استكشاف طفرات Caspase وتعديل ما بعد الترجمة بواسطة مناهج النمذجة الجزيئية

يستخدم البروتوكول الحالي حزمة محاكاة جزيئية حيوية ويصف نهج الديناميات الجزيئية (MD) لنمذجة الكاسباز من النوع البري وأشكاله الطافرة. تسمح طريقة MD بتقييم التطور الديناميكي لهيكل الكاسباز والتأثير المحتمل للطفرات أو تعديلات ما بعد الترجمة.

تلعب دورا رئيسيا في البدء والتنفيذ باستخدام النمذجة الجزيئية. ندرس تأثير التعديلات والطفرات اللاحقة للترجمة على بنية Caspase ووظيفته. وصفنا نهج الديناميات الجزيئية الذي يعطي نظرة على تطور البروتين ، بعد إدخال التعديلات الهيكلية على المستوى الذري.

مثل هذا النهج له أهمية خاصة لفهم الآليات التي تنظم برنامج موت الخلايا والاضطرابات المرتبطة به وتطوير علاجات فعالة جديدة. نظهر قدرات النمذجة الجزيئية باستخدام واحدة من أكثر الأدوات شيوعا ، Amber 20. ولكن يمكن أيضا استخدام البروتوكول المقدم مع الإصدارات الرسمية من هذا البرنامج.

يصف الفيديو التالي تعليمات خطوة بخطوة حول إعداد بنية Caspase للمحاكاة وإجراء تحقيق استسقاء لهذا النوع البري من البروتينات والأشكال المعدلة. لاسترداد بنك بيانات البروتين المحدد أو بنية P D B ، استخدم القائمة المنسدلة لتنزيل الملفات وانقر على تنسيق P D B. قم بإزالة الملاحظات وبيانات الاتصال وأدخل بطاقة T E R بين سلاسل البروتين المنفصلة في ملف P D B.

لإعداد نموذج البداية ، قم بتشغيل برنامج T-LEAP من حزمة Amber Tools. ثم قم بتحميل حقل قوة F F 14 S B لوصف البروتين بالميكانيكا الجزيئية ومعلمات جزيئات الماء والأيونات الذرية مثل الصوديوم والكلوريد عن طريق إدخال الأوامر المشار إليها في سطر الأوامر. بعد ذلك ، قم بتحميل ملف P D B وإنشاء إحداثيات للهيدروجين لإنشاء كائن يسمى mol.

تحقق من عدم الاتساق الداخلي الذي قد يسبب مشاكل باستخدام الأمر check mol. قم بإنشاء صندوق مذيب حول البروتين. ثم تحقق من إجمالي الشحن عن طريق إدخال مول الشحن وإضافة أيونات مضادة لتحييد النظام.

قم بإنشاء ملف TOPOLOGY P R M العلوي وملف الإحداثيات I N P C R D عن طريق إدخال الأمر المشار إليه. بمجرد الانتهاء من ذلك ، قم بإنهاء برنامج T-lEAP. نفذ المرحلة الأولى من تقليل الطاقة لتحسين مواضع ذرات الهيدروجين المضافة وجزيئات الماء مع الحفاظ على إحداثيات البروتين ثابتة بواسطة قيود موضعية على الذرات الثقيلة.

قم بتشغيل برنامج P M E M D عن طريق إدخال الأمر المشار إليه. اتبع الوسيطات المطلوبة أثناء التحكم في البيانات. الطوبولوجيا الجزيئية P ، معلمات مجال القوة وأسماء الذرات.

(ج) الإحداثيات الأولية. O إخراج سجل قابل للقراءة للمستخدم R الإحداثيات النهائية. المرجع ، إحداثيات مرجعية لقيود الموقف.

بعد ذلك ، قم بتنفيذ المرحلة الثانية من تقليل الطاقة دون قيود لتحسين النظام بأكمله باستخدام مدخلات الأمر المشار إليه. تهدف هذه المرحلة إلى تسخين النظام من صفر إلى 300 كلفن. نفذ عملية التسخين بقيود موضعية على ذرات البروتين مع 50 بيكو ثانية بحجم ثابت باستخدام الأمر المحدد كمدخلات.

اتبع الوسيطة المطلوبة حيث تم حفظ مجموعات إحداثيات X على مسار الديناميات الجزيئية. المرحلة التالية ضرورية لضبط كثافة الماء والحصول على حالة توازن البروتين. قم بإجراء التوازن عند 300 كلفن لمدة 500 بيكو ثانية عند ضغط ثابت دون أي قيود باستخدام الأمر المشار إليه بعد تحقيق التوازن بنجاح.

قم بإجراء محاكاة ديناميكيات جزيئية للإنتاج لمدة 10 نانوثانية أو أكثر عند ضغط ثابت وقم بإنشاء ملف المسار للتحليل اللاحق لبنية البروتين باستخدام الأمر المشار إليه. يمكن استخدام الإصدار الموازي من البرنامج ، P M E M D M P I أو G P U الإصدار المعجل P M E M D CUDA على مجموعات الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر العملاقة. يمكن تقسيم محاكاة الديناميات الجزيئية الطويلة إلى عدة أجزاء وتنفيذها بالتتابع.

في هذا التحليل ، تم التحقيق في النوع البري Caspase Two ومتحوله Serine-384 alanine بعد سير عمل نمذجة الديناميات الجزيئية. تسبب استبدال Serine-384 alanine في تغيير توافقي مهم في بقايا الموقع النشط Arginine-378. علاوة على ذلك ، تبين أن استبدال Serine-384 alanine أثر على التعرف على الركيزة بواسطة بقايا الأرجينين في الموقع النشط مما يضعف نشاط قاعدة الزهر.

أظهر الموقع الموجه للطفرات والاختبارات الكيميائية الحيوية أن طفرة Serine-384 alanine منعت النشاط الأنزيمي في معالجة Caspase Two وقمعت موت الخلايا المبرمج للخلايا السرطانية. يمكن استخدام النهج الموصوف لتقييم تأثير طفرات الأحماض الأمينية وتعديلات ما بعد الترجمة في caspase two بالإضافة إلى caspase الأخرى المشاركة في أمراض السرطان المختلفة.