مدل سازی و تعیین ساختار و ویژگی‌های آنزیم‌های سیتوکروم P450 در قارچ بیمارگر حشرات بووریا بازیانا
الموضوعات :
مریم راشکی
1
(تنوع زیستی، پژوهشکده علوم محیطی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته، کرمان)
مجتبی مرتضوی
2
(گروه بیوتکنولوژی، پژوهشکده علوم محیطی، پژوهشگاه علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی، دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته،)
الکلمات المفتاحية: ساختار سه بعدی, همولوژی, بووریا بازیانا, سیتوکرومP450, توالی حفاظت شده,
ملخص المقالة :
سابقه و هدف: آنزیم‌های سیتوکروم P450خانواده بزرگی از پروتین‌های دارای آهن هستند و نقش مهمی در متابولیسم ترکیبات مختلف دارند.قارچ بیمارگر حشرات، بووریا بازیانا نیز حاوی این آنزیم‌ها برای هدف‌گیری آلکان‌ها در حشرات است. هدف از این پژوهش، بررسی ویژگی‌ها و ساختار پروتینی هفت آنزیم سیتوکروم P450در این قارچ و پیش‌بینی ساختار سه بعدی این آنزیم‌ها با روش مدلسازی هومولوژی بود.مواد و روش‌ها: برای پیش‌بینی احتمال حضور و موقعیت سایت‌های برشی پپتیدهای سیگنال در توالی‌های اسیدآمینه از برنامه SignalP4.1 استفاده شد. برخی پارامترهای فیزیکی و شیمیایی پروتین‌های مورد نظر با برنامه ProtParam و مدل سازی در پایگاه Modebase انجام شد.یافته‌ها: در تمامی توالی‌ها یک ناحیة حفاظت‌شده با حدود 200 اسیدآمینه مرتبط با P450شناسایی شد. این ناحیة حفاظت‌شده در توالی 45-96 تا حدود 477-520 قرار داشت. پروتئین‌های CYP539B5 و CYP52G11 پایدارند. CYP584Q1 بیشترین و CYP617N1 کمترین میزان اسیدآمینه آب دوست را داشت. از بین مدل های انتخاب شده مدلی که دارای کمترین ارزش e و بالاترین پوشش بود، به عنوان بهترین مدل انتخاب شد. CYP5337A1 و CYP52G11 فاقد مارپیچ و CYP617N1 دارای دو مارپیچ بود. تعداد اسیدهای‌آمینه تخمین‌زده‌شده در مارپیچ، در تمام موارد به جز CYP584Q1، CYP5337A1 و CYP52G11 بیشتر از 18 بود. اما هیچ سیگنال پپتیدی شناسایی نشد.نتیجه‌گیری: در این تحقیق، برای اولین بار ساختار‌های سه بعدی هفت آنزیم سیتوکروم P450در قارچ بووریا بازیانا مدل سازی شد. پایداری آنزیم‌ها و مقاومت آن‌ها در مقابل عوامل نامطلوب محیطی مانند دما و اشعة ماورای بنفش می‌تواند میزان بیمارگری قارچ را علیه آفات افزایش دهد.
generalist entomopathogenic fungus Beauveria bassiana (Bals.). ungal Genet and Biol. 2007;
44: 1231-1241.
2. aria MRde, Wraight SP. Mycoinsecticides and mycoacaricides: a comprehensive list with
worldwide coverage and international classification of formulation types. Biol Control. 2007;
43: 237-256.
3. Inglis GD, Goettel MS, Butt TM, Strasser H. Use of hyphomycetous fungi for managing insect
pests. In: Butt TM, Jackson C, Magan N, editors. ungi as biocontrol agents: progress,
problems and potential. CABI Publishing; 2001: 23-69.
4. Pedrini N, hang Sh, Juarez MP, Keyhani NO. Molecular characterization and expression
analysis of a suite of cytochrome P450 enzymes implicated in insect hydrocarbon degradation
in the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana. Microbiology. 2010; 156: 2549-2557.
5. Stoilov I. Cytochrome P450s: coupling development and environment. Trends Genet. 2001; 17
(11): 629-632.
6. Poulos TL, Johnson E . Structures of Cytochrome P450 Enzymes. In: Montellano PROde,
editors. Cytochrome P450. Springer International Publishing Switzerland; 2015: 3-32.
7. Crooks GE, Hon G, Chandonia JM, Brenner SE. WebLogo: a sequence logo generator. Genome
Res. 2004; 14(6): 1188-1190.
8. Sonnhammer ELL, von Heijne G, Krogh A. A hidden Markov model for predicting
transmembrane helices in protein sequences. In: Glasgow J, Littlejohn T, Major , Lathrop R,
Sankoff D, Sensen C, editors. Proceeding of the Sixth International Conference on intelligent
systems for molecular biology. AAAI press, Menlo Park, CA; 1998: 175-182.
