Iranian Journal of Biomedical Engineering (IJBME)

ارزیابی پایداری مکانیکی ترکیب اکتین-کوفیلین در حضور جهش‌های سرطانی اکتین به روش دینامیک مولکولی هدایت شده

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه بیومکانیک، دانشکده مهندسی پزشکی، صنعتی تبریز (سهند)، تبریز، ایران

2 دانشکده مهندسی پزشکی، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

10.22041/ijbme.2026.2086408.2023
چکیده
پروتئین کوفیلین نقش اساسی در بازآرایی اسکلت سلولی اکتین ایفا می‌کند و از طریق اتصال به رشته‌های اکتین، فرآیندهای برش و دپلیمریزاسیون آن‌ها را تسهیل می‌نماید. اختلال در برهم‌کنش اکتین-کوفیلین، به‌ویژه در اثر جهش‌های اکتین، در بروز و پیشرفت انواع مختلفی از سرطان‌ها از جمله سرطان پوست گزارش شده‌است. در این مطالعه، تمایل اتصال کوفیلین به اکتین گونه وحشی و اکتین‌های جهش‌یافته شامل D288N، G168N و R63Q با استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی هدایت‌شده مورد بررسی قرار گرفت. مدل‌های ساختاری ترکیب اکتین-کوفیلین ایجاد شده و تحت کشش با سرعت ثابت قرار گرفتند تا حداکثر نیروی جدایش و مؤلفه‌های انرژی برهم‌کنش شامل انرژی‌های واندروالسی و الکترواستاتیک محاسبه شوند. نتایج شبیه‌سازی دینامیک مولکولی هدایت‌شده نشان داد که بیشینه نیروی جدایش در گونه وحشی حدود 4000 پیکونیوتن بود، در حالی‌که این مقدار در جهش‌های D288N، G168N و R63Q به‌ترتیب به مقادیر 4200، 4400 و 4700 پیکونیوتن افزایش یافت. همچنین، تحلیل انرژی نشان داد که جهش‌ها برهم‌کنش‌های پایدارتری نسبت به گونه وحشی ایجاد می‌کنند و جهش R63Q (با انرژی واندروالس و الکترواستاتیک به ترتیب 600- و 2900- کیلوژول بر مول) بیشترین اثر پایدارکننده را بر رابطۀ اکتین-کوفیلین دارد. این رفتار جهش‌ها بیانگر افزایش وابستگی اتصال و پایداری ترکیب اکتین-کوفیلین می‌باشد. این ویژگی‌ها می‌تواند به‌طور بالقوه به‌عنوان یک کنترل نسبتاً پایدار در آزمون‌های بیوشیمیایی مرتبط با برش رشته‌های اکتین مورد استفاده قرار گیرد و همچنین ممکن است مبنایی برای طراحی تعدیل‌کننده‌های هدفمندی که احتمالاً از طریق تنظیم فعالیت کوفیلین بر نرخ نوسازی رشته‌های اکتین اثر می‌گذارند، باشد. در مجموع، یافته‌های این پژوهش می‌تواند بینش‌هایی درباره پیامدهای مولکولی جهش‌های سرطانی اکتین فراهم کند و نشان می‌دهد که این جهش‌ها احتمالاً در اختلال تنظیم اسکلت سلولی طی پیشرفت سرطان نقش داشته باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Mechanical Stability Evaluation of the Actin-Cofilin Complex Induced by Oncogenic Actin Mutations Using Steered Molecular Dynamics Method

نویسندگان English

Danial Sedighpour 1
Farzan Ghalichi 1
Iman Zoljanahi oskui 2
1 Division of Biomechanics, Department of Biomedical Engineering, Tabriz University of Technology (Sahand), Tabriz, Iran
2 Faculty of Biomedical Engineering, Sahand University of Technology, Sahand New Town, Tabriz, Iran
چکیده English

Cofilin plays a fundamental role in remodeling the actin cytoskeleton by binding to actin filaments and facilitating their severing and depolymerization. Disruption of actin-cofilin interactions, particularly as a result of actin mutations, has been implicated in the initiation and progression of various cancers, including skin cancer. In this study, the binding affinity of cofilin to wild-type (WT) actin and cancer-associated mutant actins (D288N, G168N, and R63Q) was investigated using steered molecular dynamics (SMD) simulations. Structural models of the actin-cofilin complex were constructed and subjected to constant‑velocity pulling to quantify the maximum rupture force as well as interaction energy components, including van der Waals and electrostatic energies. The results of the SMD simulations indicated that the maximum separation force in the WT was approximately 4000 pN, whereas this value increased to 4200, 4400, and 4700 pN for the D288N, G168N, and R63Q, respectively. Energy analysis further revealed that these mutations produced more stable interactions compared with the WT, with the R63Q (van der Waals and electrostatic energies of −600 and −2900 kJ/mol, respectively) exhibiting the strongest stabilizing effect on the actin-cofilin interface. This behavior suggests an increased binding affinity and stability of the actin-cofilin complex in the presence of these mutations. These features may potentially serve as relatively stable controls in biochemical assays related to actin filament severing. They may also provide a foundation for the design of targeted modulators that could influence the rate of actin filament turnover through the regulation of cofilin activity. Overall, the findings of this study may offer insights into the molecular consequences of cancer associated actin mutations and suggest that these mutations may play a role in the dysregulation of the cytoskeleton during cancer progression.

کلیدواژه‌ها English

Mutated Actin
Cofilin
Molecular Dynamics (MD)
Interaction Energy
Binding Affinity

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 19 خرداد 1405

  • تاریخ دریافت 04 اسفند 1404
  • تاریخ بازنگری 17 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 19 خرداد 1405