Publication:
In silico selex in designing novel dna aptamer hairpin for in vitro detection of he4 : an ovarian cancer biomarker

Simple item page
cris.virtual.department#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtual.orcid#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
cris.virtualsource.department2d10da78-4adb-491c-9890-d4fdedc4bd32
cris.virtualsource.orcid2d10da78-4adb-491c-9890-d4fdedc4bd32
dc.contributor.authorNur Nadiah Abdul Rashid
dc.contributor.supervisorIzzat Fahimuddin Mohamed Suffian, Ph.D
dc.contributor.supervisorAzzmer Azzar Abdul Hamid, Ph.D
dc.contributor.supervisorNurasyikin Hamzah, Ph.D
dc.contributor.supervisorMohd Hamzah Mohd Nasir, Ph.D
dc.date.accessioned2024-12-12T04:04:28Z
dc.date.available2024-12-12T04:04:28Z
dc.date.issued2024
dc.description.abstractOvarian cancer (OC) poses a significant risk as it usually remains asymptomatic until advanced stages, resulting in delayed diagnosis and lowering the chances of survival. This fifth most common cancer among women globally lacks efficient screening approaches for early stages OC (stage I and II), increasing the threat of OC progression and mortality. In this study, the in silico method was applied to design DNA aptamer hairpins for the detection of human epididymis protein 4 (HE4), an OC biomarker. The in silico work outcome was supported by an in vitro assay. The work began with the HE4 protein modelling using AlphaFold, I-TASSER, and Robetta protein structure prediction servers. Subsequently, molecular dynamics (MD) simulation was conducted on each predicted model for 100 ns using the OPLS force field, for structure refinement. The tertiary structure quality was validated by PROCHECK and ERRAT, showing the refined model from AlphaFold, RF1, was the highest-quality HE4 tertiary conformation. All amino acids were located in the favoured regions of Ramachandran plot with ERRAT overall quality score of 97.701. Next, this HE4 structure was docked using AutoDock Vina with four HE4 aptamer candidates (A1, A2, A3, and A4). The HE4-A4 binding energy was -6.0 kcal/mol, and the complex formed 24 hydrogen bonds (H-bonds); 5 identified at the aptamer hairpin loop region. A4 was chosen as the most suitable candidate to be utilised in the designing of the DNA hairpin, as it exhibited good affinity with highest number of H-bonds at the hairpin loop. To initiate the in silico design of new hairpins, the 25-mer A4 aptamer was truncated at the hairpin region, 5’-CGCAAG-3’ and the stem was extended, forming the 5’-GCGCAAGC-3’ sequence. The loop nucleotides, -GCAA-, were substitutionally mutated, producing 256 sequences. These 256 hairpins were docked with HE4 individually, and H16, H101, and H256 have shown good binding affinities with binding energies ranging between -10.6 and -11.6 kcal/mol. Consequently, 100 ns MD simulation using CHARMM27 force field was applied to the HE4-H16, HE4-H101, and HE4-H256 complexes. Based on the RMSD, radius of gyration, number of H-bonds, H-bond occupancy, and the overall total energy, H256 was deduced as the most promising DNA hairpin against HE4 marker with great affinity and stability throughout the simulation. This H256 hairpin was synthesised and its binding with HE4 was analysed via in vitro electrophoretic mobility shift assay (EMSA). Based on the DNA band intensities, the designed H256 (3.27 %) bound four times better to HE4 than the A4 aptamer (0.84 %). Finally, a preliminary study for future diagnostic potential was carried out by conjugating gold nanoparticle (GNP) with H256. The FTIR and Raman spectra confirmed the presence of amide group, formed by the successful conjugation of the carboxylated GNP with the aminated-H256. The GNP solution changed from red to purple-red, indicating the size increment after conjugation, that was confirmed by particle size analyser. In conclusion, H256 is a promising DNA hairpin in HE4 screening and is recommended for future development of a fully functional OC diagnostic kit, suitable to be used in routine screening for all women, with or without symptoms. This potentially improves the detection among early stages (I and II) patients, enhancing patients’ outcome.
dc.description.abstractarabicيشكل سرطان المبيض (Ovarian Cancer-OC) خطرًا كبيرًا لأنه عادة ما يظل بدون أعراض حتى مراحل متقدمة، مما يؤدي إلى تأخير التشخيص، وتقليل فرص البقاء على قيد الحياة. يفتقر هذا النوع الخامس من السرطان الأكثر شيوعًا بين النساء على مستوى العالم إلى طرق فحص فعالة للمراحل المبكرة من سرطان المبيض (المرحلة الأولى والثانية). في هذه الدراسة، تم تطبيق طريقة السيليكو (in silico) لتصميم دبابيس الشعر DNA aptamer للكشف عن بروتين البربخ البشري 4 (HE4)، وهو علامة بيولوجية OC. تم دعم نتائج العمل في السيليكو من خلال اختبار في المختبر. بدأ العمل بنمذجة بروتين HE4 باستخدام خوادم التنبؤ ببنية البروتين AlphaFold وI-TASSER وRobetta . وفي وقت لاحق، تم إجراء محاكاة الديناميكيات الجزيئية (Molecular Dynamics-MD) على كل نموذج متوقع لمدة ns 100 باستخدام مجال القوة OPLSلتحسين الهيكل. تم التحقق من صحة جودة الهيكل الثالث بواسطة PROCHECK ، وERRAT مما يوضح أن النموذج المكرر من AlphaFold، وRF1 كان أعلى جودة من حيث التشكل الثالثي HE4 .تم العثور على جميع الأحماض الأمينية في المناطق المفضلة في مؤامرة راماشاندران (Ramachandran plot) مع درجة الجودة الإجمالية لـ ERRAT البالغة 97.701. بعد ذلك، تم إرساء هيكل HE4 هذا باستخدام AutoDock Vina مع أربعة مرشحين لـHE4 aptamer (A1، و A2، و A3، و A4). كانت طاقة الربط HE4-A4 -6.0 كيلو كالوري/مول، وشكل المجمع 24 رابطة هيدروجينية (H-bonds)، تم تحديد 5 منها في منطقة حلقة دبوس الشعر الأبتمر (aptamer hairpin loop region). تم اختيار A4 باعتباره المرشح الأكثر ملاءمة لاستخدامه في تصميم دبوس الشعر (DNA hairpin)، حيث أظهر تقاربًا جيدًا مع أكبر عدد من روابط هيدروجينية في حلقة دبوس الشعر. لبدء تصميم السيليكو لدبابيس الشعر الجديدة، تم اقتطاع أبتمر A4 ذو 25 مير في منطقة دبوس الشعر، تم تمديد 5'-CGCAAG-3' والجذع، ليشكل تسلسل '-GCGCAAGC-3' 5. تم تحور نيوكليوتيدات الحلقة (nucleotides loop)، -GCAA-، بشكل استبدالي، منتجة 256 تسلسل. تم إرساء دبابيس الشعر الـ 256 هذه مع HE4 بشكل فردي، وأظهرت H16 وH101 وH256 ارتباطات ارتباط جيدة مع طاقات ربط تتراوح بين -10.6 و-11.6 كيلو كالوري/مول. ونتيجة لذلك، تم تطبيق محاكاة 100 MD ns باستخدام مجال القوة CHARMM27 على مجمعات HE4-H16 وHE4-H101 وHE4-H256 . استنادًا إلى RMSD،ونصف قطر الدوران، وعدد الروابط الهيدروجينية ، وشغل السندات الهيدروجينية، والطاقة الإجمالية، تم استنتاج H256 باعتباره دبوس الشعر الواعد للحمض النووي ضد علامة HE4 مع تقارب واستقرار كبيرين طوال المحاكاة. تم تصنيع دبوس الشعر H256 هذا وتم تحليل ارتباطه بـ HE4 عبر اختبار التحول الحركي الكهربي (Electrophoretic Mobility Shift Assay-EMSA) في المختبر. استنادًا إلى شدة نطاق الحمض النووي (DNA)، يرتبط H256 المصمم (3.27%) بـ HE4 أفضل بأربع مرات من A4 (0.84%) من الدراسة السابقة. أخيرًا، تم إجراء دراسة أولية لإمكانات التشخيص المستقبلية عن طريق اقتران جسيمات الذهب النانوية (Gold Nanoparticle-GNP) مع H256 . أكد FTIR وأطياف Raman وجود مجموعة الأميد (amide)، التي تكونت من اقتران الناتج القومي الإجمالي الكربوكسيلي (carboxylated GNP) مع الأمين-H256 . تغير حل الناتج القومي الإجمالي من الأحمر إلى الأحمر الأرجواني، مما يشير إلى زيادة الحجم بعد الاقتران. وقد تمّ تأكيد ذلك من خلال جهاز تحليل حجم الجسيمات. في الختام، H256 هو دبوس الشعر الواعد للحمض النووي في فحص HE4، ويُقترح باستخدام هذه التقنية في التطوير المستقبلي لمجموعة تشخيصية كاملة الوظائف لسرطان المبيض، ومناسبة للاستخدام في الفحص الروتيني لجميع النساء، سواء مع أو بدون أعراض. وهذا من شأنه أن يحسن الكشف بين المرضى في المراحل المبكرة (الأولى والثانية)، مما يعزز نتائج المرضى.
dc.description.cpsemailcps2u@iium.edu.my
dc.description.degreelevelDoctoral
dc.description.emailnadiahrashid@iium.edu.my
dc.description.funderSELF-SPONSORED(STAFF/STAFF DEPENDENTS DISCOUNT)
dc.description.identifierThesis : In silico selex in designing novel dna aptamer hairpin for in vitro detection of he4 : an ovarian cancer biomarker / by Nur Nadiah Abdul Rashid
dc.description.identityG2022600Nurnadiahabdulrashid
dc.description.kulliyahKulliyyah of Pharmacy
dc.description.nationalityMALAYSIA
dc.description.notesThesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2024.
dc.description.physicaldescription1 online resource (xv, 109 leaves) ; color illustrations.
dc.description.programmeDoctor of Philosophy in Pharmacy
dc.identifier.urihttps://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/32572
dc.language.isoen
dc.publisherKuantan, Pahang : Kulliyyah of Pharmacy, International Islamic University Malaysia, 2024
dc.rightsJOINTLY OWNED WITH A THIRD PARTY(S) AND/OR IIUM
dc.subjectovarian cancer;DNA aptamer hairpin;in silico
dc.titleIn silico selex in designing novel dna aptamer hairpin for in vitro detection of he4 : an ovarian cancer biomarker
dc.typedoctoral thesis
dspace.entity.typePublication
oairecerif.author.affiliation#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#

Files

Original bundle
Now showing 1 - 1 of 1
Loading...
Thumbnail Image
Name:
G2022600Nurnadiahabdulrashid_SEC.pdf
Size:
30.13 MB
Format:
Adobe Portable Document Format
Description:
Full text
Download

Collections

Doctoral Thesis