| Περίληψη: | Στο πλαίσιο της παρούσης διατριβής, αξιοποιήθηκαν οι αλληλουχίες γνωστών γονιδιωμάτων, αλλά και γονιδιωμάτων που αποκρυπτογραφήθηκαν πρόσφατα, για να μελετηθεί η εξελικτική ιστορία τριών λειτουργικά σημαντικών πρωτεϊνικών οικογενειών: (α) των φυτικών DNA μεθυλομεταφορασών και (β) των ευκαρυωτικών RNA μεθυλομεταφορασών, οι οποίες είναι ένζυμα που επιφέρουν μεθυλίωση στις νουκλεοτιδικές αλληλουχίες, καθώς και (γ) των πεπτιδασών συγγενών της καλλικρεΐνης (KLKs), οι οποίες είναι γνωστές σερινοπρωτεϊνάσες με δράση τύπου θρυψίνης ή χυμοθρυψίνης. Οι εξελικτικές σχέσεις των χαρακτηρισμένων και καινοφανών πρωτεϊνών των τριών οικογενειών διερευνήθηκαν με κατασκευή φυλογενετικών δένδρων. Επίσης, αναλύθηκε η δευτεροταγής και τριτοταγής δομή των ομόλογων πρωτεϊνών, η δομή των γονιδίων που κωδικοποιούν τις πρωτεΐνες αυτές, και κατασκευάσθηκαν διαγνωστικά πρωτεϊνικά μοτίβα από τις αλληλουχίες των τριών οικογενειών ενζύμων. Τα αποτελέσματα των αναλύσεων οδήγησαν στην εξαγωγή σημαντικών συμπερασμάτων σχετικά με την πιθανή βιολογική λειτουργία των καινοφανών πρωτεϊνών. Συγκεκριμένα, ομόλογες φυτικές DNA μεθυλομεταφοράσες και καινοφανείς ευκαρυωτικές RNA μεθυλομεταφοράσες ταυτοποιήθηκαν σε δημόσιες βάσεις δεδομένων. Λεπτομερής φυλογενετική ανάλυση οδήγησε στην ταυτοποίηση των τεσσάρων ήδη γνωστών οικογενειών φυτικών DNA μεθυλομεταφορασών και μιας καινοφανούς υποοικογένειας (Pavlopoulou and Kossida, 2007). Επίσης, ταυτοποιήθηκαν πέντε υποοικογένειες ευκαρυωτικών RNA μεθυλομεταφορασών. Πέραν των τριών ήδη γνωστών υποοικογενειών (NOP2, NCL1 και YNL022C), ταυτοποιήθηκε μια καινοφανής υποοικογένεια (RCMT9), και μια υποοικογένεια, FMU, η οποία εθεωρείτο ότι απαντάται αποκλειστικά σε προκαρυωτικούς οργανισμούς (Pavlopoulou and Kossida, 2009). Επιπλέον, κατασκευάσθηκαν πρωτεϊνικά αποτυπώματα της οικογένειας (και των επιμέρους υποοικογενειών) των RNA μεθυλομεταφορασών, τα οποία καταχωρήθηκαν στη δευτερογενή πρωτεϊνική βάση δεδομένων PRINTS (http://www.bioinf.man.ac.uk/dbbrowser/PRINTS). Στα πλαίσια της διατριβής, αναπτύχθηκε το υπολογιστικό πρόγραμμα RCMTHMM, με σκοπό τη διάκριση/ταυτοποίηση των ευκαρυωτικών RNA μεθυλομεταφορασών, το οποίο διατέθηκε για δημόσια χρήση στη διεύθυνση URL: http://www.bioacademy.gr/bioinformatics/RCMTHMM. Σημαντική συνεισφορά της παρούσας μελέτης είναι η αναδιατύπωση της εξελικτικής ιστορίας των καλλικρεϊνών (Pavlopoulou et al., 2010). Οι καλλικρεΐνες είναι σημαντικά πρωτεολυτικά ένζυμα που δρουν ατομικά ή σε πρωτεολυτικούς καταρράκτες και ρυθμίζουν σημαντικές φυσιολογικές λειτουργίες, ενώ η απορρυθμισμένη δράση τους έχει συνδεθεί με σοβαρές ασθένειες (καρδιοαγγειακές, νευροεκφυλιστικές, φλεγμονώδεις, δερματικές, διάφορους τύπους καρκίνου). Για την απομόνωση νέων καλλικρεϊνών αξιοποιήθηκε το γεγονός ότι τα KLK γονίδια συνεντοπίζονται στο ίδιο χρωμόσωμα υπό μορφή μη διακοπτόμενης συστάδας γονιδίων. Σε προηγούμενες μελέτες είχε προταθεί ότι οι καλλικρεΐνες απαντώνται μόνον στα θηλαστικά και ότι εμφανίσθηκαν πριν από περίπου 150 εκατομμύρια χρόνια. Στην παρούσα μελέτη, ομόλογες καινοφανείς ακολουθίες καλλικρεϊνών ανιχνεύθηκαν in silico στα γονιδιώματα διάφορων οργανισμών. Ορθόλογα των καλλικρεϊνών ταυτοποιήθηκαν για πρώτη φορά στα ερπετά, στα πτηνά και στα αμφίβια, υποδεικνύοντας την εξελικτική καταγωγή των καλλικρεϊνών πριν από 330 εκατομμύρια χρόνια. Επιπροσθέτως, πέραν των 15 γνωστών KLKs (KLΚ1-15), ταυτοποιήθηκαν τρία καινοφανή μέλη (ορφανές Klks) και με σύγκριση των προβλεπόμενων δομών δείχθηκε ότι τα δομικά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την καταλυτική δράση είναι συντηρημένα στις καινοφανείς πρωτεϊνικές αλληλουχίες KLK. Σημειωτέον, δείχθηκε ότι στα γονιδιώματα όλων των υπό εξέταση οργανισμών, τα ορθόλογα γονίδια KLK χαρτογραφούνται στην ίδια χρωμοσωμική περιοχή, διευθετημένα εν σειρά με τον ίδιο προσανατολισμό και χωρίς παρεμβολή μη καλλικρεϊνικών γονιδίωνΠροτείναμε ότι η οικογένεια των καλλικρεϊνών προέκυψε από μια σειρά γονιδιακών διπλασιασμών και μεταλλάξεων, και ότι οι καλλικρεΐνες έχουν συνεξελιχθεί με τα ειδικά υποστρώματά τους (Pavlopoulou et al., 2010).
|
|---|
