مطالعه برهمكنش بين پروتيين آميلوييد بتا با يون فلزي روي و نقش آن در بيماري آلزايمر

The study of the interaction between amyloid beta protein and zinc ion and its role in Alzheimerʹʹs disease

سابقه و هدف: در اين مطالعه به اثر اتصال يون فلزي روي بر تغييرات ساختاري و پايداري پروتيين آميلوييد بتا، موثر در بروز بيماري آلزايمر در سطوح مولكولي پرداختيم. روش بررسي: اين بررسي با كمك محاسبات شبيه سازي ديناميكي مولكولي و با استفاده از نرم افزار گرومكس نسخه 4.6.5 و ميدان نيروي 03 Amber و مدل حلال آب SPC216 انجام گرفت. يافته ها: به كمك انحراف جذر مربع ميانگين، صحت انجام شبيه سازي بررسي و با كمك آناليزهاي مختلف ديگر (اعم از تحليل ساختار دوم پروتيين، تعداد پيوندهاي هيدروژني و شعاع ژيراسيون) مشاهده كرديم كه در حضور يون هاي فلزي روي، قبل و بعد از اتصال، ساختار پروتيين تفاوت چشم گيري خواهد كرد. نتيجه گيري: آناليز داده هاي حاصل از تحليل ساختار دوم پروتيين نشان مي دهد كه آميلوييد بتا پپتيد در اثر اتصال با يون هاي روي، درصد بالايي از ساختار مارپيچي خود را از دست مي دهد. با افزايش شعاع ژيراسيون بعد اتصال يون فلزي، پروتيين ساختار كروي خود را از دست داده و باز مي شود. همچنين تعداد پيوندهاي هيدروژني در آميلوييد بتا پپتيد، در حضور يون فلزي كمتر از در غياب آن مي باشد كه تمامي اين يافته ها دليل محكمي بر پايداري كمتر ساختار پروتيين در حضور يون فلزي روي و تجزيه آن در مغز و ممانعت از رسوبدهي آميلوييد بتا پپتيد و در نتيجه به تاخير افتادن بيماري آلزايمر خواهد شد. واژگان كليدي: آميلوييد بتا پپتيد، بيماري آلزايمر، شبيه سازي ديناميك مولكولي، انحراف جذر مربع ميانگين، تحليل ساختار دوم پروتيين، شعاع ژيراسيون.

Background: In this study, the effect of zinc ion binding on the structural changes and the stability of Amyloid beta protein on the incidence of Alzheimerʹs disease at the molecular level was investigated. Materials and methods: This study was done by molecular dynamics simulation computations, using Gromacs 4.6.1 software and Amber03 force field and SPC216 water solvent model. Results: By Root-mean-square-deviation (RMSD), the precision of simulation was investigated; and by means of other different analysis (e.g. DSSP, Hydrogen Bond numbers and Radius of Gyration), we found that in the presence of zinc ions before and after binding, the structure of this protein was significantly changed. Conclusion: The data analysis by DSSP indicated that Amyloid beta peptide loses much percentage of its helical structure as a result of binding with zinc ion’s. With increasing radius of gyration after binding metal ion, the protein loses its global structure and will be changed unfold. Also, the number of hydrogen bonds in amyloid beta peptide in the presence of zinc ionʹs, is less than in the its absence. All of these results are strong reason for the less stability of the protein structure in the presence of zinc ions and itʹs decomposition in the brain (preventing of aggregation of Amyloid beta peptide) and dealying Alzheimerʹs disease, consequently. Keywords: Amyloid beta peptide, Alzheimerʹs disease, Molecular dynamics simulation, RMSD, DSSP, Radius of gyration.