9. Krogh A, Larsson B, von Heigne G, Sonnhammer ELL. Predicting transmembrane protein
topology with a hidden Markov modeling application to complete genomes. J Mol Biol. 2001;
305: 567-580.
10. Petersen TN, Brunak S, von Heijne G, Nielsen H. SignalP 4.0: discriminating signal peptides
from transmembrane regions. Nat Methods. 2011; 8: 785-786.
11. Gasteiger E, Hoogland C, Gattiker A, Duvaud S, Wilkins MR, Appel RD, Bairoch A. Protein
identification and analysis tools on the ExPASy server. In: Walker M, editor. The proteomics
protocols Handbook. Humana press; 2005: 571-607.
12. Pieper U, Webb B M, Dong GQ, Schneidman-Duhovny D, an H, Kim SJ, Khuri N, Spill YG,
Weinkam P, Hammel M, Tainer JA, Nilges M, Sali A. ModBase, a database of annotated
comparative protein structure models and associated resources. Nucleic Acids Res. 2014; 42:
D336-46.
13. Guex N, Peitsch MC. SWISS-MODEL and the SWISS-PDBViewer: An environment for
comparative protein modeling. Electrophoresis. 1997; 18: 2714-2723.
14. Sippl MJ. Recognition of errors in three-dimensional structures of proteins. Proteins. 1993; 17:
355–362.
15. Wiederstein M, Sippl MJ. ProSA-web: interactive web service for the recognition of errors in
three-dimensional structures of proteins. Nucleic Acids Res. 2007; 35, doi:10.1093/nar/
gkm290.
16. Schuler M, Duan H, Bilgin M, Ali S. Arabidopsis cytochrome P450s through the looking
glass: a window on plant biochemistry. Phytochem Rev. 2006; 5: 205-237.
17. White SH, Ladokhin AS, Jayasinghe S, Hristova K. How membranes shape protein structure. J
Biol Chem. 2001; 276: 32395-32398.
18. hao B, Moody SC, Hider RC, Lei L, Kelly SL, Waterman MR, Lamb DC. Structural analysis
of cytochrome P450 105N1 involved in the biosynthesis of the incophore, Coelibactin. Int J
Mol Sci. 2012; 13: 8500-8513.
19. Szczesna-Skorupa E, Mallah B, Kemper B. luorescence resonance energy transfer analysis
of cytochromes P450 2C2 and 2E1 molecular interactions in living cells. J Biol Chem. 2003;
278: 31269-31276.
20. Davydov DR. Microsomal monooxygenase as a multienzyme system: the role of P450-P450
interactions. E ert Opin Drug Metab Toxicol. 2011; 7: 543-558.
21. Nagano S, Li H, Shimizu H, Nishida C, Ogura H, Ortiz de Montellano PR, Poulos TL. Crystal
structures of epothilone D-bound, epothilone B-bound, and substrate-free forms of cytochrome
P450epoK. J Biol Chem. 2003; 278: 44886-44893.
22. Watanabe Y, ukuyoshi S, Hiratsuka M, Yamaotsu N, Hirono S, Takahashi O, Oda A.
Prediction of three-dimensional structures and structural flexibilities of wild-type and mutant
cytochrome P450 1A2 using molecular dynamics simulations. J Mol Graph Model. 2016; 68:
48-56.
23. Montellano PROde. Cytochrome P450: structure, mechanism, and biochemistry. New York:
Kluwer Academic/Plenum; 2005.
24. Tanaka A, ukui S. Metabolism of n-alkanes. In: Tanaka A, ukui S, editors. The yeast. New
York: Academic Press; 1989: 261-287.
25. van Beilen JB, Li , Duetz WA, Smits THM,Witholt B. Diversity of alkane hydroxylase
systems in the environment. Oil Gas Sci Technol. 2003; 58: 427-440.
26. Yazdanpanah-Samani M, amani MR, Motallebi M, Moghaddassi Jahromi . Heterologous
expression of Chit36 from Trichoder a atroviride in prokaryotic system. J Cell Mol. Res.
2015; 28(3): 448-457. [In Persian]
_||_
generalist entomopathogenic fungus Beauveria bassiana (Bals.). ungal Genet and Biol. 2007;
44: 1231-1241.
2. aria MRde, Wraight SP. Mycoinsecticides and mycoacaricides: a comprehensive list with
worldwide coverage and international classification of formulation types. Biol Control. 2007;
43: 237-256.
3. Inglis GD, Goettel MS, Butt TM, Strasser H. Use of hyphomycetous fungi for managing insect
pests. In: Butt TM, Jackson C, Magan N, editors. ungi as biocontrol agents: progress,
problems and potential. CABI Publishing; 2001: 23-69.
4. Pedrini N, hang Sh, Juarez MP, Keyhani NO. Molecular characterization and expression
analysis of a suite of cytochrome P450 enzymes implicated in insect hydrocarbon degradation
in the entomopathogenic fungus Beauveria bassiana. Microbiology. 2010; 156: 2549-2557.
