بررسی تأثیر چندشکلی‌های گیرنده هورمون لپتین بر روی تمایل اتصال آن‌ها به هورمون لپتین در گاوشیری به روش داکینگ مولکولی

نوع مقاله : مقاله کامل

نویسندگان

1 گروه علوم دامی دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه اراک

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

چکیده

اتصال هورمون لپتین به گیرنده اختصاصی خود (LR) اولین گام مسیر تأثیرگذاری آن بر عملکردهای تولیدی و تولیدمثلی در گاوشیری است. لذا یکی از مسیرهای تنظیمی عملکرد لپتین الگوی اتصال آن به LR می‌باشد. هدف از انجام مطالعه حاضر مقایسه چندشکلی‌های مختلف گیرنده لپتین از نظر ساختار سوم پروتئین و تمایل برهمکنش آن‌ها با لپتین در گاو شیری بود. برای این منظور توالی‌های آمینواسیدی مختلف LR از بانک ژن گرفته شد. چندشکلی‌های مختلف LR با آنالیز هم‌ترازی شناسایی و ساختارهای سوم مربوط به آن‌ها با استفاده از نرم‌افزار Modeller پیش‌بینی گردید. ساختارهای پیش‌بینی شده با نرم افزار گرافیکی PyMol 2.5.1 مشاهده و با استفاده از نمودار راماچاندران و نرم‌افزارهای Provean و I-MUTANT  مورد ارزیابی قرار گرفتند. همچنین شاخص‌های مختلف فیزیکیوشیمیائی پروتئین‌های مدل شده مانند نقطه ایزوالکتریک، وزن مولکولی، تعداد دنباله‌های منفی و مثبت و مقدار GRAVY با استفاده از ابزار ProtParam در پایگاه Expasy محاسبه گردید. در ادامه میزان تمایل لپتین به هر کدام از چندشکلی‌های LR با استفاده از تکنیک داکینگ مولکولی و بر پایه دو شاخص موقعیت فضائی و انرژی اتصال مورد ارزیابی قرار گرفت. براساس نتایج بدست آمده تنها دو چندشکلی (LR1 و LR2) در میان توالی‌های مورد مطالعه شناسائی شد و در آنها آمینواسید آرژنین جایگزین سرین شده است. تفاوتی در شاخص‌های فیزیکوشیمیائی بین دو چندشکلی مشاهده نشد. ارزیابی‌های نمودار راماچاندران و I-MUTANT  نشان دادند جایگزین شدن سرین با آرژنین به میزان محدودی ثبات LR2 را تحت تأثیر قرار می‌دهد با این وجود به حسب نتایج Provean این تأثیرگذاری به حدی نمی‌باشد که ساختار و عملکرد آن را تحت تأثیر قرار دهد. نتایج داکینگ نشان داد میزان تمایل اتصال لپتین به LR1 در مقایسه با LR2  بیشتر می‌باشد و از دیدگاه تئوریک انتظار می‌رود LR1 عملکرد مناسب‌تری نسبت به LR2 در انتقال پیام لپتین داشته باشد. به طور کلی نتایج حاصل از این مطالعه می‌تواند نقش مؤثری در درک رابطه چندشکلی و فعالیت فیزیولوژیک داشته باشد.  

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Considering the effect of Leptin Receptor (LR) polymorphisms on their binding affinity to Leptin in dairy cow with docking method

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Layeghi 1
  • Mahdi Khodaei Motlagh 1
  • mohammad yahyaei 2
1 Arak Uni
2 Department of Animal Science, Faculty of Agriculture and Natural Resources, Arak University, Arak, 38156-8-8349, Iran.
چکیده [English]

Binding of leptin to its specific receptor (LR) is the first step in its effect on production and reproductive functions in dairy. Therefore, one of the main regulatory pathways of leptin function is its binding pattern to LR. The aim of this study was to compare the tertiary structure of different LR polymorphisms and their binding affinity to leptin in dairy cows. For this purpose, LR 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, Ramachandran plot, Provean and I-MUTANT softwars. 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 leptin to each of the LR polymorphism was evaluated using molecular docking technique based on binding energy and spatial position indices. Based on the results, only two polymorphisms (LR1 and LR2) were identified among the studied sequences in which serine has been replaced by arginine. There was no difference in structural and physicochemical parameters between two polymorphisms. Ramachandran and I-MUTANT diagram evaluations showed that serine replacement with arginine had a limited effect on LR2 stability. However, according to Provean results, this effect is not sufficient to affect its structure and performance. Docking results showed that the binding affinity of leptin to LR1 is higher compared to LR2 and from a theoretical point of view it is expected that LR1 will have a better performance than LR2 in transmitting leptin messages. In general, the results of this study can play an effective role in understanding the relationship between polymorphism and physiological activity.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Molecular Interaction
  • Leptin receptor polymorphisms
  • molecular docking
  • Protein tertiary structure

