كليدواژه :
ساختار فضايي , گرايش كدوني , آناليز بيوانفورماتيكي , كالپاستاتين
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: كالپاستاتين از آنزيم‌هاي تشكيل‌‌دهنده سيستم پروتئوليتيك كالپاين است كه اين مجموعه پروتئيني پروتئوليتيك شامل پروتئازهاي طبيعي وابسته به 2+Ca است و در شكل‌گيري، تجزيه بافت‌هاي عضلاني و تردي گوشت پس از كشتار موثر بوده و به عنوان يك ژن شاخص در ارتباط با راندمان رشد و كيفيت گوشت به حساب مي‌آيد. هدف از اين مطالعه ارزيابي ساختار ژني و پروتئيني كالپاستاتين با استفاده از ابزارهاي بيوانفورماتيكي در چند گونه از پستانداران بوده است.
مواد و روش: در اين پژوهش توالي ناحيه كد كننده ژن و پروتئين كابپاستاتين در شش گونه پستاندار (انسان، موش، گاو، كژگاو، گوسفند و بز) مورد بررسي قرار گرفت. توالي‌هاي ژني و پروتئيني از بانك ژن بازيابي شد و مورد تجزيه و تحليل قرار گرفتند. آناليز همولوژي و همترازي، فيلوژني، تنوع نوكلئوتيدي در طول ناحيه كد كننده اين ژن و همچنين تنوع در كدون پاياني با استفاده از نرم افزارهاي كلاستال امگا و مگا هفت انجام گرفت. برنامه‌هاي ساپما و پروتپارام براي بررسي همولوژي، تنوع اسيدهاي آمينه و اسيد آمينه انتهايي در ساختار پروتئيني، توالي‌هاي بازيابي شده از پايگاه داده اِن سي بي آي، مورد استفاده قرار گرفتند. با استفاده از نرم افزار كدون دبليو (نسخه 1.4.2) شاخص‌هاي ترجيح كدوني برآورد شد.
يافته‌ها: مقدار شاخص سازگاري كدون در گونه كژگاو بالاترين (256/0) و در گونه گوسفند كمترين مقدار (236/0) را داشت. آناليز ساختار پروتئني كالپاستاتين نشان داد كه در كل توالي‌هاي مورد پژوهش، آمينواسيد ليزين با 623 جايگاه بيشترين و آمينواسيد تريپتوفان با 5 جايگاه كمترين تكرار را در ساختمان اين پروتئين داشتند. نسبت آمينواسيدهاي قطبي به آمينواسيدهاي غير قطبي در اين پروتئين 2 به 1 بود. مقدار گرايش كدوني مترادف يا كاركرد نسبي كدون‌هاي مترادف براي آمينواسيدهاي سرين و آسپارتيك اسيد به عنوان اسيدآمينه انتهايي در گونه‌هاي مختلف به ترتيب برابر با (38/1AGC=) و (01/1GAU=) محاسبه گرديد. گونه گوسفند داراي بيشترين اسيديته ايزوالكتريك و گونه بز در شاخص تعداد كدون‌هاي موثر داراي بيشترين مقدار بوده اند.
نتيجه گيري: آناليز توالي آمينو‌اسيدي در زنجيره پروتئيني كالپاستاتين نشان داد كه اين پروتئين داراي بخش قابل توجه‌ا‌ي از آمينواسيدهاي آبگريز مي‌باشد. با توجه به نقش بازدارندگي پروتئين كالپاستاتين روي فعاليت آنزيم كالپاين در عضلات و همچنين از آن‌جايي كه بيشتر توالي كالپاين را آمينواسيدهاي آبدوست شكل داده اند، نشان از نقش به سزاي اين آمينواسيدهاي آبگريز براي فعاليت در مقابل بخش آبدوست كالپاين را دارد. آناليز انحراف كدوني نشان داد كه در بين گونه‌هاي مورد پژوهش، در گونه كژگاو شاخص ترجيح كدوني بيشتر از ساير گونه‌ها بوده و كاركرد كدون‌هاي بهينه در اين گونه كارآمدتر از ساير گونه‌هاي مورد مطالعه نشان داده شد.
چكيده لاتين :
Background and Object: Calpastatin (CAST) is one of the enzymes of Calpine proteolytic system. The proteolytic protein complex contains Ca+2 dependent proteases which contributes in construction, degradation and muscle tissue compression after slaughter, and is also regarded a candidate gene associated with growth efficacy and quality of meat.
Materials and Methods: In this study, gene and protein coding sequences region of CAST in six species of mammals (human, rat, cow, Bos grunniens, sheep and goats) were examined. Gene and protein sequences were retrieved from gene bank and then analyzed. Homology analysis and alignment, phylogenetic and nucleotide diversity and variation in coding region and stop codon were carried out using the softwares Clustal Ω and Mega7. SOPMA and Protparam programs were used for homology and alignment analyses, and to investigate the atoms diversity in protein structure, amino acid and terminal amino acid diversity in sequences retrieved from the NCBI database. Preferred codon sequences were obtained using CodonW software to explore the codon usage status.
Results: Codon adaptation index (CAI) had the highest value for Bos grunniens (0.256) and lowest value for Ovisaries (0.236). Using bioinformatics software for better understanding of protein structure of CAST showed that, in all sequences, the amino acid lysine was the most frequent by 623 observations and amino acid tryptophan was the least with 5 repeat in the structure of the protein. The ration of Polar amino acids to non-polar amino acids in the protein was 2. The relative efficiency of synonymous codons (RSCU) for the amino acids serine and aspartic acid as the terminal amino acid in different species were, respectively, (AGC =1/38) and (GAU =1/01). Ovisaries species showed the maximumn PI and The species Capra hircus had the highest value of effective number of codons index (ENC) .
Conclusion: hydrophobic amino acids constitute the main part of the amino acid sequence of Calpastatin protein. Given the role of inhibition of Calpastatin protein for the activity of the enzyme calpain in muscle and considering that the most sequences of calpain are captured by hydrophilic amino acids, the explore of amino acid sequence in Calpastatin and the role of these hydrophobic amino acids against the hydrophilic amino acids in calpain is important. Calpastatin protein, is much more tolerant in humans rather than ruminants. The codon bias analysis of the studied species showed that, in the evolution, Bos grunniens protein species had higher phenotype appearance for preferred codons than other species and function of the optimal codons were shown to be stronger than others.
