تعیین دامین های کارکردی و مدل توپولوژی ژن دلتا 6 دسچوراز غشائی قارچ Mortierella alpina

نوع مقاله: علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس‌ارشد بیوتکنولوژی، دانشکده‌ کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

2 استادیار ژنتیک مولکولی و مهندسی ژنتیک، دانشکده‌ کشاورزی، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران

3 دانشیار گروه به نژادی و بیوتکنولوژی گیاهی، دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

دسچورازها (EC: 1.14.19.3) کاتالیزگرهای واکنش دهیدروژناسیون بوده و باعث ایجاد پیوند دوگانه در زنجیره اسیدچرب می‌شوند. این آنزیم‌ها به دو گروه محلول و غشائی تقسیم گردیده، هر یک دارای موتیف‌های متفاوتی می‌باشند. با اینکه دلتا 6 دسچوراز آنزیم کلیدی در بیوسنتز اسیدهای‌چرب غیراشباع می‌باشد، ولی بخاطر غشایی بودن، ساختار کریستالی و سه‌بعدی آن تعیین نگردیده است. قارچ Mortierella alpina منبع غنی تولید اسیدچرب غیراشباع اسید آراشیدونیک‌ بوده و دارای آنزیم دلتا 6 دسچوراز فعالی می‌باشد. هدف از این تحقیق، دستیابی به توالی کدکننده ژن دلتا 6 دسچوراز و تعیین جایگاه دامین‌های کارکردی با استفاده از آنالیزهای مقایسه‌ای و مدل‌های مولکولی و پیشنهاد یک مدل توپولوژی غشائی برای این آنزیم می‌باشد. بدین منظور پس از استخراج RNA و سنتز cDNA توسط آغازگرهای اختصاصی، همسانه‌سازی در ناقلpBlueScriptSK+ انجام و سپس توالی‌یابی شد. بر اساس بررسی‌های بیوانفورماتیکی توسط سرورهای Swissmodel، Predict و Phobius وجود دامین‌ سیتوکروم b5 حاوی موتیف (HPGG)، 3 موتیف جعبه هیستیدینی و نواحی ترانس‌ممبران تعیین و سپس یک مدل توپولوژی غشائی برای توالی موردنظر پیشنهاد ‌گردید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Determination of functional domains and topology model of membrane-bound Delta-6 desaturase enzyme from Mortierella alpina

نویسندگان [English]

  • Esmat Ashaar Ghadim 1
  • Shahrokh Gharanjik 2
  • Bahram Baghban Kohnerouz 3
1 M.Sc. Student of Agricultural Biotechnology, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Plant Breeding & Biotechnology, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran.
3 Associate Professor, Department of Plant Breeding & Biotechnology, University of Tabriz, Tabriz, Iran.
چکیده [English]

Desaturase enzymes (EC: 1.14.19.3) catalyze dehydrogenation reactions and creates a double bond in the fatty acid chains. These enzymes classified into two groups, soluble and membrane each with different consensus motifs. Despite the Delta-6 desaturase is a key enzyme in the biosynthesis of unsaturated fatty acids but due to lack of structural information of membrane-bound desaturase, it's three-dimensional and crystal structure has not been determined. Mortierella alpina is a rich source for production of unsaturated fatty acid arachidonic and has an active Delta-6 desaturases enzyme. The aim of this study was obtain encoding sequences of Delta-6 desaturase gene, and determination of functional domains using comparative analysis and molecular model and propose a membrane topology model for this enzyme. Thus, after extraction of total RNA and cDNA synthesis using gene specific primers, PCR product was cloned into pBlueScriptSK+ vector and then sequenced. Based on bioinformatics analysis by Swissmodel, Predict and Phobius servers presence of functional domains cytochrome b5 carrying motif (HPGG), three His-box motifs and transmembrane regions were identified. Then we proposed a membrane topology model for the Delta-6 desaturase enzyme.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Δ6 Desaturases enzyme
  • Membrane-bound desaturase
  • Domain
  • Mortierella alpina
Hoffmann  M, Hornung  E, Busch S, Kassner N, Ternes P, Braus GH, Feussner I (2007) A small membrane-peripheral region close to the active center determines regioselectivity of membrane-bound fatty acid desaturases from Aspergillus nidulans. Biol. Chem. 282: 26666-26674.

