Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Протеомный индекс надсемейства цитохромов Р450

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Лисица, Андрей Валерьевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Полиморфизм генов Р

Эволюционное древо цитохромов Р

Кланы

Эволюция цитохромов Р450 растений

Бактериальные цитохромы Р

Систематика надсемейства цитохромов Р

Методы выравнивания биологических текстов

Выравнивание как инструмент для реконструкции молекулярной эволюции

Матрицы замен аминокислотных остатков

Штрафы за вставку

Статистическая оценка результатов выравнивания

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

База данных

Техническая информация

Инвентаризация белковых надсемейств

Выравнивание консенсусных последовательностей

Принцип стабильности

Иерархическое выравнивание

Индексирование белков

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Инвентаризация надсемейства цитохромов Р

Опти мальные параметры парного выравнивания

Сравнение белковых кластеров с классификацией генов

Влияние параметров выравнивания на результаты кластерного анализа

Консенсус надсемейства цитохромов Р

Индекс надсемейства цитохромов Р

Представление индекса цитохромов Р450 в электронном виде

ВЫВОДЫ

Заключение Диссертация по теме "Биохимия", Лисица, Андрей Валерьевич

выводы

1. Проведенная инвентаризация белков надсемейства цитохромов Р450 показала, что условием объективного разделения последовательностей на семейства и подсемейства служит оптимизация параметров парного выравнивания за счет анализа отношения сигнал/шум. Полученные кластеры семейств на 71% воспроизводят общепринятую классификацию генов Р450.

2. Метод иерархического выравнивания позволяет вычислять консенсусных последовательностей как для белковых семейств и подсемейств, так и для всего надсемейства в целом. Консенсусные последовательности можно рассматривать в качестве гипотетических «белков-прародителей» группы гомологичных белков.

3. Консенсусная последовательность надсемейства цитохромов Р450 содержит основные структурно-функциональные элементы этого фермента и согласуется с представлениями о фолдинге глобулярных белков.

4. Разработанный метод кодирования позволил упорядочить белки надсемейства Р450 по степени их удаленности от соответствующих предшественников. Анализ индекса показал, что наиболее близкими к консенсусу надсемейства являются цитохромы Р450 бактериального происхождения, тогда как белки млекопитающих и высших растений удалены от консенсуса.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Лисица, Андрей Валерьевич, Москва

1. Александров Н.Н., Каламбет Ю.А. (1990) Распознавание функциональных сигналов. Компьютерный анализ генетических текстов. М., Наука 113-153.

2. Арчаков А.И. (1975) Микросомальное окисление. М., Наука.

3. Бородовский М.Ю., Певзнер П.А. (1990) Статистические методы анализа генетических текстов. Компьютерный анализ генетических текстов. М., Наука 36-80.

4. Жарких А.А., Ржецкий А.Ю. (1990) MATTRE: Программа построения дендрограммы сходства различными матричными методами. Институт цитологии и генетики СО АН, Новосибирск.

5. Леонтович A.M., Бродский Л.И., Горбаленя А.Е. (1990) Построение полной карты локального сходства двух биополимеров (Программа DotHelix пакета GenBee). Биополимеры и клетка 6, 14-21.

6. Миронов А.А. (1990) Поиск гомологий. Компьютерный анализ генетических текстов. М., Наука 11-35.

7. Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. (1975) Математическое моделирование в биофизике,- М., Наука.

8. Шепелев В.А. (1991) Алгоритм ускоренного построения точечных матриц гомогии. Биополимеры и клетка 7, 22.

9. Abagyan R.A., Batalov S. (1997) Do aligned sequences share the same fold? J. Mol. Biol. 273, 355-368.

10. Adoutte A., Balavoine G., Lartillot N., de Rosa R. (1999) Animal evolution. The end of the intermediate taxa? Trends Genet. 15, 104-108.

11. Aguinaldo A.M., Turbeville J.M., Linford L.S., Rivera M.C., Garey J.R., Raff R.A., Lake J.A. (1997)Evidence for a clade of nematodes, arthropods and other moulting animals. Nature 387, 489-493.

12. Aithal G.P., Day C.P., Kesteven P.J., Daly A.K. (1999) Association of polymorphisms in the cytochrome P450 CYP2C9 with warfarin dose requirement and risk of bleeding complications. Lancet 353, 717-719.

13. Alexander N.J., Hohn T.M., McCormick S.P. (1998). The TRI11 gene of Fusarium sporotrichioides encodes a cytochrome P-450 monooxygenase required for C-15 hydroxylation in trichothecene biosynthesis. Appl. Environ. Microbiol. 64, 221-225.

