Penyakit kardiovaskular (CVD), khususnya stroke dan penyakit jantung iskemik, merupakan dua penyebab kematian utama di Indonesia dan seluruh dunia. Troponin jantung (cTn) telah digunakan sebagai biomarker jantung untuk diagnosis CVD, khususnya untuk dugaan sindrom koroner akut (ACS). ACS yang berkepanjangan dapat menyebabkan iskemia jantung. Iskemia jantung terjadi ketika jaringan jantung tidak mendapatkan suplai darah yang cukup karena oklusi sebagian atau seluruh arteri koroner akibat pecahnya plak. Episode iskemia yang berkepanjangan akan menyebabkan kerusakan miokard permanen dan menyebabkan infark miokard akut (AMI).
Protein troponin jantung mengatur interaksi yang dimediasi kalsium antara filamen tipis dan aktin otot jantung. Troponin T jantung (cTnT) dan troponin I (cTnI) merupakan penanda cedera miokard yang sangat sensitif dan spesifik. Uji cTnT dan cTnI telah menjadi penilaian klinis utama pada pasien dengan CVD akut dan kronis dan saat ini digunakan sebagai standar emas untuk biomarker CVD. Uji cTnT dan cTnI saat ini mengandalkan pendeteksian protein menggunakan antibodi monoklonal (MAbs). Keuntungan menggunakan MAbs adalah spesifisitas dan sensitivitas uji yang tinggi. Namun, terdapat beberapa keterbatasan, seperti biaya produksi MAb yang tinggi karena instrumen, reagen, dan tahapan yang rumit; variabilitas kualitas MAb dari satu batch ke batch lainnya; stabilitas rendah pada suhu tinggi; dan sulitnya modifikasi kimia.
Perbandingan struktur aptamers dan protein cTnI sebelum dan sesudah relaksasi struktur melalui simulasi Dinamika Molekuler (MD) ditunjukkan pada Gambar 1. Untuk aptamers, struktur Tro1 dan Tro5 mengalami perubahan signifikan dari struktur awal, sedangkan Tro2, Tro3, Tro4, dan Tro6 sedikit menjadi kurang kompak. Struktur Aptamer-cTnI dari skor docking terendah kemudian dijalankan untuk simulasi MD 100 ns untuk menganalisis stabilitas dan dinamika struktural antara aptamer dan cTnI. Deviasi Root Mean Square (RMSD) dan jumlah ikatan hidrogen antara aptamer dan cTnI dihitung untuk mengevaluasi stabilitas kompleks.
Untuk mengidentifikasi efek pengikatan aptamer dengan cTnI, simulasi cTnI MD 100 ns lainnya dilakukan dari struktur cTnI yang sebelumnya dilonggarkan. Fluktuasi Root Mean Square (RMSF) dari cTnI individu dihitung dan dibandingkan dengan RMSF cTnI di kompleks aptamer-cTnI pada Gambar 2.
Kesimpulan
Kami melakukan simulasi docking molekuler dan dinamika molekuler untuk enam aptamers DNA yang berikatan dengan protein cTnI untuk menjelaskan interaksi molekulernya. Stabilitas setiap aptamer dinilai menggunakan nilai RMSD, menunjukkan bahwa Tro4 menunjukkan stabilitas tertinggi, yang ditunjukkan oleh nilai RMSD terendah sepanjang simulasi. Ikatan hidrogen tampaknya memberikan kontribusi signifikan terhadap stabilitas aptamers. Stabilitas interaksi aptamer-cTnI selanjutnya dikonfirmasi oleh nilai RMSD, yang menunjukkan pengikatan berkelanjutan selama simulasi 100ns MD. Semua aptamers menunjukkan pengikatan pada wilayah cTnI yang serupa, termasuk residu spesifik untuk protein ini. Pengamatan ini menunjukkan bahwa Tro1 dan Tro4 mungkin memiliki selektivitas yang relatif lebih tinggi karena pengikatannya dengan wilayah spesifik cTnI (residu 1–33). Interaksi molekuler melibatkan interaksi hidrofobik, ikatan hidrogen, tumpukan p, interaksi kation p, dan pembentukan jembatan garam. Perhitungan MMPB(GB)SA menghasilkan nilai negatif, menandakan interaksi yang menguntungkan, dengan energi elektrostatis diidentifikasi sebagai kekuatan pendorong utama. Khususnya, penelitian kami mengungkapkan bahwa aptamers menunjukkan interaksi molekuler yang mirip dengan antibodi tetapi dengan afinitas pengikatan yang lebih kuat, seperti yang ditunjukkan dalam penelitian sebelumnya. Akibatnya, aptamers yang dikembangkan ini hadir sebagai pengganti antibodi anti-cTnI yang potensial, menawarkan peningkatan sensitivitas untuk diagnosis infark miokard akut (AMI). Hasil analisis in-silico ini selanjutnya dapat menjelaskan hasil in-vitro dari percobaan awal. Pengembangan lebih lanjut dari analisis in-silico ini dapat diterapkan untuk meningkatkan stabilitas aptamer karena salah satu metode untuk meningkatkan stabilitas aptamer adalah dengan struktur asam nukleat.
Penulis: Erwin Sutanto, S.T., M.Sc.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0302475
