بررسی تاثیر چندشکلی‌های گیرنده هورمون لوتئینه‌کننده بر تمایل اتصال آن‌ها به هورمون لوتئینه کننده در گاوشیری به روش داکینگ مولکولی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ایران، اراک، دانشگاه اراک، دانشکده کشاورزی و محیط زیست، گروه علوم دامی

2 دانشیار ، گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اراک

3 دانشیار، گروه علوم دامی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اراک

چکیده

چکیده
سابقه و هدف: هورمون لوتئینه کننده (LH ) از جمله هورمون‌های مهم تولیدمثلی است که از لب پیشین هیپوفیز ترشح می‌شود و نقش کلیدی در تنظیم چرخه فحلی، بلوغ فولیکول‌های تخمدانی، تخمک‌ریزی، تشکیل جسم زرد، توسعه جسم زرد و نگهداری آن دارد. انتقال پیام LH از طریق اتصال آن به گیرنده‌های برون سلولی صورت می‌گیرد به طوریکه LH بعد از اتصال به گیرنده خود (LHR) از طریق فعال سازی پیامبر ثانویه cAMP منجر به فعال شدن زنجیره آبشاری درون سلولی و در نهایت بیان پروتئین‌ها و آنزیم‌های مخصوص می‌گردد. لذا برهمکنش هورمون لوتئینه کننده (LH) با گیرنده اختصاصی خود (LHR) یک از گام‌های کلیدی در مسیر بلوغ فولیکولی و تخمک‌گذاری آن‌ها است. چندشکلی و ایزوفروم‌های مختلف LHR از جمله تغییرات ژنتیکی می‌باشند که می‌توانند بر روی عملکرد LH و متعاقبا بازدهی تولیدمثلی تاثیر گذار باشند. هدف از انجام مطالعه حاضر مقایسه چندشکلی‌های مختلف LHR از نظر ساختار سوم پروتئینی و تمایل برهمکنش آن‌ها با LH در 'گاو شیری بود.

مواد و روش‌ها: به منظور انجام مطالعه توالی‌های آمینواسیدی LHR از Genebank گرفته شد. در ابتدا چندشکلی‌ها با آنالیز هم ترازی شناسائی شدند. ساختارهای سوم مربوط به آنها با روش همولوژی مدلینگ و با استفاده از نرم افزار Modeller وپیش‌بینی گردید. ساختارهای ایجاد شده با استفاده از نرم افزار گرافیکی PyMol 2.5.1 و نمودار Ramachandran مورد مشاهده و ارزیابی قرار گرفتند. همچنین شاخص‌های مختلف فیزیکی-شیمیائی پروتئین‌های مدل شده مانند نقطه ایزوالکتریک، وزن مولکولی، تعداد دنباله‌های منفی و مثبت و مقدار Grand Average of hydropathicity (GRAVY) با استفاده از ابزار ProtParam در پایگاه Expasy محاسبه گردید. در ادامه میزان تمایل LH به هر کدام از چندشکلی‌های LHR‌ با استفاده از تکنیک داکینگ مولکولی و بر پایه دو شاخص موقعیت فضائی و انرژی اتصال مورد ارزیابی قرار گرفت.
یافته‌ها: براساس نتایج بدست آمده تنها دو چندشکلی (LHR1 و LHR2) در میان توالی‌های مورد مطالعه شناسائی شد. مدل‌های ایجاد شده برای دو چندشکلی‌ یافت شده از کیفیت مناسبی برخوردار بودند و تفاوتی در شاخص‌های ساختاری و فیزیکوشیمیائی بین آن‌ها مشاهده نشد. نتایج داکینگ نشان داد علی‌رغم تفاوت انرژی اتصال کل در دو چندشکلی، این تفاوت را نمی‌توان به جایگزینی آمینواسیدی ارتباط داد و احتمالا این اختلاف مرتبط با تفاوت جزئی در جهت‌گیری LH نسبت به چندشکلی‌های LHR1 و LHR2 می‌باشد. بخش زیادی از آمینواسیدهای درگیر در پیوند هیدروژنی در هر دو کمپلکس LH-LHR1 و LH-LHR2 مشابه بودند.

