Υπολογιστική μελέτη της πρόσδεσης του λιποπεπτιδίου cKK-E12 στο siRNA με σκοπό το σχεδιασμό προηγμένων νανομεταφορέων για γονιδιακές θεραπείες

Τσανσίζη, Κλειώ Ήλια; Tsansizi, Kleio Ilia

dc.contributor.author	Τσανσίζη, Κλειώ Ήλια	el
dc.contributor.author	Tsansizi, Kleio Ilia	en
dc.date.accessioned	2022-01-20T11:18:50Z
dc.date.available	2022-01-20T11:18:50Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54397
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.22095
dc.rights	Default License
dc.subject	Μοριακή δυναμική	el
dc.subject	Στατιστική μηχανική	el
dc.subject	Παρεμβολή του RNA	el
dc.subject	Λιπιδικά νανοσωματίδια	el
dc.subject	Γονιδιακοί νανομεταφορείς	el
dc.subject	Molecular dynamics	en
dc.subject	Statistical mechanics	en
dc.subject	RNA inteference	en
dc.subject	Lipid nanoparticles	en
dc.subject	Gene nanocarriers	en
dc.title	Υπολογιστική μελέτη της πρόσδεσης του λιποπεπτιδίου cKK-E12 στο siRNA με σκοπό το σχεδιασμό προηγμένων νανομεταφορέων για γονιδιακές θεραπείες	el
dc.title	In silico investigation of the siRNA binding with the cKK-E12 lipopeptide aiming at engineering advanced nanocarriers for gene therapies	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιομοριακή μηχανική	el
heal.classification	Biomolecular engineering	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-07-07
heal.abstract	The lipopeptide cKK-E12 has been identified as a lead material in the design of a novel class of lipopeptide nanoparticles (LPN), which constitute effective siRNA nanocarriers intended for gene silencing. Despite the fact that the structural characteristics of LPN have been specified, the molecular mechanism that underlies their performance remains unexplored. The objective of this thesis is 1) the study of the mechanism of binding of the lipopeptide to the siRNA oligonucleotide, and 2) the study of the effect stereoisomerism upon binding. We conducted molecular dynamics (MD) simulations in atomistic detail of two stereoisomers of cKK-E12 (namely, LP_A and LP_B) upon their binding to siRNA within an ionic, aqueous environment. The MD trajectory post-processing demonstrates that the two stereoisomers bind directly to the siRNA molecule. The binding occurs after a short time period, whereas the complex remains intact throughout the whole examined trajectory. Furthermore, upon binding, water molecules are discarded from the hydration shell of the siRNA. For the two stereoisomers two different binding sites were identified. Additionally, the lipopeptides obtain different conformations upon binding to the siRNA. More precisely, LP_A adopts an extended conformation while the LP_B appears more compact. Contrarily, the siRNA conformation remains intact. Furthermore, the results demonstrate that the functional groups of cKK-E12 that play crucial role to its binding to the oligonucleotide are the protonated tertiary amine and the hydroxyl groups belonging to the hydrocarbon chain attached to the protonated amine. Moreover, due to their polar groups, the lipopeptides were found to form hydrogen bonds with both the siRNA and the water molecules. The simulation results reveal the structural characteristics of the promising cKK-E12 lipopeptide, and support further investigation of the effect of stereoisomerism, as it can serve as an important design parameter for the optimum efficiency of advanced nanocarriers.	en
heal.abstract	Το λιποπεπτίδιο cKK-E12 αποτελεί μόριο-κλειδί στη δομή των λιποπεπτιδικών νανοσωματιδίων (LPN), τα οποία έχουν επιδείξει εξαιρετικά αποτελέσματα ως νανομεταφορείς μικρών παρεμβατικών μορίων RNA (short interfering RNA - siRNA) στο εσωτερικό του κυττάρου, όπου μπορούν να προκαλέσουν γονιδιακή σίγαση. Παρά το γεγονός ότι έχουν εντοπιστεί συγκεκριμένα δομικά χαρακτηριστικά των LPN, ο μοριακός μηχανισμός που ευθύνεται για την εξαιρετική απόδοσή τους παραμένει ανεξερεύνητος. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτελεί η διερεύνηση: 1) του μηχανισμού της πρόσδεσης του λιποπεπτιδίου cKK-E12 στο ολιγονουκλεοτίδιο siRNA, και 2) της επίδρασης της στερεοϊσομέρειας στο μηχανισμό δέσμευσης του siRNA. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής βασισμένες στη στατιστική μηχανική και θερμοδυναμική για τα συστήματα siRNA – LP_A και siRNA – LP_B, σε υδατικό διάλυμα παρουσία ιόντων. Η επεξεργασία των παραγόμενων τροχιών για τα δύο συστήματα έδειξε ότι τα στερεοϊσομερή προσδένονται στο ολιγονουκλεοτίδιο μέσω της αποβολής μορίων νερού από το κέλυφος ενυδάτωσής του και η σύνδεση των βιομορίων διατηρείται σε όλη τη διάρκεια της τροχιάς. Αναγνωρίστηκαν διαφορετικές θέσεις πρόσδεσης για τα δύο στερεοϊσομερή κατά μήκος του επιμήκους άξονα της διπλής έλικας του siRNA, με το LP_A να εμφανίζει πιο εκτεταμένη διαμόρφωση από το LP_B, ενώ η διαμόρφωση του siRNA παραμένει ανεπηρέαστη και στα δύο συστήματα. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων έδειξαν ότι οι δομικές χημικές ομάδες των λιποπεπτιδίων που παίζουν καταλυτικό ρόλο στην πρόσδεση είναι η πρωτονιωμένη αμίνη και οι ομάδες υδροξυλίου που ανήκουν στην ίδια υδρογονανθρακική αλυσίδα με την πρωτονιωμένη αμίνη. Επιπλέον, βρέθηκε ότι τα λιποπεπτίδια συμμετέχουν σε μία «διελκυνστίδα» δημιουργίας δεσμών υδρογόνου τόσο με τα μόρια του νερού όσο και με το siRNA. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων υποδεικνύουν ότι η χημική τροποποιηση των cKK-E12 λιποπεπτιδίων μέσω της εισαγωγής πολικών ομάδων στη δομή τους μπορεί να επηρεάσει τον τρόπο και την ένταση της πρόσδεσής τους στο siRNA. Ακόμα τα αποτελέσματα αναγνωρίζουν τη στερεοϊσομέρεια ως μια σημαντική παράμετρο που επηρεάζει το μηχανισμό πρόσδεσης των βιομορίων, και υποστηρίζουν την περαιτέρω διερεύνηση της επίδρασής της στην αποτελεσματικότητα προηγμένων γονιδιακών νανομεταφορέων νέας γενιάς.	el
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Γεώργιος Κ.	el
heal.advisorName	Papadopoulos, George K.	en
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Γεώργιος Κ.	el
heal.committeeMemberName	Σαρίμβεης, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Κροκίδα, Μαγδαληνή	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Επιστήμης και Τεχνικής των Υλικών (ΙΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	84 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false