تعیین ویژگی های فیزیکوشیمیایی ناحیه Fc ایمونوگلوبولین G انسان به روش بیوانفورماتیک

نویسندگان
سهیلا روهانی 1
فاطمه حاجی قاسمی 2
1 پزشک، گروه ایمونولوژی، دانشکده پزشکی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران
2 دانشیار،گروه ایمونولوژی، دانشکده پزشکی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران
10.52547/jmj.19.1.5
چکیده
مقدمه :ایمونوگلوبولین ها [immunoglobulins (Igs)] پاتوژن ها را به طور اختصاصی شناسایی و منهدم می کنند. ایمونوگلوبولینG  (IgG) فراوانترین Ig سرم بوده و نقش مهمی در دفاع علیه عوامل عفونی دارد. بخش دارای قابلیت کریستالیزاسیون [ fragment of crystallizable (Fc) ] مولکولIgG، نقش اساسی در حذف عوامل بیگانه بازی می کند. بررسی خصوصیات فیزیکوشیمیایی Fc مولکول IgG، در شناسایی بهتر اعمال آن و اهداف تشخیصی و درمانی سود مند است. بیوانفورماتیک حوزه علمی کارامدی است که از حجم عظیم اطلاعات زیستی موجود در کامپیوتر برای حل مسائل زیستی استفاده می کند. هدف این پژوهش شناسایی ویژگی های فیزیکوشیمیایی ناحیه Fc مولکول IgG انسان با استفاده از بیوانفورماتیک بود.
روش کار: توالی و ساختار سوم IgG مرجع انسان در پایگاه داده PDB (Protein Data Bank)، ساختار دوم آن با نرم افزار Phyre2 (Protein Homology/analogY Recognition Engine V 2) و ویژگی های فیزیکوشیمیایی شامل انعطاف پذیری، دسترسی سطحی و آب دوستی بخش Fc مولکول IgG توسط مرورگر IEDB (Immune Epitope Database) تعیین شدند.
 یافته ها: در بخش Fc مولکول IgG انسان، مناطق دارای بیشترین دسترسی سطحی، آب دوستی و انعطاف پذیری در توالی حد فاصل اسید آمینه های شماره 200-450 واقع شده اند. به علاوه، نواحی مذکور در توالی بین اسید های آمینه شماره 291-300 و 381-400
هم پوشانی دارند که محتمل ترین مناطق قرارگیری اپی توپ ها هستند.
نتیجه گیری: ویژگی های فیزیکوشیمیایی ناحیه Fc مولکول IgG انسان که در این مطالعه تعیین شدند، در شناسایی هرچه بهتر اعمال IgG و پیشگویی اپی توپ های ایمونوژن آن برای تولید آنتی بادی های منوکلونال اختصاصی و در نهایت تولید کیت های تشخیصی، بهینه سازی کیت های موجود و تولید پروتئین های مشابه برای تشخیص، درمان و همچنین مطالعات فیلوژنتیکی سود مند هستند.
کلیدواژه‌ها
IgG انسان
بیوانفورماتیک
فیزیکوشیمیایی

عنوان مقاله English

Determination of Physicochemical Properties of Human Immunoglobulin G- Fc Fragment by Bioinformatic

نویسندگان English

Soheyla Rohani 1
Fatemeh Hajighasemi 2
1 Medicine, Department of Immunology, Faculty of Medicine, Shahed University, Tehran, Iran
2 Associate Professor, Department of Immunology, Faculty of Medicine, Shahed University, Tehran, Iran
چکیده English

Introduction: Immunoglobulins (Igs) are defensive glycoproteins specifically recognize and destroy pathogens.
Immunoglobulin G (IgG) is most abundant Ig in serum has important protective role against infections. Fragment of crystallizable (Fc) in IgG has essential role in pathogens destruction. Determination the physicochemical properties of IgG Fc is useful in well recognition of its function, diagnostic and therapeutic purposes. Bioinformatic is an efficient scientific field uses abundant biological information collected in computers for solving biologic problems. Aim of this study is recognition the physicochemical features of human IgG- Fc by bioinformatic.
Materials and Methods: Amino acid sequence and third structure of reference human IgG were found in PDB (Protein Data Bank) database. Second IgG structure was determined by Protein Homology/analogY Recognition Engine V 2 (Phyre 2) software. Physicochemical properties (felexibility, accessibility and hydrophilicity) of IgG- Fc fragment were identified by IEDB (Immune Epitope Database) software.
Results: According to results of this study, most accessibe, hydrophilic and felexible sites of IgG- Fc fragment were located to 200 – 450 amino acid sequences. Moreover most accessibe, hydrophilic and felexible positions were overlapped in 291- 300 and 381- 400 amino acid sequences and could be most probable locations of epitopes.
Conclusion: Physicochemical properties of IgG- Fc fragment identified in present study are valuable in more exact
recognition of IgG functions and its immunogenic epitopes which could be helpful in producing of specific monoclonal anti IgG antibodies for production IgG diagnostic tools, optimizing existing kits, development of similar proteins for diagnostic and therapeutic purposes and phylogenic studies.

