Анализ генов полиаминоксидаз у метилотрофных дрожжей Komagataella phaffii

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Полиамины присутствуют во всех живых клетках и регулируют широкий спектр биологических процессов. У дрожжей Saccharomyces cerevisiae полиаминоксидаза Fms1p превращает спермин в спермидин и 3-аминопропаналь, что необходимо для синтеза пантотеновой кислоты и гипузинирования. В данной работе показано, что ортологи гена FMS1 дрожжей S. cerevisiae присутствуют у всех основных представителей подотдела Saccharomycotina, однако их копийность различна. У дрожжей Komagataella рhaffii (Pichia pastoris) идентифицированы два гена полиаминоксидаз (KpFMS1 и KpFMS2) и изучена регуляция активности их промоторов.

Об авторах

Алина Владиславовна Иванова

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: alinalans@gmail.com

студентка 4-го курса кафедры генетики и биотехнологии

Россия, 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., д.7/9

Антон Витальевич Сидорин

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: spacerocketpilot@gmail.com

бакалавр кафедры генетики и биотехнологии

Россия, 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., д.7/9

Елена Викторовна Самбук

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: esambuk@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0837-0498
SPIN-код: 8281-8020
Scopus Author ID: 6603061322
ResearcherId: H-6895-2013

д-р биол. наук, профессор кафедры генетики и биотехнологии

Россия, 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., д.7/9

Андрей Михайлович Румянцев

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: rumyantsev-am@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1744-3890
SPIN-код: 9335-1184
Scopus Author ID: 55370658800