نتیجه‌گیری: به طور کلی نتایج حاصل از این مطالعه می‌تواند نقش موثری در درک رابطه چندشکلی و فعالیت فیزیولوژیک داشته باشد.

واژه‌های کلیدی: چندشکلی، LHR، آمینواسید، داکینگ مولکولی، گاوشیری

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Considering the effect of luteinizing hormone receptor (LHR) polymorphisms (LHR) on their binding affinity to LH in dairy cow with docking method

نویسندگان [English]

  • mohammad yahyaei 1
  • Mahdi Khodaei Motlagh 2
  • Mohammad hossein Moradi 3
1 iran-arak-arak university-Faculty of Agriculture and Natural Science- Department of Animal science
2 Department of Animal Science, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Arak University
3 Department of Animal Science, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Arak University
چکیده [English]

Abstract
Background and objectives: Luteinizing hormone (LH) is one of the most important reproductive hormones that is secreted by the anterior pituitary gland and plays a key role in regulating the estrous cycle, maturation of ovarian follicles, ovulation, corpus luteum formation, corpus luteum development and maintenance. The LH message is transmitted through by binding it to its extracellular receptors, so that after binding to its own receptor (LHR), LH activates the intracellular cascade chain by activating the secondary messenger cAMP, and ultimately the expression of specific proteins and enzymes. Therefore, the interaction of luteinizing hormone (LH) with its specific receptor (LHR) is one of the key steps in the path of follicular maturation and ovulation. Polymorphisms and LHR splicing are among the genetic changes that can affect LH function and consequent reproductive efficiency.The aim of this study was to compare the tertiary structure of different LHR polymorphisms and their binding affinity to LH in dairy cows.
Materials and methods: For this purpose, LHR amino acid sequences were obtained from Gene bank. Firstly, Polymorphisms were identified by alignment analysis. Their related third structures were predicted by homology modeling technique using Modeller software. The created structures were observed and evaluated using PyMol 2.5.1 graphics software and Ramachandran plot. Also, different physico-chemical parameters of the modeled proteins such as isoelectric point, molecular weight, and number of negative and positive sequences and Grand Average of hydropathicity (GRAVY) were calculated using ProtParam tool in Expasy database. Then, the affinity of LH to each of the LHR polymorphism was evaluated using molecular docking technique based on binding energy and spatial position indices.
Results: Based on the results, only two polymorphisms (LHR1 and LHR2) were identified among the studied sequences. The predicted models for the two polymorphisms have a good quality and there was no difference in structural and physicochemical parameters between them. Docking results showed that, despite the difference in total binding energy between the two polymorphisms, this difference could not be attributed to amino acid substitution and this difference is probably related to an orientation of the LH relative to the LHR1 and LHR2. Most of the amino acids that were involved in hydrogen bonding were similar in both the LH-LHR1 and LH-LHR2 complexes.
Conclusion: In general, the results of this study can be used to the relationship between LHR polymorphism and its physiological activity.Conclusion: In general, the results of this study can be used to the relationship between LHR polymorphism and its physiological activity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Keywords: Amino acid
  • Dairy cow
  • LHR
  • Molecular docking
  • Polymorphism

