عنوان پایان‌نامه
بررسی تاثیر ترکیبات ترپنیcyperus rotundus lبر فعالیت و رفتار تجمعی پروتئین تاو
- رشته تحصیلی
- بیوشیمی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک شماره ثبت: 11519ب;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75935
- تاریخ دفاع
- ۰۲ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- اعظم عظیمی
- استاد راهنما
- غلامحسین ریاضی
- چکیده
- گیاه Cyperus rotundus از خانواده سیپراسه با نامهای محلی اویارسلام، سعد کوفی یا جگن شناخته می شود و یکی از مهاجم ترین علف های هرز است. از این گیاه در طب سنتی بطور گسترده استفاده می شود و برای درمان بسیاری از اختلالات دستگاه عصبی مرکزی مانند صرع، افسردگی و اختلالات التهابی به کار می رود. التهاب به طور آشکار در مناطق آسیب دیده مغز افراد آلزایمری دیده می شود. در پدیده التهاب ، شمیوتاکسی وابسته به میکروتوبول به طور مشخص در تولید سیتوکین ها و فاگوسیتوز اثر می گذارد. تاکنون اثر آلفا سیپرون و فارنزول بعنوان دو ترکیب ترپنی موثره گیاه Cyperus rotundus بر پلیمریزاسیون میکروتوبول بررسی نشده و هدف این رساله می باشد.طبق فرضیه تاو و کلاف-های نوروفیبریلی(NFTs) پروتئین تاو،که متعلق به خانواده¬ی پروتئین¬های همراه میکروتوبولی است یکی از عوامل ایجاد بیماری آلزایمر می¬باشد. نقش اصلی این پروتئین، پایدارسازی پروتئین¬های میکروتوبولی می باشد. حالـت هایپرفسـفریلهی پــروتئین تــاو باعـث کـاهش تمایـل ایـن پـروتئین بـرای اتصـال بـه پروتئینهای میکروتوبولی شده وتشکیل فیبریلهایی از این پروتئین را موجب میشود. بررسی تاثیر آلفا سیپرون و فارنزول بر فرایند تجمع پروتئین تاو از دیگر اهداف این تحقیق می باشد. میکروتوبول ها و توبولین از مغز موش و پروتئین تاو از باکتری نوترکیبE. Coli استخراج گردید. اثر آلفا سیپرون و فارنزول بر روی فرآیند پلیمریزاسیون پروتئین تاو و توبولین با بهره¬گیری از تکنیک¬های مختلف مانند سنجش نشر فلوئورسانس تیوفلاوین T، دورنگ نمایی دورانی، میکروسکوپ الکترونی، فلورسانس ذاتی، کدورت سنجی ، داکینگ مولکولی و الگوریتم BINANA و تکنیکهای مختلف کشت سلولی بررسی شد. یافته ها نشان داد که آلفا سیپرون و فارنزول تاثیر زیادی بر ساختار توبولین داشته، میزان ساختار بتا افزایش و ساختار آلفا هلیکس کاهش قابل ملاحظه ای داشته است و در شرایط in vitro سرعت پلیمریزاسیون و غلظت توبولین پلیمر شده را کاهش یافته است. مکانیسم خاموشی توبولین در اثر آلفا سیپرون و فارنزول از نوع استاتیک بوده و پارامترهای بیوفیزیکی نشان دهنده خودبخودی بودن اتصال آلفا سیپرون با تنها جایگاه اتصال خود با توبولین می باشد. آلفا سیپرون و فارنزول تعداد و پیچیدگی فیبرهای میکروسکوپی میکروتوبول را کاهش می دهند. تجزیه و تحلیل داده های حاصل از داکینگ پیشنهاد می دهد که آلفاسیپرون ترجیحا به بتاتوبولین در نزدیکی محل اتصال GTP و هیدرولیز آن متصل می شود. تلاقی این لیگاند با بتاتوبولین عمدتا از نوع هیدروفوب بوده با آمینواسیدهایی رخ می دهد که عمدتا در قسمت رندم کویل قرار دارند. الگوریتم BINANA نشان داد که آمینواسید آرژینین 48 و والین 62 بیشترین تعداد برهم کنش را کسب کرده و احتمالا در اینترکشن پروتئین – آلفاسیپرون نقش حیاتی دارند. جایگاه اتصال فارنزول تا حدودی با جایگاه آلفاسیپرون همپوشانی دارد. آلفا سیپرون و فارنزول هر دو اثر مهاری بر فرایند تجمع تاو داشته اند( هم مقدار و هم سرعت تشکیل تجمعات تاو را کاهش داده اند). آلفا سیپرون و فارنزول بر زیست پذیری سلولهای آستروسیت نقش مثبت داشته و آپوپتوز را کاهش دادند. آلفا سیپرون به طور موثرتری به توبولین متصل شده و پلی مریزاسیون میکروتوبول را بطور مشخص کم می کند تاثیر این اینترکشن و مهار تجمع تاو، کاهش التهاب است که می تواند برای درمان بیماریهای التهابی از جمله آلزایمر حائز اهمیت باشد. کلمات کلیدی: آلفا سیپرون، فارنزول، Cyperus rotundus، توبولین، پلیمریزاسیون میکروتوبول ، تجمع تاو ، داکینگ مولکولی
- Abstract
