بررسی انحراف کدونی و تجزیه و تحلیل بیوانفورماتیکی توالی کد کننده ژن کالپاستاتین در پستانداران

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشجو

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: کالپاستاتین از آنزیم‌های تشکیل‌‌دهنده سیستم پروتئولیتیک کالپاین است که این مجموعه پروتئینی پروتئولیتیک شامل پروتئازهای طبیعی وابسته به 2+Ca است و در شکل‌گیری، تجزیه بافت‌های عضلانی و تردی گوشت پس از کشتار موثر بوده و به عنوان یک ژن‌ شاخص در ارتباط با راندمان رشد و کیفیت گوشت به حساب می‌آید. هدف از این مطالعه ارزیابی ساختار ژنی و پروتئینی کالپاستاتین با استفاده از ابزارهای بیوانفورماتیکی در چند گونه از پستانداران بوده است.
مواد و روش: در این پژوهش توالی ناحیه کد کننده ژن و پروتئین کابپاستاتین در شش گونه پستاندار (انسان، موش، گاو، کژگاو، گوسفند و بز) مورد بررسی قرار گرفت. توالی‌های ژنی و پروتئینی از بانک ژن بازیابی شد و مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. آنالیز همولوژی و همترازی، فیلوژنی، تنوع نوکلئوتیدی در طول ناحیه کد کننده این ژن و همچنین تنوع در کدون پایانی با استفاده از نرم افزارهای کلاستال امگا و مگا هفت انجام گرفت. برنامه‌های ساپما و پروتپارام برای بررسی همولوژی، تنوع اسیدهای ‌آمینه و اسید آمینه انتهایی در ساختار پروتئینی، توالی‌های بازیابی شده از پایگاه داده اِن سی بی آی، مورد استفاده قرار گرفتند. با استفاده از نرم‌ افزار کدون دبلیو (نسخه 1.4.2) شاخص‌های ترجیح کدونی برآورد شد.
یافته‌ها: مقدار شاخص سازگاری کدون در گونه کژگاو بالاترین (256/0) و در گونه گوسفند کمترین مقدار (236/0) را داشت. آنالیز ساختار پروتئنی کالپاستاتین نشان داد که در کل توالی‌های مورد پژوهش، آمینواسید لیزین با 623 جایگاه بیشترین و آمینواسید تریپتوفان با 5 جایگاه کمترین تکرار را در ساختمان این پروتئین داشتند. نسبت آمینواسیدهای قطبی به آمینواسیدهای غیر‌ قطبی در این پروتئین 2 به 1 بود. مقدار گرایش کدونی مترادف یا کارکرد نسبی کدون‌های مترادف برای آمینواسیدهای سرین و آسپارتیک اسید به عنوان اسیدآمینه انتهایی در گونه‌های مختلف به ترتیب برابر با (38/1AGC=) و (01/1GAU=) محاسبه گردید. گونه گوسفند دارای بیشترین اسیدیته ایزوالکتریک و گونه بز در شاخص تعداد کدون‌های موثر دارای بیشترین مقدار بوده اند.
نتیجه گیری: آنالیز توالی آمینو‌اسیدی در زنجیره پروتئینی کالپاستاتین نشان داد که این پروتئین دارای بخش قابل توجه‌ا‌ی از آمینو‌اسیدهای آبگریز می‌باشد. با توجه به نقش بازدارندگی پروتئین کالپاستاتین روی فعالیت آنزیم کالپاین در عضلات و همچنین از آن‌جایی که بیشتر توالی کالپاین را آمینو‌اسیدهای آبدوست شکل داده اند، نشان از نقش به سزای این آمینو‌اسیدهای آبگریز برای فعالیت در مقابل بخش آبدوست کالپاین را دارد.‌ آنالیز انحراف کدونی نشان داد که در بین گونه‌های مورد پژوهش، در گونه کژگاو شاخص ترجیح کدونی بیشتر از سایر گونه‌ها بوده و کارکرد کدون‌های بهینه در ‌این گونه‌ کارآمدتر از سایر گونه‌های مورد مطالعه نشان داده شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Codon usage deviations and bioinformatics analysis of encoding sequence of Calpastatin gene in some mammalian species

چکیده [English]

Abstract2
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.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Calpastatin
  • bioinformatics analysis
  • codon bias
  • the spatial structure