مراجع

  1. Abdi, Z., Rafat, S., Firouzamandi, M., Moghadam, G. and Shoja, J. 2017. Polymorphisms of the bovine luteinizing hormone/choriogonadotropin receptor (LHCGR) gene and its association with ovarian follicular cysts. Revue de Médecine Vétérinaire, 168:143-150.
  2. Arslan, K., Akyüz, B., Akçay, A., Ilgar, E.G., Macun, H.C. and Çınar, M.U. 2017. Association of number of artificial inseminations per pregnancy in holstein dairy cows with polymorphism in luteinizing hormone receptor and follicle stimulating hormone receptor genes. Slovenian Veterinary Research, 54:91-98.
  3. Bartuzi, D., Kaczor, A., Targowska-Duda, K. and Matosiuk, D. 2017. Recent advances and applications of molecular docking to G protein-coupled receptors. Molecules, 22:340.
  4. Dar, A. and Mir, S. 2017. Molecular docking: approaches, types, applications and basic challenges. Journal of Analytical and Bioanalytical Techniues, 8:55-60.
  5. de Vries, S.J., Melquiond, A.S., Kastritis, P.L., Karaca, E., Bordogna, A., van Dijk, M. and Bonvin, A.M. 2010. Strengths and weaknesses of data driven docking in critical assessment of prediction of interactions. Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics, 78:3242-3249.
  6. Dominguez, C., Boelens, R. and Bonvin, A.M. 2003. HADDOCK: a protein− protein docking approach based on biochemical or biophysical information. Journal of the American Chemical Society, 125:1731-1737.
  7. Dufau, M., Tsai-Morris, C.H., Hu, Z.Z. and Buczko, E. 1990. Structure and regulation of the luteinizing hormone receptor gene. The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology, 53:283-291.
  8. Eswar, N., Webb, B., MartiRenom, M.A., Madhusudhan, M., Eramian, D., Shen, M.y. and Sali, A. 2006. Comparative protein structure modeling using Modeller. Current Protocols in Bioinformatics, 15:561-570.
  9. Gasteiger, E., Hoogland, C., Gattiker, A., Wilkins, M.R., Appel, R.D. and Bairoch, A. 2005. Protein identification and analysis tools on the ExPASy server. The proteomics protocols handbook, 571-607.
  10. Ginther, O., Bergfelt, D., Beg, M. and Kot, K. 2001. Follicle selection in cattle: role of luteinizing hormone. Biology of Reproduction, 64:197-205.
  11. Grzesik, P., Kreuchwig, A., Rutz, C., Furkert, J., Wiesner, B., Schuelein, R. and Krause, G. 2015. Differences in signal activation by LH and hCG are mediated by the LH/CG receptor’s extracellular hinge region. Frontiers in Endocrinology, 6:140-150.
  12. Hall, T.1999. BIOEDIT: A user-friendly biological sequence alingment editor and analysis program for windows 95/98/ NT.
  13. Hamny, H., Jalaluddin, M., Aisyah, S., Wahyuni, S. and Aulanni'am, A.A. 2017. Polymorphism of follicle stimulating hormone receptor influences the 3D structure and its binding pattern to FSH in Bos taurus. Indian Journal of Animal Research, 51:1-7.
  14. Hastings, N., Donn, S., Derecka, K., Flint, A. and Woolliams, J. 2006. Polymorphisms within the coding region of the bovine luteinizing hormone receptor gene and their association with fertility traits. Animal Genetics, 37:583-585.
  15. Jiang, X., Liu, H., Chen, X., Chen, P.-H., Fischer, D., Sriraman, V. and He, X. 2012. Structure of follicle-stimulating hormone in complex with the entire ectodomain of its receptor. Proceedings of the National Academy of Sciences, 109:12491-12496.
  16. Liang, H., Chen, L., Liu, Z. and Zhou, X. 2012. Expression of functional follicle-stimulating hormone receptor and luteinizing hormone/chorionic gonadotrophin receptor in oviduct and uterus in prepubertal gilts. Livestock Science, 148:74-80.
