การกลายพันธุ์บนคอมพิวเตอร์และการพยากรณ์โครงสร้างพันธุ์กลายของโดเมนอาร์ของโคลิซินเอ็น

กนกพล อภิโช; ภาณุวัฒน์ เลิศวรทรัพย์

Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/77004

Title:	การกลายพันธุ์บนคอมพิวเตอร์และการพยากรณ์โครงสร้างพันธุ์กลายของโดเมนอาร์ของโคลิซินเอ็น
Other Titles:	In silico mutations and mutant structure prediction of Colicin N's R domain
Authors:	กนกพล อภิโช ภาณุวัฒน์ เลิศวรทรัพย์
Advisors:	ณฐพล พรพุทธพงศ์
Other author:	คณะเภสัชศาสตร์
Advisor's Email:	natapol.p@chula.ac.th
Subjects:	วิศวกรรมชีวเวช Biomedical engineering พันธุศาสตร์แบคทีเรีย Bacterial genetics
Issue Date:	2560
Publisher:	คณะเภสัชศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
Abstract:	โคลิซินเอ็น (coIN) เป็นแบคเทอริโอซินชนิดโคลิซิน โดยเป็นโปรตีนที่มีฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรีย ซึ่ง Escherichia coli ผลิตขึ้นในสภาวะแข่งขัน โดยกลไกความเป็นพิษของโคลิชินแตกต่างกันขึ้นกับชนิดของโคลิชินนั้น ๆ กลไกดังกล่าวได้แก่ DNase tRNase และการก่อรู โดย coIN นับเป็นหนึ่งในชนิดที่ก่อรูบนผนังเซลล์ มีการศึกษารายงานถึงคุณสมบัติต่อต้านมะเร็งของโคลิชินชนิดก่อรูบางชนิด เช่น โคลิซินเอ และ โคลิชินอี 1 ขณะที่คุณสมบัติดังกล่าวใน colN ยังไม่ได้รับการศึกษา จากที่กล่าวมาข้างต้น การศึกษาความเป็นพิษต่อเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนมของ COIN จึงเป็นที่น่าสนใจจากความรู้ว่าที่ว่าประจุบนพื้นผิวของเซลล์มะเร็งนั้นมีความเป็นลบ ผู้วิจัยจึงสนใจในการวิศวกรรมพันธุ์กลายของ colN ที่มีมีประจุเป็นบวกมากขึ้น เพื่อศึกษาวิเคราะห์และปรับปรุงฤทธิ์ของ coIN ต่อเซลล์มะเร็ง อย่างไรก็ดี การกลายพันธุ์บางรูปแบบอาจทำลายโครงสร้างและการทำหน้าที่ของโปรตีนได้ ในการศึกษาบนคอมพิวเตอร์นี้ จึงมีวัตถุประสงค์เพื่อประเมินและเสนอแนะการกลายพันธุ์ที่ไม่ทำให้เกิดความไม่คงตัว มีความเหมาะสมต่อการศึกษาฤทธิ์ชีวภาพต่อไปขั้นแรก จะหาตำแหน่งของตำแหน่งของกรดอะมิโนประจุลบที่มีความเข้าถึงได้สูงที่สุดและเป็นตำแหน่งของโครงสร้างที่เกิดไม่เกิดพันธะไฮโดรเจนกับโครงสร้างหลักหรือโซ่ข้าง โดยใช้เครื่องมือ Rosetta Supercharge จึงพบแอสปาร์เตตที่ตำแหน่ง 150 และ 154 บนโดเมนอาร์ต่อมาในขั้นตอนที่สองจะเป็นการวิเคราะห์โปรตีนพันธุ์กลายประจุบวกที่ตำแหน่งทั้งสองถูกแทนที่ด้วยไลซีน และ/หรือarรูi โดยใช้เครื่องมือทำนายความคงตัวของโปรตีนพันธุ์กลายหลายชนิดและทำการจำลองแบบโครงสร้งด้วยวิธีจำลองโครงสร้างจากโปรตีนต้นแบบโดยโครงสร้างที่ถูกจำลองขึ้นจะนำมาวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือประเมินโครงสร้างชนิดต่าง ๆ ต่อมาจึงทำการจำลองแบบพลวัตเชิงโมเลกุลเพื่อยืนยันความคง ตัวของโครงสร้างโปรตีน โดยสรุปสุดท้ายผู้วิจัยเสนอแนะ coIN พันธุ์กลายที่ตำแหน่ง D150RD 154R สำหรับใช้ในการทดลองความป็นพิษต่อเซลล์ต่อไป อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการศึกษานี้เป็นการศึกษาทางคอมพิวเตอร์ จึงต้องทำการทดลองในห้องปฏิบัติการร่วมด้วย ได้แก่ การใช้ circular dichroism spectroscopy เพื่อยืนยันโครงสร้างโปรตีนพันธุ์กลาย และควรมีการศึกษาเพื่อทำการกลายพันธุ์อย่างเข้มข้นขึ้นเพื่อให้ได้โปรตีนพันธุ์กลายที่มีความเป็นบวกมากขึ้น
Other Abstract:	Colicin N (colN) is a bacteriocin of colicin type, an antimicrobial protein produced by Escherichia coli in competitive condition. The cytotoxic mechanism of colicins depends on its type including DNase, tRNase and pore-forming activity. ColN is among the pore-forming types. There are studies reported anticancer activity of some pore-forming toxins e.g. colicin A and colicin E1. While such activities of colN were unexplored. As stated above, the study of mammalian cell cytotoxicity of colN was inspired. Knowing that surface charge of cancer cell in certain types is negative, we were motivated to engineer more positive colN mutant to investigate an improvement of its activity against cancerous cell type with negative charge. Unfortunately, some mutation can diminish protein structure and function. This in silico study therefore aim to evaluate and suggest non-destabilizing mutation appropriate for undergoing further bioactivity study. First, the negative residues with highest accessibility and involve neither backbone nor sidechain hydrogen bonding stabilization were located using Rosetta Supercharge. Aspartate residues D150 and D154 in domain R were determined accordingly. In the second step, positive mutants in which both residues substituted with either lysine or arginine were analyzed by using several mutant protein stability prediction tools and homology modelling. Modelled structures from latter were analyzed using various structure evaluation tools. Finally, molecular dynamics simulation was performed to confirm the structure stability. In conclusion, we suggested the D150R, D154R colN mutant for further cytotoxicity experiments. Due to nature of computational study, complementary laboratory experiments i.e. circular dichroism spectroscopy to confirm mutant protein structures and study to explore more intensive mutation yielding more positive variants should be conducted.
Description:	โครงงานเป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาตามหลักสูตรปริญญาเภสัชศาสตร์บัณฑิต สาขาการการค้นพบและพัฒนายา คณะเภสัชศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ปีการศึกษา 2560
URI:	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/77004
Type:	Senior Project
Appears in Collections:	Pharm - Senior projects

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Pharm_SeniorProject_3.9_2560.pdf	ไฟล์โครงงานทางวิชาการฉบับเต็ม(3.9-2560)	2.43 MB	Adobe PDF	View/Open

Show full item record