14. Aoyama Y., Horiuchi Т., Gotoh O., Noshiro M„ Yoshida Y. (1998) CYP51-like gene of Mycobacterium tuberculosis actually encodes a P450 similar to eukaryotic CYP51. J.Biochem. (Tokyo) 124, 694-696.

15. Archakov A.I., Degtyarenko K.N. (1993) Structural classification of the P450 superfamily based on consensus sequence comparison. Biochem. Mol. Biol. Int. 31,1071-1080.

16. Archakov A.I., Lisitsa A.V., Gusev S.A., Koymans L., Janssen P. (2001) Inventory of the cytochrome P450 superfamily. J.Mol.Model 5, 140-142.

17. Baldi P., Chauvin Y., Hunkapiller Т., McClure M.A. (1994) Hidden Markov models of biological primary sequence information. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 91,1059-1063.

18. Baldi P., Chauvin Y., Hunkapiller Т., McClure M.A. (1994) Hidden Markov models of biological primary sequence information. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91,1059-1063.

19. Bargmann C.I. (1998) Neurobiology of the Caenorhabditis elegans gQnome,.Science 282, 20282033.

20. Berger M.P., Munson P.J. (1991) A novel randomized iterative strategy for aligning multiple protein sequences. Comput. Appl. Biosci. 7, 479-484.

21. Broly F., Marez D., Lo Guidice J.M., Sabbagh N., Legrand M., Boone P., Meyer U.A. (1995) A nonsense mutation in the cytochrome P450 CYP2D6 gene identified in a Caucasian with an enzyme deficiency. Hum. Genet. 96, 601-603.

22. Brown D.J., Clark G.C., Van Beneden R.J. (1998) A new cytochrome P450 (CYP30) family identified in the clam, Mercenaria mercenaria. Сотр. Biochem. Physiol. C. Pharmacol. Toxicol. Endocrinol. 121, 351-360.

23. Brown D.W., Yu J.H., Kelkar H.S., Fernandes M., Nesbitt T.C., Keller N.P., Adams Т.Н.,Leonard T.J. (1996) Twenty-five coregulated transcripts define a sterigmatocystin gene cluster inAspergillus nidulans. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 1418-1422.

24. Buetow K.H., Edmonson M.N., Cassidy A.B. (1999) Reliable identification of large numbers of candidate SNPs from public EST data. Nat. Genet. 21, 323-325.

25. Corpet F. (1988) Multiple sequence alignment with hierarchical clustering. Nucleic Acids. Res. 216, 10881-10890.

26. Crespi C.L., Miller V.P. (1997) The R144C change in the CYP2C9*2 allele alters interaction of the cytochrome P450 with NADPH:cytochrome P450 oxidoreductase. Pharmacogenetics 7, 203-210.

27. Degtyarenko K.N., Archakov A.I. (1993) Molecular evolution of P450 superfamily and P450-containing monooxygenase systems. FEBSLett. 332, 1-8.

28. Durst F., Nelson D.R. (1995) Diversity and evolution of plant P450 and P450-reductases. Drug. Metabol. Drug .Interact. 12, 189-206.

29. Efron В., Halloran E., Holmes S. (1996) Bootstrap confidence levels for phylogenetic trees. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 93, 13429-13434.

30. Fairbrother K.S., Grove J., de Waziers I., Steimel D.T., Day C.P., Crespi C.L., Daly A.K. (1998) Detection and characterization of novel polymorphisms in the CYP2E1 gene. Pharmacogenetics 8, 543-552.

31. Falquet L., Pagni M., Bucher P., Hulo N, Sigrist C.J., Hofmann K., Bairoch A. (2002) The PROSITE database, its status in 2002. Nucleic Acids Res. 30(1), 235-8.

32. Felsenstein J. (1996) Inferring phylogenies from protein sequences by parsimony, distance, and likelihood methods. Methods Enzymol. 266, 418-427.

33. Feng D.F., Doolittle R.F. (1996) Progressive alignment of amino acid sequences and construction of phylogenetic trees from them. Methods Enzymol. 266, 368-382.

34. Feyereisen R. (1999) Insect P450 enzymes. Annu. Rev. Entomol. 44, 507-533.

35. Fitch W.M. (1981) A non-sequential method for constructing trees and hierarchical classifications. J. Mol. Evol. 18, 30-37.

36. Fogleman J.C. (2000) Response of Drosophila melanogaster to selection for P450-mediated resistance to isoquinoline alkaloids. Chem. Biol. Interact. 125, 93-105.

37. Gonzalez F.J., Nebert D.W. (1990) Evolution of the P450 gene superfamily: animal-plant 'warfare', molecular drive and human genetic differences in drug oxidation. Trends Genet. 6, 182-186.