کلیدواژه‌ها English

IgG
Bioinformatic
Physicochemical
1. Hoffman W, Lakkis FG, Chalasani G. B Cells, Antibodies, and More. Clin J Am Soc Nephrol 2016; 11(1): 137-54. 2. Murphy K: Janeway’s Immunobiology, London, New York, Garland Science, 2012. 3. Woodruff TK. Structure-Function Relationships in Endocrinology. Endocrinology 2018; 159(6): 2376-2377. 4. Cymer F, Beck H, Rohde A, Reusch D. Therapeutic monoclonal antibody N-glycosylation - Structure, function and therapeutic potential. Biologicals 2018; 52: 1-11. 5. Castro-Dopico T, Clatworthy MR. IgG and Fcγ Receptors in Intestinal Immunity and Inflammation. Front Immunol 2019; 10: 805. 6. Schroeder HW Jr, Cavacini L. Structure and function of immunoglobulins. J Allergy Clin Immunol 2010; 125(2 Suppl 2): S41-52. Review. 7. Shaddel M, Ebrahimi M, Tabandeh MR. Bioinformatics analysis of single and multi-hybrid epitopes of GRA-1, GRA-4, GRA-6 and GRA-7 proteins to improve DNA vaccine design against Toxoplasma gondii. J Parasit Dis 2018; 42(2): 269–276. 8 Bumbaca D, Boswell CA, Fielder PJ, Khawli LA. Physiochemical and biochemical factors influencing the pharmacokinetics of antibody therapeutics. AAPS J 2012; 14(3): 554-8. Review. 9. MacLeod M, Nersessian NJ. Modeling complexity: cognitive constraints and computational model-building in integrative systems biology. Hist Philos Life Sci 2018; 40(1): 17. 10. Medvedev P. Modeling biological problems in computer science: a case study in genome asseiembly. Brf Bioinform 2019; 20(4): 1376-1383. 11. Hegde NR, Gauthami S, Sampath Kumar HM, Bayry J. The use of databases, data mining and immunoinformatics in vaccinology: where are we? Expert Opin Drug Discov 2018; 13(2): 117-130. 12. Basharat Z, Yasmin A, Masood N. Cancer Immunomics in the Age of Information: Role in Diagnostics and Beyond. Curr Pharm Des 2018; 24(32 ): 3818-3828. 13. Gauna A, Losada S, Lorenzo M, Toledo M, Bermúdez H, D'Angelo P, Sánchez D, Noya O. Use of Synthetic Peptides and Multiple Antigen Blot Assay in the Immunodiagnosis of Hepatitis C Virus Infection. Viral Immunol 2018; 31(8): 568-574. 14. Mehmood A, Kaushik AC, Wei DQ. Prediction and validation of potent peptides against herpes simplex virus type 1 via immunoinformatic and systems biology approach. Chem Biol Drug Des 2019; 94(5): 1868-1883. 15. Ali A, Khan A, Kaushik AC, Wang Y, Ali SS, Junaid M, Saleem S, et. al. Immunoinformatic and systems biology approaches to predict and validate peptide vaccines against Epstein-Barr virus (EBV ). Sci Rep 2019; 9(1): 720. 16. Eickhoff CS, Terry FE, Peng L, Meza KA, Sakala IG, Van Aartsen D, et. al. Highly conserved influenza T cell epitopes induce broadly protective immunity. Vaccine 2019; 37(36): 5371-5381. 17. Khan M, Khan S, Ali A, Akbar H, Sayaf AM, Khan A, Wei DQ. Immunoinformatics approaches to explore Helicobacter Pylori proteome (Virulence Factors) to design B and T cell multi-epitope subunit vaccine. Sci Rep 2019; 9(1): 13321. 18. Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, et al. The sequence of the human genome. Science's STKE 2001; 291: 1304. 19. Collins FS, Lander ES, Rogers J, Waterston RH, Conso I. Finishing the euchromatic sequence of the human genome. Nature 2004; 431: 931-945. 20. Yang J, Liu N, Zhang T, Zhao S, Qiang L, Su B, et al. Prediction and identification of B-cell linear epitopes of hepatitis B antigen. Nan Fang Yi Ke Da Xue Xue Bao 2013; 33(2): 253-7. 21. Wang Y, Wang G, Ou J, Yin H, Zhang D. Analyzing and identifying novel B cell epitopes within Toxoplasma gondii GRA4. Parasit Vectors 2014; 7: 474. 22. Hajighasemi F, Rohani S, Sefid F. Assessment of immunogenic linear epitopes on human mmunoglobulin G by immunoinformatic approach. Res Med 2016; 40(1): 30-35. [Farsi]. 23. Hajighasemi F, Rohani S, Sefid F. Identification of conformational epitopes on fragment crystallizable region of human Immunoglobulin G by immunoinformatic. Tehran University Medical Journal 2018; 76(5): 321-325. [Farsi]. 24. Hajighasemi F, Shokri F. Generation and characterization of mouse hybridomas secreting monoclonal antibodies specific for human IgG3. Avicenna Journal of Medical Biotechnology 2009; 1(1): 19-26. 25. Hajighasemi F1, Shokri F. Production and characterization of mouse monoclonal antibodies recognizing multiple subclasses of human IgG. Avicenna Journal of Medical Biotechnology 2010; 2(1): 37-45. 26. Hajighasemi F1, Khoshnoodi J, Shokri F. Production and Characterization of Mouse Monoclonal Antibodies Recognizing Human Pan-IgG Specific Conformational or Linear Epitopes. Avicenna Journal of Medical Biotechnology 2012; 4(4): 170-7.