- Cyperus rotundus L. (Cyperaceae), commonly known as purple nut sedge or nut grass is one of the most invasive and endemic weeds in tropical, subtropical and temperate regions. This plant has been extensively used in traditional medicine for anti-arthritic, antidiarrheal and antiplatelet properties as well as treatment for several CNS disorders such as epilepsy, depression and inflammatory disorders. Inflammation is evidently occurring in pathologically susceptible regions of the Alzheimer's disease (AD) brain as well as other disorders. Microtubule-based inflammatory cell chemotaxis is a well-recognized process that influences production of cytokines and phagocytosis. The effect of ?-Cyperone and Farnesol, two of main ingredients of Cyperus rotundus on microtubule assembly and dynamics has not been examined and is the purpose of this investigation. Based on Tau and Neurofibrillary Tangles hypothesis, Tau protein is the main cause of AD.The main role of Tau is stabilization of microtubules. In pathogenic conditions tau is in hyperphosphorylated state. The hyperphosphorylated tau does not have affinity towards microtubules and aggregates in NFTs form. The other purpose of this thesis is evaluation of the effect of ?-Cyperone and Farnesol on the tau aggregation. Microtubules and tubulin were extracted in order to explore their interaction with drugs by utilization of turbidimetric examinations, intrinsic fluorescence and circular dichroism spectroscopy (CD) studies. The molecular docking analysis was executed in order to facilitate a more detail and stronger evidence of this interaction. The BINding ANAlyzer (BINANA) algorithm was used to evaluate and further substantiate the binding site of ?-Cyperone and Farnesol. MTT test and apoptosis was done in ex-vivo. Tau protein was extracted from recombinant E. Coli. It was demonstrated that ?-Cyperone and Frnesol had a pronounced influence on the tubulin structure, decreased polymerization rate and reduced concentration of polymerized tubulin in vitro. The CD deconvolution analysis concluded that significant conformational changes occurred, demonstrated by a drastic increase in content of ?-strands upon binding of ?-Cyperone. The fluorescence spectroscopy revealed that a static type of quenching mechanism is responsible for binding of ?-Cyperone and Farnesol to tubulin. Transmission electron microscopy revealed that upon binding of ?-Cyperone and Farnesol to microtubule the number and complexity of fibers were noticeably decreased. The computational analysis of docking suggested that ?-Cyperone and Frnesol bind preferably to ?-tubulin at a distinct location with close proximity to the GTP binding and hydrolysis site. The ligands interaction with ?-tubulin are mostly hydrophobic and occur at amino acid residues that are exclusively on random coil. ?-Cyperone and Farnesol both improved the astrocytes viability and reduced apoptosis. ?-Cyperone and Farnesol both have inhibitory effect on tau aggregation but this effect of ?-Cyperone was more than Farnesol effect. Two ligands reduced inflammation trough depolymerization of microtubules and inhibition of tau aggregation and discontinue activated microglial. These ligands are capable of distinctly destabilizing microtubule polymerization. The effect of these interactions could result in reduction of inflammation which would be highly beneficial for treatment of inflammatory diseases such as AD. Keywords: ?-Cyperone, Franesol, Rhizomes of Cyperus rotundus, Tubulin, microtubule polymerization, Molecular Docking , Tau aggregation, astrocytes.