مراجع

1. Almeida, S. E., L. Santos, D. T. Passos, Â. O. Corbellini, B. M. Lopes, C. Kirst, G. Terra, J. P. Neves, P. B. Gonçalves and J. C. Moraes. 2008. Genetic polymorphisms at the leptin receptor gene in three beef cattle breeds. Genetics and Molecular Biology 31: 680-685.
2. Bava, K. A., M. M. Gromiha, H. Uedaira, K. Kitajima and A. Sarai. 2004. ProTherm, version 4.0: thermodynamic database for proteins and mutants. Nucleic acids research 32: D120-D121.
3. Buchanan, F. C., C. J. Fitzsimmons, A. G. Van Kessel, T. D. Thue, D. C. Winkelman-Sim and S. M. Schmutz. 2002. Association of a missense mutation in the bovine leptin gene with carcass fat content and leptin mRNA levels. Genetics selection evolution 34: 105-116.
4. Choi, Y. and A. P. Chan. 2015. PROVEAN web server: a tool to predict the functional effect of amino acid substitutions and indels. Bioinformatics 31: 2745-2747.
5. De Vries, S. J., A. S. Melquiond, P. L. Kastritis, E. Karaca, A. Bordogna, M. van Dijk, J. P. Rodrigues and A. M. Bonvin. 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., R. Boelens and A. M. Bonvin. 2003. HADDOCK: a protein− protein docking approach based on biochemical or biophysical information. Journal of the American Chemical Society 125: 1731-1737.
7. Eswar, N., B. Webb, M. A. Marti‐Renom, M. Madhusudhan, D. Eramian, M. y. Shen, U. Pieper and A. Sali. 2006. Comparative protein structure modeling using Modeller. Current protocols in bioinformatics 15: 5.6. 1-5.6. 30.
8. Gasteiger, E., C. Hoogland, A. Gattiker, M. R. Wilkins, R. D. Appel and A. Bairoch. 2005. Protein identification and analysis tools on the ExPASy server. The proteomics protocols handbook: 571-607.
9. Ginther, O., D. Bergfelt, M. Beg and K. Kot. 2001. Follicle selection in cattle: role of luteinizing hormone. Biology of reproduction 64: 197-205.
10. Hall, T. 1999. BioEdit: a user-friendly biological sequence alignment editor and analysis program for Windows 95/98/NT.  Nucleic Acids Symp Ser. p. 95-98.
11. Hamny, H., M. Jalaluddin, S. Aisyah, S. Wahyuni and A. a. Aulanni'am. 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: 630-634.
12. Hanrahan, J. P., S. M. Gregan, P. Mulsant, M. Mullen, G. H. Davis, R. Powell and S. M. Galloway. 2004. Mutations in the genes for oocyte-derived growth factors GDF9 and BMP15 are associated with both increased ovulation rate and sterility in Cambridge and Belclare sheep (Ovis aries). Biology of reproduction 70: 900-909.
13. Iserentant, H., F. Peelman, D. Defeau, J. Vandekerckhove, L. Zabeau and J. Tavernier. 2005. Mapping of the interface between leptin and the leptin receptor CRH2 domain. Journal of cell science 118: 2519-2527.
14. Komisarek, J. 2010. Impact of LEP and LEPR gene polymorphisms on functional traits in Polish Holstein-Friesian cattle. Animal Science Papers and Reports 10: 133-141.
15. Liefers, S., M. Te Pas, R. Veerkamp and T. Van Der Lende. 2002. Associations between leptin gene polymorphisms and production, live weight, energy balance, feed intake, and fertility in Holstein heifers. Journal of Dairy Science 85: 1633-1638.
16. Liu, M., J. Sun, Y. Sun, C. Bock and Q. Chen. 2009. Thickness-dependent mechanical properties of polydimethylsiloxa
ne membranes. Journal of micromechanics and microengineering 19: 035028.
17. Niv-Spector, L., N. Raver, M. Friedman-Einat, J. Grosclaude, E. Gussakovsky, O. Livnah and A. Gertler. 2005. Mapping leptin-interacting sites in recombinant leptin-binding domain (LBD) subcloned from chicken leptin receptor. Biochemical Journal 390: 475-484.
18. O'Boyle, N. M., M. Banck, C. A. James, C. Morley, T. Vandermeersch and G. R. Hutchison. 2011. Open Babel: An open chemical toolbox. Journal of cheminformatics 3: 1-14.
19. Prokop, J., R. Duff, H. Ball, D. Copeland and R. Londraville. 2012. Leptin and leptin receptor: analysis of a structure to function relationship in interaction and evolution from humans to fish. Peptides 38: 326-336.
20. Sun, L.-P., Q.-Z. Du, Y.-P. Song, J.-N. Yu, S.-J. Wang, L. Sang, L.-W. Song, Y.-M. Yue, Y.-Z. Lian and S.-L. Zhang. 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 39: 7117-7123.
21. Tartaglia, L. A., M. Dembski, X. Weng, N. Deng, J. Culpepper, R. Devos, G. J. Richards, L. A. Campfield, F. T. Clark and J. Deeds. 1995. Identification and expression cloning of a leptin receptor, OB-R. Cell 83: 1263-1271.
22. Van Zundert, G., J. Rodrigues, M. Trellet, C. Schmitz, P. Kastritis, E. Karaca, A. Melquiond, M. van Dijk, S. De Vries and A. Bonvin. 2016. The HADDOCK2. 2 web server: user-friendly integrative modeling of biomolecular complexes. Journal of molecular biology 428: 720-725.
23. Veerkamp, R., J. Oldenbroek, H. Van Der Gaast and J. Van Der Werf. 2000. Genetic correlation between days until start of luteal activity and milk yield, energy balance, and live weights. Journal of Dairy Science 83: 577-583.
24. Wohlres-Viana, S., E. Arashiro, T. Minare, C. Fernandes, J. Grazia, L. Siqueira, M. Machado and J. Viana. 2019. Differential expression of LHCGR and its isoforms is associated to the variability in superovulation responses of Gir cattle. Theriogenology 126: 68-74.
25. Zimin, A. V., A. L. Delcher, L. Florea, D. R. Kelley, M. C. Schatz, D. Puiu, F. Hanrahan, G. Pertea, C. P. Van Tassell and T. S. Sonstegard. 2009. A whole-genome assembly of the domestic cow, Bos taurus. Genome b

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 03 بهمن 1400
  • تاریخ بازنگری: 20 بهمن 1400
  • تاریخ پذیرش: 03 اسفند 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار