بررسی بیوانفورماتیکی میانکنش شش پپتید نوترکیب لاکتوفرین شتری با پروتئین‌های سطحی روتا ویروس گاوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 استاد، گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

سابقه و هدف: اسهال یک بیماری رایج میان گوساله ها بوده که سبب زیان اقتصادی چشمگیر در صنعت گاوهای شیری و گوشتی به علت افزایش میزان مرگ و میر، هزینه‌های درمان و کاهش نرخ رشد و افزایش سن اولین زایمان می‌گردد. روتاویروس گاوی یکی از عوامل اصلی ابتلا به اسهال در گوساله ها در سن یک تا دوهفتگی است. دو پروتئین vp4 و vp7 کپسید خارجی ویروس را ساخته و سبب تولید آنتی بادی و تحریک سیستم ایمنی می‌شوند. لاکتوفرامپین-لاکتوفریسین شتری یک ضد ویروس قوی است که با اتصال به هپارین سولفات پروتئوگلایسین مانع ورود ویروس به سلول میزبان شده و می‌تواند جایگزین داروهای ضد ویروسی شود. هدف از این پژوهش بررسی امکان جایگزینی پپتید لاکتوفرین شتری با داروهای ضد ویروسی می باشد.
مواد و روش ها: در این مطالعه امکان جایگزینی شش پپتید نوترکیب لاکتوفرین شتری به نام‌های clf36-1، clf36-2، 12A-36F+BC، A_Scaning، AF، Arm با داروهای ضدویروسی و اتصال کارآمد این پپتیدها با پروتئین‌های سطحی روتاویروس گاوی(vp4 و vp7) با استفاده از روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی و با استفاده از نرم افزار گرومکس بررسی و با توجه به انرژی آزاد پیوند شدن لیگاند-پروتئین در مرحله داکینگ و میزان بار الکتریکی سیستم پیش از خنثی سازی بار در دینامیک مولکولی مورد مقایسه قرار گرفته و در نهایت بهترین پپتید جایگزین با توجه به نمودارهای شعاع چرخشی که مهم ترین عامل تعیین کننده در کارآمدی سیستم‌ها در شرایط درون تنی و همچنین نشان دهنده‌ی امکان اتصال پایدار پپتید نوترکیب لاکتوفرین با پروتئین سطحی ویروس است؛ از میان شش پپتید مورد مطالعه، انتخاب گردید.
یافته ها: نتایج حاصل از این پژوهش نشان می دهد پپتید لاکتوفرین به خوبی با پروتئین های سطحی روتاویروس اتصال برقرار کرده و به این وسیله می تواند مانع ورود ویروس به درون سلول‌ها گردد. با این حال از میان شش پپتید مورد بررسی، پپتید 12A-36F+BC در دو سیستم vp4 و vp7 علی رغم داشتن بیشترین انرژی آزاد پیوند شدن لیگاند-پروتئین در بین مدل‌های مورد بررسی در مرحله داکینگ و مثبت‌ترین بار الکتریکی پیش از خنثی سازی بار در دینامیک مولکولی، به دلیل unfold بودن و تغییرات زیاد Rg آنها در طول زمانِ شبیه سازی به نظر می رسد در شرایط بدن اتصال کارآمدی نداشته باشند؛ از این رو با توجه به نمودارهای شعاع چرخشی از مطالعه حاضر انتظار می‌رود سیستم پروتئین سطحی vp4 و پپتید نوترکیب clf36-1 دارای بهترین اتصال باشد.
نتیجه گیری: نتایج حاصل از این تحقیق نشان می‌دهد پپتید clf36-1 از میان شش پپتید مورد بررسی طی زمان شبیه سازی پایدار و دارای اتصال کارآمد و مناسب با پروتئین سطحی vp4 بوده، ضمن اینکه طی زمان شبیه سازی ساختار خود را حفظ کرده و از این طریق میتواند مانع ورود ویروس به درون سلول‌ها شده و جایگزین مناسبی برای داروهای ضد ویروسی باشد. با این حال انجام آزمایشات در شرایط in vivo به منظور اثبات اثربخشی این پپتید ضروری می نماید.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Bioinformatics study of the interaction between six recombinant camel lactoferrin peptides and bovine rotavirus’ surface proteins

نویسندگان [English]

  • maryam-sadat shahamiri 1
  • Mojtaba Tahmoorespur 2
  • Marjan Azghandi 1
1 Department of Animal Science, Faculty of Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
2 Department of Animal Science, faculty of agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Bovine diarrhea is a common disease among calves that causes significant economic losses in the dairy and meat industry because of increased mortality, treatment costs and reduced growth rates and increasing age at first calving. Bovine rotavirus is one of the main causes of diarrhea in calves at the age of one to two weeks. Both vp4 and vp7 proteins form the outer capsid of the virus, producing antibodies and stimulating the immune system. Camel lactoferrampine-Lactoferrin is a potent antiviral that binds to heparin proteoglycine sulfate, prevents virus entry into the host cell and can replace antiviral drugs. The aim of this study was to investigate the possibility of replacement of camel lactoferrin peptide with antiviral drugs.
Materials and methods: In this study, the possibility of replacing six recombinant camel lactoferrin peptides named clf36-1, clf36-2, 12A-36F + BC, A_Scaning, AF, Arm with antiviral drugs and efficient binding of these peptides to Surface proteins of bovine rotavirus (vp4 and vp7) was investigated by molecular dynamics simulation using GROMACS software and they were compared due to their bond-dissociation energy in docking step and amount of electric charge before Neutralizing the electric charge of systems in molecular dynamics and finally the best substituted peptide was selected according to Radius of gyration diagram which is the main determinative factor in system efficiency in vivo and also indicates the possibility of stable binding of recombinant lactoferrin peptide to the virus’ surface protein.
Results: The results of this study indicate that the lactoferrin peptide binds well with the rotavirus’ surface proteins and can thus prevent the virus from entering the cells. However, among the six peptides examined, the 12A-36F + BC peptide in both vp4 and vp7 systems seems to be inefficient in vivo in spite of the highest bond-dissociation energy and the most positive electric charge before Neutralizing the electric charge of systems in molecular dynamics. As being unfold and Rg fluctuation during the simulation. Hence this study expects that recombinant peptide clf36-1 and vp4 system will bind well according to the Radius of gyration diagram.
Conclusions: The results of this study show that the clf36-1 peptide was stable and efficiently bound to vp4 surface protein among the six peptides investigated while retaining its structure during the simulation and in this way it can prevent the virus from entering the cells. So it can be an appropriate alternative to antiviral drugs. However, in vivo experiments are needed to prove the efficacy of this peptide.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bovine diarrhea
  • Bovine rotavirus
  • Camel lactoferrampine-Lactoferrin
  • molecular dynamics simulation
  1. Allen, M.P. 2004. Introduction to molecular dynamics simulation, in: N. Attig, K. Binder, H. Grubmuller, K. Kremer (Eds.), Computational Soft Matter: From Synthetic Polymers to Proteins, Lecture Notes, Vol. NIC Series, vol. 23, John von Neumann Institute for Computing, Juelich, Germany. Pp: 1-28.
  2. Barazandeh, A., Mohammadabadi, M.R., Ghaderi, M. and Nezamabadipour, H. 2016. Predicting CpG Islands and their relationship with genomic feature in cattle by Hidden Markov Model Algorithm. Iranian Journal of Applied Animal Science. 6: 571-579.
  3. Berlutti, F., Pantanella, F., Natalizi, T., Frioni, A., Paesano, R., Polimeni, A. and Valenti, P. 2011. Antiviral properties of lactoferrin—A Natural Immunity Molecule. Molecules. 16: 6992-7018.
  4. Brogden, K.A. 2005. Antimicrobial peptides: Pore formers or metabolic inhibitors in bacteria. Nature Reviews Microbiology. 3: 238-250.
  5. Cho, Y. and Yoon, K.J. 2014. An overview of calf diarrhea - infectious etiology, diagnosis, and Journal of Veterinary Science. 15: 1-17.
  6. Collins, P.J., Mulherin, E., Cashman, O., Lennon, G., Gunn, L., O’Shea, H. and Fanning, S. 2014. Detection and characterisation of bovine rotavirus in Ireland from 2006–2008. Irish Veterinary Journal. 67: 13-16.
  7. Ebrahimi, Z., Mohammadabadi, M.R., Esmailizadeh, A.K., Khezri, A. and Najmi Noori, A. 2015. Association of PIT1 gene with milk fat percentage in Holstein cattle. Iranian Journal of Applied Animal Science. 5: 575-582.
  8. Ebrahimi, Z., Mohammadabadi, M.R., Esmailizadeh, A.K. and Khezri, A. 2015. Association of PIT1 gene and milk protein percentage in Holstein cattle. Journal of Livestock Science and Technologies. 3: 41-49.
  9. Falcone, E., Tarantino, M., Ditrani, L., Cordioli, P., Lavazza, A. and Tollis, M. 1999. Determination of bovine rotavirus G and P serotypes in Italy by PCR. Journal of Clinical Microbiology. 37: 3879-3882.
  10. Ghasemi, M., Baghizadeh, A. and Abadi, M.R.M. 2010. Determination of genetic polymorphism in Kerman Holstein and Jersey cattle population using ISSR markers. Australian Journal of Basic and Applied Sciences. 4: 5758-5760.
  11. Gifford, J.L., Hunter H.N. and Vogel H.J. 2005. Lactoferricin: a lactoferrin-derived peptide with antimicrobial, antiviral, antitumor and immunological properties. Cellular and Molecular Life Sciences. 62(22): 2588-2598.
  12. Gomez, D.E. and Weese, J.S. 2017. Viral enteritis in calves. The Canadian veterinary journal. 58: 1267-1274.
  13. González-Chávez, S.A., Arévalo-Gallegos, S. and Rascón-Cruz, Q. 2009. Lactoferrin: structure, function and applications. International Journal of antimicrobial Agents. 33(4): 301-308.
  14. Khan, J.A., Kumar, P., Paramasiviam, M., Yadav, R.S., Sahani, M.S., Sharma, S., Srinivasan, A. and Singh, T.P. 2001. Camel lactoferrin, a transferrin-cum-lactoferrin: Crystal structure of camel apolactoferrin at 2.6 a resolution and structural basis of its dual role. Journal of Molecular Biology. 309: 751-761.
  15. Kharrati Koopaei, H., Mohammadabadi, M.R., Ansari Mehyari, S., Esmailizadeh, A.K., Tarang, A. and Nikbakhti, M. 2011. Genetic variation of DGAT1 gene and its association with milk production in Iranian Holstein cattle breed ppopulation. Iranian Journal of Animal Science Research. 3(2): 185-192.
  16. Kharrati Koopaei, H., Mohammad Abadi, M.R., Ansari Mahyari, S., Tarang, A.R., Potki, P. and Esmailizadeh, A.K. 2012a. Effect of DGAT1 variants on milk composition traits in Iranian Holstein cattle population. Animal Science Papers and Reports 30(3): 231-240.
  17. Kharrati Koopaei, H., Mohammadabadi, M.R., Tarang, A., Kharrati koopaei, M. and Esmailizadeh Koshkoiyeh, A. 2012b. Study of the association between the allelic variations in DGAT1 gene with mastitis in Iranian Holstein cattle. Modern Genetics Journal. 7(1): 101-104.
  18. Levay, P.F. and Viljoen, M. 1995. Lactoferrin: a general review: Haematologica. 80: 252-267.
  19. MacDonald, R.S., Thornton, W.H. and Marshall, R.T. 1994. A cell culture model to identify biologically active peptides generated by bacterial hydrolysis of casein. Journal of Dairy Science. 77(5): 1167-75.
  20. Mohammad Abadi, M.R. and Mohammadi, A. 2010. Study of beta-lactoglobulin genotypes in native and Holstein cattle of Kerman province. Journal of Animal Productions. 12(2): 61-67.
  21. Pasandideh, M., Mohammadabadi, M.R., Esmailizadeh, A.K. and Tarang, A. 2015. Association of bovine PPARGC1A and OPN genes with milk production and composition in Holstein cattle. Czech Journal of Animal Science. 60: 97-104.
  22. Raei, M., Rajabzadeh, G., Zibaei, S., Jafari, S.M. and Sani, A.M. 2015. Nano-encapsulation of isolated lactoferrin from camel milk by calcium alginate and evaluation of its release. International Journal of Biological Macromolecules. 79: 669-673.
  23. Redwan, E.M., EL-Fakharany, E.M., Uversky, V.N. and Linjawi, M.H. 2014. Screening the anti-infectivity potentials of native N- and C-lobes derived from the camel lactoferrin against hepatitis C virus. BMC Complementary and Alternative Medicine. 14(1): 219-234.
  24. Sinha, M., Kaushik, S., Kaur, P., Sharma, S. and Singh, T.P. 2013. Antimicrobial Lactoferrin Peptides: The Hidden Players in the Protective Function of a Multifunctional Protein. International Journal of Peptides. 2013: 1-12.
  25. Stefan, R., Ackermann, M., Farah, Z. and Pohan, Z. 1999. Sequence analysis of camel lactoferrin. International Dairy Journal. 9: 481-486.
  26. Tomita, M., Takase, M., Bellamy, W. and Shimakura, S. 1994. Areview: the active peptide of lactoferrin. Acta Paediatrica Japonica. 36(5): 585-591.
  27. Yagil, R. 1985. The desert camel: comparative physiological adaptation. Comparative Animal Nutrition. Vol. 5 Basel: Karger Ag.