  17. Lirón, J.P., Prando, A.J., Fernández, M.E., Ripoli, M.V., Rogberg-Muñoz, A., Goszczynski, D.E. and Giovambattista, G. 2012. Association between GNRHR, LHR and IGF1 polymorphisms and timing of puberty in male Angus cattle. BMC Genetics, 13:26-40.
  18. Meng, X.-Y., Zhang, H.-X., Mezei, M. and Cui, M. 2011. Molecular docking: a powerful approach for structure-based drug discovery. Current Computer-aided Drug Design, 7:146-157.
  19. Minegishi, T., Nakamura, K., Yamashita, S., Ikeda, S. and Kogure, K. 2008. Regulation of human luteinizing hormone receptor in the ovary. Reproductive Medicine and Biology, 7:11-16.
  20. O'Boyle, N.M., Banck, M., James, C.A., Morley, C., Vandermeersch, T. and Hutchison, G.R. 2011. Open Babel: An open chemical toolbox. Journal of Cheminformatics, 3:1-14.
  21. Ogiwara, K., Fujimori, C., Rajapakse, S. and Takahashi, T. 2013. Characterization of luteinizing hormone and luteinizing hormone receptor and their indispensable role in the ovulatory process of the medaka. PLoS One, 8:48-54.
  22. Perera-Marin, G., Murcia, C. and Gonzalez-Padilla, E. 2007. Luteinizing hormone (LH) isoforms in ruminants: characterization and physiological relevance. Animal Reproduction Science, 101:187-207.
  23. Stevenson, J. and Britt, J. 2017. A 100-year review: Practical female reproductive management. Journal of Dairy Science, 100:10292-10313.
  24. Sun, L.-P., Du, Q.-Z., Song, Y.-P., Yu, J.-N., Wang, S.-J., Sang, L. and Zhang, S.L. 2012. Polymorphisms in luteinizing hormone receptor and hypothalamic gonadotropin-releasing hormone genes and their effects on sperm quality traits in Chinese Holstein bulls. Molecular Biology Reports, 3:7117-7123.
  25. Tamura, K., Peterson, D., Peterson, N., Stecher, G., Nei, M. and Kumar, S. 2011. MEGA5: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Using Maximum Likelihood, Evolutionary Distance, and Maximum Parsimony Methods. Molecular Biology and Evolution, 28:2731-2739.
  26. Van Zundert, G., Rodrigues, J., Trellet, M., Schmitz, C., Kastritis, P., Karaca, E. and Bonvin, A. 2016. The HADDOCK2. 2 web server: user-friendly integrative modeling of biomolecular complexes. Journal of Molecular Biology, 428:720-725.
  27. Wohlres-Viana, S., Arashiro, E., Machado, M., Camargo, L., Siqueira, L., Palhao, M. and Viana, J. 2017. Intrafollicular oestradiol production, expression of the LH receptor (LHR) gene and its isoforms, and early follicular deviation in Bos indicus. Reproduction, Fertility and Development, 29:1958-1970.
  28. Wohlres-Viana, S., Arashiro, E., Minare, T., Fernandes, C., Grazia, J., Siqueira, L. and Viana, J. 2019. Differential expression of LHCGR and its isoforms is associated to the variability in superovulation responses of Gir cattle. Theriogenology, 126:68-74.
  29. Wohlres-Viana, S., Arashiro, E., Reis, D.D.L., Fernandes, L., Peixoto, M., Machado, M. and Viana, J. 2016. Polymorphisms and alternative splicing of the luteinizing hormone receptor of dairy cattle. Genetics and Molecular Reserch, 25:44-50.
  30. Yang, W.-C., Tang, K.-Q., Li, S.-J., Chao, L.-M. and Yang, L.-G. 2012. Polymorphisms of the bovine luteinizing hormone/choriogonadotropin receptor (LHCGR) gene and its association with superovulation traits. Molecular Biology Reports, 39:2481-2487.
  31. Yu, Y., Pang, Y., Zhao, H., Xu, X., Wu, Z., An, L. and Tian, J. 2012. Association of a missense mutation in the luteinizing hormone/choriogonadotropin receptor gene (LHCGR) with superovulation traits in Chinese Holstein heifers. Journal of Animal Science and Biotechnology, 3:1-5.
نشریه پژوهش‌ در نشخوار کنندگان
دوره 10، شماره 1
خرداد 1401
صفحه 35-48

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار