition state of the reaction with lower activation energy, thereby enhancing the catalytic efficiency of the DNAzyme.
The stability of the double-stranded structures formed between DNAzyme binding arms and the substrate depends on multiple parameters. One of the most widely examined thermodynamic parameters, predicted and measured in numerous studies as an indicator of structural stability, is the total binding free energy of the duplex (ΔGbinding). Accordingly, the stability of Watson–Crick base-paired duplexes is typically described and calculated in terms of the binding free energy (ΔG). Factors influencing ΔG include the nearest-neighbor nucleotide composition within the duplex sequence, the overall length of both the substrate and the binding arms, the relative positioning of nucleotides with respect to the catalytic domain, the presence of one or more unpaired nucleotides at the enzyme–substrate interface, and their positional context relative to the catalytic core.
In this study, to simultaneously investigate the influence of binding-arm length and the presence of single-nucleotide substitutions within the duplex structure on binding free energy—considered as two critical thermodynamic parameters affecting catalytic activity—two variants of the F8 DNAzyme, differing in arm length, were designed against eight single-nucleotide mutant substrates (previously employed in the Nucleic Acid Laboratory at the University of Isfahan under the supervision of Jowadi). Furthermore, the NUPACK Python API was employed to calculate thermodynamic parameters, including the total binding free energy (ΔG) of mutant-containing duplexes with different lengths, the change in free energy (ΔΔG), and the normalized index |ΔΔG / ΔG(wt)|, which was used to quantitatively assess the sensitivity (tolerance or intolerance) of the duplex structures to single-nucleotide substitutions. This approach enabled a precise evaluation of the extent to which different mutations, as well as sequence length, influence duplex stability and binding strength, and consequently their impact on catalytic efficiency.
تعداد فصل ها
4
فهرست مطالب pdf
148823
نويسنده