38. Gotoh O. (1996) Significant improvement in accuracy of multiple protein sequence alignments by iterative refinement as assessed by reference to structural alignments. J. Mol. Biol. 264,823-838.

39. Gotoh 0.(1994) Further improvement in methods of group-to-group sequence alignment with generalized profile operations. Comput. Appl. Biosci. 10, 379-387.

40. Gough A.C., Miles J.S., Spurr N.K., Moss J.E., Gaedigk A., Eichelbaum M„ Wolf C.R. (1990) Identification of the primary gene defect at the cytochrome P450 CYP2D locus. Nature 347, 773-776.

41. Gray G.S., Fitch W.M. (1983) Evolution of antibiotic resistance genes: the DNA sequence of a kanamycin resistance gene from Staphylococcus aureus. Mol. Biol. Evol. 1,57-66.

42. Gribskov M., McLachlan A.D., Eisenberg D. (1987) Profile analysis: detection of distantly related proteins.Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 84, 4355-4358.

43. Hadidi H., Zahlsen K., Idle J.R., Cholerton S. (1997) A single amino acid substitution (Leul60His) in cytochrome P450 CYP2A6 causes switching from 7-hydroxylation to 3-hydroxylation of coumarin. Food Chem. Toxicol. 35, 903-907.

44. Hayami M., Okabe A., Sasai K., Hayashi H., Kanemasa Y. (1979) Presence and synthesis of cholesterol in stable staphylococcal L-forms. J. Bacteriol. 140, 859-863.

45. Hayashi S., Watanabe J., Nakachi K., Kawajiri K. (1991) Genetic linkage of lung cancer-associated Mspl polymorphisms with amino acid replacement in the heme binding region of the human cytochrome P450IA1 gene. J.Biochem. (Tokyo) 110, 407-411.

46. Henikoff S., Henikoff J.G.(1993) Performance evaluation of amino acid substitution matrices .Proteins 17,49-61. Lipman D.J., Wilbur W.J.(1984) Interaction of silent and replacement changes in eukaryotic coding sequences.,/. Mol. Evol. 21,161-167.

47. Higgins D.G., Thompson J.D., Gibson T.J.(1996) Using CLUSTAL for multiple sequence alignments. Methods Enzymol. 266, 383-402.

48. Jounaidi Y., Hyrailles V., Gervot L., Maurel P. (1996) Detection of CYP3A5 allelic variant: a candidate for the polymorphic expression of the protein? Biochem. Biophys. Res. Commun. 221,466-470.

49. Karlin S., Altschul S.F. (1990) Methods for assessing the statistical significance of molecular sequencefeatures by using general scoring schemes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87,22642268.

50. Keller N.P., Kantz N.J., Adams Т.Н. (1994) Aspergillus nidulans verA is required for production of the mycotoxin sterigmatocystin. Appl. Environ. Microbiol. 60, 1444-1450.

51. Kidwell M.G. (1983) Evolution of hybrid dysgenesis determinants in Drosophila melanogaster.

52. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 80,1655-1659.

53. Kraus P.F., Kutchan T.M. (1995) Molecular cloning and heterologous expression of a cDNA encoding berbamunine synthase, a C-0 phenol-coupling cytochrome P450 from the higher plant Berberisstolonifera. Proc. Natl Acad. Sci. USA 92, 2071-2075.

54. Kumar S., Hedges S.B. (1998) A molecular timescale for vertebrate QVolution.Nature 392, 917920.

55. Pharmacogenetics 7, 193-202.

56. Murphy L.R., Wallqvist A., Levy R.M. (2000) Simplified amino acid alphabets for protein fold recognition and implications for folding. Protein Eng. 13, 149-152.

57. Nebert D.W., Nelson D.R., Feyereisen R. (1989) Evolution of the cytochrome P450 genesJCenobiotica 19,1149-1160.

58. Needleman S.B., Wunsch C.D. (1970) A general method applicable to the search for similarities in the amino acid sequence of two proteins. J. Mol. Biol. 48, 443-453.

59. Nelson D.R. (1998) Metazoan cytochrome P450 evolution. Сотр. Biochem. Physiol. C. Pharmacol. Toxicol. Endocrinol. 121,15-22.

60. Nelson D.R. (1999) Cytochrome P450 and the individuality of species. Arch. Biochem. Biophys. 369, 1-10.

61. Ohkuma M., Muraoka S., Tanimoto Т., Fujii M., Ohta A., Takagi M. (1995) CYP52 (cytochrome P450alk) multigene family in Candida maltosa: identification and characterization of eight members. DNA Cell. Biol. 14, 163-173.

62. Ohkuma M., Zimmer Т., Iida Т., Schunck W.H., Ohta A., Takagi M. (1998) Isozyme function of n-alkane-inducible cytochromes P450 in Candida maltosa revealed by sequential gene disruption. J.Biol.Chem. 273, 3948-3953.

63. Oliw E.H.(1994) Oxygenation of polyunsaturated fatty acids by cytochrome P450 monooxygenases.Prog. Lipid. Res. 33, 329-354.

64. Parks L.W., Casey W.M. (1995) Physiological implications of sterol biosynthesis in yeast.Annu. Rev. Microbiol. 49,95-116.

65. Pearson W.R., Robins G., Zhang T. (1999)Generalized neighbor-joining: more reliable phylogenetic tree reconstruction. Mol. Biol. Evol. 16,806-816.

66. Ramarao M., Kemper B. (1995) Substitution at residue 473 confers progesterone 21-hydroxylase activity to cytochrome P450 2C2. Mol. Pharmacol. 48, 417-424.

67. Rebbeck T.R., Jaffe J.M., Walker A.H., Wein A.J., Malkowicz S.B. (1998) Modification of clinical presentation of prostate tumors by a novel genetic variant in CYP3A4. J.Natl. Cancer Inst. 90, 1225-1229.

68. Rettie A.E., Wienkers L.C., Gonzalez F.J., Trager W.F., Korzekwa K.R. (1994) Impaired (S)-warfarin metabolism catalysed by the R144C allelic variant of CYP2C9. Pharmacogenetics 4, 39-42.

69. Saitou N., Nei M. (1987) The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol. Biol. Evol. 4,406-425.

70. Sanglard D., Loper J.C. (1989) Characterization of the alkane-inducible cytochrome P450 (P450alk) gene from the yeast Candida tropicalis: identification of a new P450 gene family. Gene 76, 121-136.

71. Schuler M.A. (1996) The role of cytochrome P450 monooxygenases in plant-insect interactions .Plant Physiol. 112, 1411-1419.

72. Smith T.F., Waterman M.S., Burks C. (1985) The statistical distribution of nucleic acid similarities. Nucleic Acids Res. 13, 645-656.

73. Smith H.O., Annau T.M. Chadrasegaran S. (1990) Finding seguence motifs in groups of functionally related proteins. Proc. Natl. Akad. Sci. 87, 826-830.

74. Snyder M.J. (1998) Identification of a new cytochrome P450 family, CYP45, from the lobster, Homarus americanus, and expression following hormone and xenobiotic exposures./4rc/z. Biochem. Biophys. 358,271-276.

75. Sullivan-Klose Т.Н., Ghanayem B.I., Bell D.A., Zhang Z.Y., Kaminsky L.S., Shenfield G.M.,Miners J.O., Birkett D.J., Goldstein J. A. (1996) The role of the CYP2C9-Leu359 allelic variant in the tolbutamide polymorphism. Pharmacogenetics 6, 341-349.

76. Sun G., Dilcher D.L., Zheng S., Zhou Z. (1998) In search of the first flower: A jurassic angiosperm, archaefructus, from northeast china. Science 282, 1692-1695.

77. Tatusov R.L., Koonin E.V., Lipman D.J. (1997) A genomic perspective on protein families. Science 278, 631-637.

78. Taylor W.R. (1990) Hierarchical method to align large numbers of biological sequences. Methods Enzymol. 183, 456-474.

79. Trapp S.C., Hohn T.M., McCormick S., Jarvis B.B. (1998) Characterization of the gene cluster for biosynthesis of macrocyclic trichothecenes in Myrothecium roridum. Mol Gen. Genet. 257, 421-432.

80. Vanden Bossche H., Koymans L. (1998) Cytochromes P450 in fungi. Mycoses 41, 32-38.

81. Waterman M.S., Vingron M. (1994) Rapid and accurate estimates of statistical significance for sequence data base searches. Proc. Natl Acad. Sci. US A. 91, 4625-4628.

82. Weete J.D., Gandhi S.R. (1997) Sterols of the phylum zygomycota: phylogenetic imphcations.Z/p/cZs 32, 1309-1316.

83. Yamano S., Tatsuno J., Gonzalez F.J. (1990) The CYP2A3 gene product catalyzes coumarin 7-hydroxylation in human liver microsomes. Biochemistry 29, 1322-1329.

84. Yu J., Chang P.K., Cary J.W., Wright M., Bhatnagar D., Cleveland Т.Е., Payne G.A., Linz J.E. (1995) Comparative mapping of aflatoxin pathway gene clusters in Aspergillus parasiticus and Aspergillus flavus. Appl. Environ. Microbiol. 61, 2365-2371.