Liu J, Li  D, Yin Y, Wang H, Li M, Yu L (2011) D6-Desaturase from Mortierella alpina: cDNA cloning, expression, and phylogenetic analysis. Biotechnol. Lett. 33: 1985-1991.

Maniatis T, Fritsch E, Sambrook F (1995) Molecular cloning. a laboratory Manual. Cold Spring Harb Lab. New York.

Meesapyodsuk D, Reed DW, Covello PS, Qiu X (2007) Primary structure, regioselectivity, and evolution of the membrane-bound fatty acid desaturases of Claviceps purpurea. Biol. Chem. 282: 20191-20199.

Meyer BJ, Mann NJ, Lewis JL, Milligan GC, Sinclair AJ, Howe PR (2003) Dietary intakes and food sources of omega-6 and omega-3 polyunsaturated fatty acids. Lipids. 38: 391-398.

Mitchell AG, Martin CE (1995) A novel cytochrome b5-like domain is linked to the carboxyl terminus of the Saccharomyces cerevisiae D9 fatty acid desaturase. Biol. Chem.  270: 29766-29772.

Needleman P, Turk J, Jackshik BA, Morrison AR and Lefkowith JB (1986) Arachidonic acid metabolism, Annual Annu. Biochem. 55: 69-102.

Parker-Barnes JM, Das T, Bobik E, Leonard AE, Thurmond JM, Chuang L (2000) Identification and characterization of an enzyme involved in the elongation of n-6 and n-3 poly unsaturated fatty acid. Proc. Natl. Acad. Sci. 97: 8284-8289.

Qiu X (2003) Biosynthesis of docosahexaenoic acid (DHA, 22:6-4, 7, 10, 13, 16, 19): two distinct pathways. Prostaglandins. Leukot. Fatty Acids. 68: 181-186.

Sambrook J, Russell DW (2001) Molecular Cloning. A laboratory manual. Cold Spring Harb Lab. New York.

Sakuradani E, Kobayashi M, Ashikari T, Shimizu S (1999) Identification of D12-fatty acid desaturase from arachidonic acid producing Mortierella fungus by heterologous expression in the yeast Saccharomyces cerevisiae and the fungus Aspergillus oryzae. Eur. Chem. 261: 812-820.

Sayanova O, Napier JA, Shewry PR (1999) Δ6-Unsaturated fatty acids in species and tissues of the Primulaceae. Phytochem. 52: 419-422.

Shanklin J, Somerville C (1991) Stearoyl-acyl-carrier-protein desaturase from higher plants is structurally unrelated to the animal and fungal homologs. Proc. Natl. Acad. Sci. 88: 2510-2514.

Shanklin J, Cahoon EB (1998) Desaturation and Related Modifications of Fatty Acids1.Annu. Physiol. Mol. Biol. 49: 611-641.

Shahidi F (2005) Bailey's Industrial Oil and Fat Products, 6 Volume Set (Vol.4).

Shi H, Chen H, Gu Z, Song Y, Zhang H, Chen W, Chen YQ (2015) Molecular mechanism of substrate specificity for delta 6 desaturase from Mortierella alpina and Micromonas pusilla. J. Lipid Res. 56: 2309-2321.

Vanhercke T, Shrestha P, Green AG, Singh SP (2011) Mechanistic and structural insights into the regioselectivity of an acyl-CoA fatty acid desaturase via directed molecular evolution. Biol. Chem. 286: 12860-12869.

Ward OP and Singh A (2005) Omega 3/6 fattyacid: alternative sources of production. Process. Biochem. 40: 3627-3652.

Wang M, Chen H, Gu Z, Zhang H, Chen W, Chen YQ (2013) ω3 fatty acid desaturases from microorganisms: structure, function, evolution, and biotechnological use. Appl. Microbiol. Biotechnol. 97: 10255-10262.

Whittle  EJ, Tremblay AE, Buist PH, Shanklin J (2008) Revealing the catalytic potential of an acyl-ACP desaturase: Tandem selective oxidation of saturated fatty acids. Proc. Natl. Acad. Sci. 105: 14738-14743.