канд. биол. наук, младший научный сотрудник кафедры генетики и биотехнологии

Россия, 199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., д.7/9

Список литературы

  1. Wallace HM, Fraser AV, Hughes A. A perspective of polyamine metabolism. Biochem J. 2003;376(Pt 1):1-14. https://doi.org/10.1042/BJ20031327.
  2. Miller-Fleming L, Olin-Sandoval V, Campbell K, Ralser M. Remaining mysteries of molecular biology: the role of polyamines in the cell. J Mol Biol. 2015;427(21):3389-3406. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2015.06.020.
  3. Wallace HM. Polyamines: specific metabolic regulators or multifunctional polycations? Biochem Soc Trans. 1998;26(4):569-571. https://doi.org/10.1042/bst0260569.
  4. White WH, Gunyuzlu PL, Toyn JH. Saccharomyces cerevisiae is capable of de novo pantothenic acid biosynthesis involving a novel pathway of beta-alanine production from spermine. J Biol Chem. 2001;276(14):10794-10800. https://doi.org/10.1074/jbc.M009804200.
  5. Chattopadhyay MK, Tabor CW, Tabor H. Spermidine but not spermine is essential for hypusine biosynthesis and growth in Saccharomyces cerevisiae: spermine is converted to spermidine in vivo by the FMS1-amine oxidase. Proc Natl Acad Sci USA. 2003;100(24):13869-74. https://doi.org/10.1073/pnas.1835918100.
  6. Polticelli F, Salvi D, Mariottini P, et al. Molecular evolution of the polyamine oxidase gene family in Metazoa. BMC Evol Biol. 2012;12:90. https://doi.org/10.1186/1471-2148-12-90.
  7. Reumann S, Ma C, Lemke S, Babujee L. AraPerox. A database of putative Arabidopsis proteins from plant peroxisomes. Plant Physiol. 2004;136(1):2587-2608. https://doi.org/10.1104/pp.104.043695.
  8. Valdes-Santiago L, Cervantes-Chavez JA, Leon-Ramirez CG, Ruiz-Herrera J. Polyamine metabolism in fungi with emphasis on phytopathogenic species. J Amino Acids. 2012;2012:837932. https://doi.org/10.1155/2012/837932.
  9. Landry J, Sternglanz R. Yeast Fms1 is a FAD-utilizing polyamine oxidase. Biochem Biophys Res Commun. 2003;303(3):771-776. https://doi.org/10.1016/s0006-291x(03)00416-9.
  10. Altschul SF, Gish W, Miller W, et al. Basic local alignment search tool. J Mol Biol. 1990;215(3): 403-410. https://doi.org/10.1016/S0022-2836(05) 80360-2.
  11. Kumar S, Stecher G, Li M, et al. MEGA X: Molecular evolutionary genetics analysis across computing platforms. Mol Biol Evol. 2018;35(6):1547-1549. https://doi.org/10.1093/molbev/msy096.
  12. Thompson JD, Higgins DG, Gibson TJ. CLUSTAL W: improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice. Nucleic Acids Res. 1994;22(22):4673-4680. https://doi.org/10.1093/nar/22.22.4673.
  13. Le SQ, Gascuel O. An improved general amino acid replacement matrix. Mol Biol Evol. 2008;25(7):1307-20. https://doi.org/10.1093/molbev/msn067.
  14. Rumjantsev AM, Bondareva OV, Padkina MV, Sambuk EV. Effect of nitrogen source and inorganic phosphate concentration on methanol utilization and PEX genes expression in Pichia pastoris. Scientific World Journal. 2014;2014:743615. https://doi.org/10.1155/2014/743615.
  15. Guthrie C, Fink GR. Guide to yeast genetics and molecular biology. Methods Enzymol. 1991;194: 1-863. https://doi.org/10.1016/s0076-6879(00)x 0276-5.
  16. Hanahan D. Studies on transformation of Escherichia coli with plasmids. J Mol Biol. 1983;166(4):557-580. https://doi.org/10.1016/s0022-2836(83)80284-8.
  17. Wu S, Letchworth GJ. High efficiency transformation by electroporation of Pichia pastoris pretreated with lithium acetate and dithiothreitol. Biotechniques. 2004;36(1):152-154. https://doi.org/10.2144/04361DD02.
  18. Остерман Л.А. Методы исследования белков и нуклеиновых кислот. Электрофорез и ультрацентрифугирование (практическое пособие). – М.: Наука, 1981. – 288 с. [Osterman LA. Metody issledovaniya belkov i nukleinovykh kislot. Elektroforez i ul’tratsentrifugirovaniye (prakticheskoye posobiye). Moscow: Nauka; 1981. 288 p. (In Russ).]
  19. Самсонова М.Г., Падкина М.В., Краснопевцева Н.Г. Генетико-биохимическое изучение кислых фосфатаз дрожжей Saccharomyces cerevisiae // Генетика. – 1975. – Т. 11. – № 9. – С. 104-115. [Samsonova MG, Padkina MV, Krasnopevtseva NG. Genetiko-biokhimicheskoye izucheniye kislykh fosfataz drozhzhey Saccharomyces cerevisiae. Genetika. 1975;11(9):104-115. (In Russ.)]
  20. Shen XX, Zhou X, Kominek J, et al. Reconstructing the backbone of the Saccharomycotina yeast phylogeny using genome-scale data. G3 (Bethesda). 2016;6(12):3927-3939. https://doi.org/10.1534/g3.116.034744.
  21. Notzel C, Lingner T, Klingenberg H, Thoms S. Identification of new fungal peroxisomal matrix proteins and revision of the PTS1 consensus. Traffic. 2016;17(10):1110-1124. https://doi.org/10.1111/tra.12426.
  22. Almagro Armenteros JJ, Sonderby CK, Sonderby SK, et al. DeepLoc: prediction of protein subcellular localization using deep learning. Bioinformatics. 2017;33(21):3387-3395. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btx431.
  23. Ellis SB, Brust PF, Koutz PJ, et al. Isolation of alcohol oxidase and two other methanol regulatable genes from the yeast Pichia pastoris. Mol Cell Biol. 1985;5(5):1111-21. https://doi.org/10.1128/mcb.5.5.1111.
  24. Tschopp JF, Brust PF, Cregg JM, et al. Expression of the lacZ gene from two methanol-regulated promoters in Pichia pastoris. Nucleic Acids Res. 1987;15(9):3859-76. https://doi.org/10.1093/nar/15.9.3859.
  25. Assis R, Bachtrog D. Neofunctionalization of young duplicate genes in Drosophila. Proc Natl Acad Sci. 2013;110(43):17409-17414. https://doi.org/10.1073/pnas.1313759110.
  26. He X, Zhang J. Rapid subfunctionalization accompanied by prolonged and substantial neofunctionalization in duplicate gene evolution. Genetics. 2005;169(2):1157-1164. https://doi.org/10.1534/genetics.104.037051.
  27. Kellis M, Birren BW, Lander ES. Proof and evolutionary analysis of ancient genome duplication in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Nature. 2004;428(6983):617-624. https://doi.org/10.1038/nature02424.
  28. Lin-Cereghino GP, Godfrey L, de la Cruz BJ, et al. Mxr1p, a key regulator of the methanol utilization pathway and peroxisomal genes in Pichia pastoris. Mol Cell Biol. 2006;26(3):883-897. https://doi.org/10.1128/MCB.26.3.883-897.2006.
  29. Kranthi BV, Kumar R, Kumar NV, et al. Identification of key DNA elements involved in promoter recognition by Mxr1p, a master regulator of methanol utilization pathway in Pichia pastoris. Biochim Biophys Acta. 2009;1789(6-8):460-468. https://doi.org/10.1016/j.bbagrm.2009.05.004.
  30. Wang X, Cai M, Shi L, et al. PpNrg1 is a transcriptional repressor for glucose and glycerol repression of AOX1 promoter in methylotrophic yeast Pichia pastoris. Biotechnol Lett. 2016;38(2):291-298. https://doi.org/10.1007/s10529-015-1972-4.
  31. Wilkinson D, Váchová L, Hlaváček O, et al. Long noncoding RNAs in yeast cells and differentiated subpopulations of yeast colonies and biofilms. Oxid Med Cell Longev. 2018;2018:4950591. https://doi.org/10.1155/2018/4950591.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Распространенность полиаминоксидаз среди основных представителей подотдела Saccharomycotina. Филогенетические отношения показаны, основываясь на результатах, полученных в работе [20]. Обозначение ПГД отделяет родственные виды, предки которых претерпели полногеномную дупликацию [28]

Скачать (233KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты множественного сравнения аминокислотных последовательностей полиаминоксидаз исследуемых видов дрожжей. Показана представленность последовательностей PTS1, обеспечивающих локализацию белка в пероксисомах, на С-конце полиаминоксидаз исследованных видов дрожжей. Подчеркиванием выделены аминокислоты, отличные от известной для S. cerevisiae консенсусной последовательности [22]

Скачать (274KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Взаимное расположение генов KpFMS2 и АОХ1 K. phaffii. Показаны сайты связывания транскрипционных факторов Mxr1p и Nrg1p, являющихся основными регуляторами промотора гена AOX1

Скачать (39KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Активность репортерной кислой фосфатазы штаммов K. phaffii PFMS1-4-GS115, PFMS2-4-GS115 и tr2-4-GS115 при росте на средах с различными источниками углерода и азота

Скачать (83KB)
Метаданные
6. Таблица 1. Последовательности праймеров, использованных в работе

Скачать (63KB)
Метаданные

© Иванова А.В., Сидорин А.В., Самбук Е.В., Румянцев А.М., 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».