5. Stoilov I. Cytochrome P450s: coupling development and environment. Trends Genet. 2001; 17
(11): 629-632.
6. Poulos TL, Johnson E . Structures of Cytochrome P450 Enzymes. In: Montellano PROde,
editors. Cytochrome P450. Springer International Publishing Switzerland; 2015: 3-32.
7. Crooks GE, Hon G, Chandonia JM, Brenner SE. WebLogo: a sequence logo generator. Genome
Res. 2004; 14(6): 1188-1190.
8. Sonnhammer ELL, von Heijne G, Krogh A. A hidden Markov model for predicting
transmembrane helices in protein sequences. In: Glasgow J, Littlejohn T, Major , Lathrop R,
Sankoff D, Sensen C, editors. Proceeding of the Sixth International Conference on intelligent
systems for molecular biology. AAAI press, Menlo Park, CA; 1998: 175-182.
9. Krogh A, Larsson B, von Heigne G, Sonnhammer ELL. Predicting transmembrane protein
topology with a hidden Markov modeling application to complete genomes. J Mol Biol. 2001;
305: 567-580.
10. Petersen TN, Brunak S, von Heijne G, Nielsen H. SignalP 4.0: discriminating signal peptides
from transmembrane regions. Nat Methods. 2011; 8: 785-786.
11. Gasteiger E, Hoogland C, Gattiker A, Duvaud S, Wilkins MR, Appel RD, Bairoch A. Protein
identification and analysis tools on the ExPASy server. In: Walker M, editor. The proteomics
protocols Handbook. Humana press; 2005: 571-607.
12. Pieper U, Webb B M, Dong GQ, Schneidman-Duhovny D, an H, Kim SJ, Khuri N, Spill YG,
Weinkam P, Hammel M, Tainer JA, Nilges M, Sali A. ModBase, a database of annotated
comparative protein structure models and associated resources. Nucleic Acids Res. 2014; 42:
D336-46.
13. Guex N, Peitsch MC. SWISS-MODEL and the SWISS-PDBViewer: An environment for
comparative protein modeling. Electrophoresis. 1997; 18: 2714-2723.
14. Sippl MJ. Recognition of errors in three-dimensional structures of proteins. Proteins. 1993; 17:
355–362.
15. Wiederstein M, Sippl MJ. ProSA-web: interactive web service for the recognition of errors in
three-dimensional structures of proteins. Nucleic Acids Res. 2007; 35, doi:10.1093/nar/
gkm290.
16. Schuler M, Duan H, Bilgin M, Ali S. Arabidopsis cytochrome P450s through the looking
glass: a window on plant biochemistry. Phytochem Rev. 2006; 5: 205-237.
17. White SH, Ladokhin AS, Jayasinghe S, Hristova K. How membranes shape protein structure. J
Biol Chem. 2001; 276: 32395-32398.
18. hao B, Moody SC, Hider RC, Lei L, Kelly SL, Waterman MR, Lamb DC. Structural analysis
of cytochrome P450 105N1 involved in the biosynthesis of the incophore, Coelibactin. Int J
Mol Sci. 2012; 13: 8500-8513.
19. Szczesna-Skorupa E, Mallah B, Kemper B. luorescence resonance energy transfer analysis
of cytochromes P450 2C2 and 2E1 molecular interactions in living cells. J Biol Chem. 2003;
278: 31269-31276.
20. Davydov DR. Microsomal monooxygenase as a multienzyme system: the role of P450-P450
interactions. E ert Opin Drug Metab Toxicol. 2011; 7: 543-558.
21. Nagano S, Li H, Shimizu H, Nishida C, Ogura H, Ortiz de Montellano PR, Poulos TL. Crystal
structures of epothilone D-bound, epothilone B-bound, and substrate-free forms of cytochrome
P450epoK. J Biol Chem. 2003; 278: 44886-44893.
22. Watanabe Y, ukuyoshi S, Hiratsuka M, Yamaotsu N, Hirono S, Takahashi O, Oda A.
Prediction of three-dimensional structures and structural flexibilities of wild-type and mutant
cytochrome P450 1A2 using molecular dynamics simulations. J Mol Graph Model. 2016; 68:
48-56.
23. Montellano PROde. Cytochrome P450: structure, mechanism, and biochemistry. New York:
Kluwer Academic/Plenum; 2005.
24. Tanaka A, ukui S. Metabolism of n-alkanes. In: Tanaka A, ukui S, editors. The yeast. New
York: Academic Press; 1989: 261-287.
25. van Beilen JB, Li , Duetz WA, Smits THM,Witholt B. Diversity of alkane hydroxylase
systems in the environment. Oil Gas Sci Technol. 2003; 58: 427-440.
26. Yazdanpanah-Samani M, amani MR, Motallebi M, Moghaddassi Jahromi . Heterologous
expression of Chit36 from Trichoder a atroviride in prokaryotic system. J Cell Mol. Res.
2015; 28(3): 448-457. [In Persian]
