مدل‌سازی in silico یک پروتئین cas9 جهش یافته با هدف افزایش دقت ویرایش ژنوم

مقدمه: سیستم crispr/cas، سیستم ایمنی اکتسابی باکتری ها در مقابله با عوامل مهاجم خارجی است. پروتئین cas9 باکتری استرپتوکوکوس پیوژنز، رایج ترین پروتئین cas استفاده شده در ویرایش ژنوم می باشد؛ اما پروتئین های cas9 دارای مشکلاتی مانند وقوع جهش های نابه‌جا هستند که مانعی مهم در مسیر به کارگیری آن ها برای مقاصد درمانی می باشد. هدف از این مطالعه، طراحی یوانفورماتیکی یک پروتئین cas9 جهش یافته به منظور افزایش دقت آنزیم در امر ویرایش ژنوم است. روش: در این مطالعه ابتدا با انتخاب برخی از جهش ها و اعمال آن در پروتئین، cas9 جدید به صورت in silico طراحی شد. با روش داکینگ مولکولی نحوه اتصال spcas9 جهش یافته و وحشی به dna مورد بررسی قرار گرفت. در آخر، پایداری دو پروتئین جهش یافته و وحشی با استفاده از دینامیک مولکولی مورد ارزیابی قرار گرفت.نتایج: نتایج این مطالعه منجر به طراحی یک پروتئین جهش یافته با 5 جهش شد. نتایج داکینگ مولکولی امتیاز 1073/86- را برای پروتئین تیپ وحشی و امتیاز 349/41- را برای پروتئین جهش یافته نشان داد.نتیجه‌گیری: بررسی داکینگ مولکولی نشان داد که از پیوندهای بین پروتئین و dna در حالت جهش یافته کاسته شده است. همچنین، نتایج دینامیک مولکولی نشان داد که پایداری دو پروتئین جهش یافته و تیپ وحشی مشابه یکدیگر می‌باشند. 

in silico modeling of a mutant cas9 protein for high-fidelity genome editing

introduction: crispr/cas system is a bacterial-acquired immune system against viruses. spcas9 protein-derived from streptococcus pyogenes is the most common cas protein used in genome editing. the cas9 proteins suffer from some problems like unwanted off-target cleavage, which is the major limitation in the application of the crispr system, especially for therapeutic issues. the present study aimed to in silico design of a mutant cas protein to enhance the fidelity of the enzyme.method: in this study, a new cas9 protein was designed in silico via the selection of some mutations. the interaction of the mutant and wild-type cas9 proteins with dna was determined by molecular docking. finally, the stability of the mutant and wild-type proteins was evaluated using molecular dynamics.results: the outcome of this study resulted in designing a mutant cas9 protein bioinformatically containing 5 amino acid substitutions. molecular docking scores for the wild-type and mutant proteins were -1073.86 and -349.41, respectively.conclusion: molecular docking indicated that the number of hydrogen bonds between protein and dna reduced in the mutant state. moreover, based on the molecular dynamic findings, the stability of both mutant and wild-type cas9 proteins was similar.