مطالعه‌ی کامپیوتری ساختار دمین FK در پروتئین شبه فولیستاتین 1

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترای بیوشیمی، گروه زیست شناسی سلولی مولکولی و میکروبیولوژی، دانشکده علوم و فناوریهای زیستی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

2 2دانشیار در گروه زیست شناسی سلولی مولکولی و میکروبیولوژی، دانشکده علوم و فناوریهای زیستی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

3 دانشیار در مرکز تحقیقات غدد، انیستیتو غدد درون ریز و متابولیسم، دانشگاه علوم پزشکی ایران، تهران، ایران4 دانشیار در مرکز تحقیقات ریز فناوری زیستی، پژوهشکده ابن سینا، ACECR، تهران، ایران

4 5دانشیار در گروه زیست شناسی سلولی مولکولی و میکروبیولوژی، دانشکده علومو فناوریهای زیستی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده
هدف: پروتئین شبه فولیستاتین 1 (FSTL1) نقش مهمی در تنظیم بقای سلول، تکثیر، تمایز، مهاجرت و تعدیل سیستم ایمنی بدن برعهده دارد. دمین FK این پروتئین دارای 10 باقیمانده سیستئین محافظت شده می‌باشد که 5 پیوند دی سولفیدی تشکیل می‌دهند. با وجود مطالعات گسترده در مورد عملکرد FSTL1، اطلاعات ساختاری محدودی از این مولکول مهم زیستی در دسترس می‌باشد. به نظر می‌رسد افزایش دانش ما در این زمینه باعث بهبود کاربردهای زیست فناوری این پروتئین مهم با ارزش بالینی شود.

مواد و روش‌ها: با استفاده از سرور SWISS-MODEL و با استفاده از ساختار کریستالی دمین FK پروتئین FSTL1 موش با کد (PDB: 6jzw) به عنوان الگو، مدل های ساختاری دمین FK پروتئین FSTL1 انسانی تهیه شد. در مرحله بعد ساختارهای حاصل با استفاده از نرم افزار Swiss-PDB Viewer 4.10، Chimera1.12، نمودار راماچاندارن و سرور PDBSUM، از نظر فاصله دو باقی‌مانده سیستئین، محدوده خطای مدل‌سازی و تشکیل باندهای دی‌سولفیدی بررسی شدند. سپس شبیه سازی دینامیک مولکولی با استفاده از بسته نرم افزاری AMBER و با میدان نیروی ff14SB انجام شد.

نتایج: نتایج نشان داد که دمین FK فاقد پیوند دی سولفیدی دارای ریشه میانگین مجذور انحراف‌ها (RMSD) و ریشه میانگین مجذور نوسانات (RMSF) ، بالاتری از دمین FK طبیعی است. علاوه براین، شعاع ژیراسیون در دمین فاقد پیوند دی سولفیدی، بطور قابل توجهی کمتر از دمین FK طبیعی است. نتایج حاصل بیان می‌کند که پیوندهای دی‌سولفیدی دمین FK در پایداری تاخوردگی ساختاری پروتئین نقش دارد و حذف این پیوندها باعث افزایش انعطاف‌پذیری ساختاری این دمین می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


1. Hambrock, H. (2004). O, Kaufmann B, Müller S, Hanisch F, G, Nose K, Paulsson M, Maurer P, Hartmann U. Structural characterization of TSC-36/Flik: analysis of two charge isoforms. J Biol Chem, 279, 11727-11735.
2. Li, X., Li, L., Chang, Y., Ning, W., & Liu, X. (2019). Structural and functional study of FK domain of Fstl1. Protein Science, 28(10), 1819-1829.‌
3. Johnston, I. M., Spence, H. J., Winnie, J. N., McGarry, L., Vass, J. K., Meagher, L., & Ozanne, B. W. (2000). Regulation of a multigenic invasion programme by the transcription factor, AP-1: re-expression of a down-regulated gene, TSC-36, inhibits invasion. Oncogene, 19(47), 5348-5358.‌ https://doi.org/10.1038/sj.onc.1203927.
4. Kawabata, D., Tanaka, M., Fujii, T., Umehara, H., Fujita, Y., Yoshifuji, H., ... & Ozaki, S. (2004). Ameliorative effects of follistatin‐related protein/TSC‐36/FSTL1 on joint inflammation in a mouse model of arthritis. Arthritis & Rheumatism: Official Journal of the American College of Rheumatology, 50(2), 660-668.‌
5. Niekraszewicz, B., & Niekraszewicz, A. (2009). The structure of alginate, chitin and chitosan fibres. In Handbook of textile fibre structure. Woodhead Publishing, 230, 266-304.
6. Miyabe, M., Ohashi, K., Shibata, R., Uemura, Y., Ogura, Y., Yuasa, D., ... & Ouchi, N. (2014). Muscle-derived follistatin-like 1 functions to reduce neointimal formation after vascular injury. Cardiovascular research, 103(1), 111-120.‌
7. Jafari, S. S., Jafarian, V., Khalifeh, K., Ghanavatian, P., & Shirdel, S. A. (2016). The effect of charge alteration and flexibility on the function and structural stability of sweet-tasting brazzein. RSC advances, 6(64), 59834-59841.‌
8. Ni, X., Cao, X., Wu, Y., & Wu, J. (2018). FSTL1 suppresses tumor cell proliferation, invasion and survival in non-small cell lung cancer. Oncology Reports, 39(1), 13-20.‌
9. Mattiotti, A., Prakash, S., Barnett, P., & van den Hoff, M. J. (2018). Follistatin-like 1 in development and human diseases. Cellular and Molecular Life Sciences, 75(13), 2339-2354.‌
10. Chaly, Y., Blair, H. C., Smith, S. M., Bushnell, D. S., Marinov, A. D., Campfield, B. T., & Hirsch, R. (2015). Follistatin-like protein 1 regulates chondrocyte proliferation and chondrogenic differentiation of mesenchymal stem cells. Annals of the rheumatic diseases, 74(7), 1467-1473.
11. Pettersen, E. F., Goddard, T. D., Huang, C. C., Couch, G. S., Greenblatt, D. M., Meng, E. C., & Ferrin, T. E. (2004). UCSF Chimera—a visualization system for exploratory research and analysis. Journal of computational chemistry, 25(13), 1605-1612.‌
12. Ouchi, N., Oshima, Y., Ohashi, K., Higuchi, A., Ikegami, C., Izumiya, Y., & Walsh, K. (2008). Follistatin-like 1, a secreted muscle protein, promotes endothelial cell function and revascularization in ischemic tissue through a nitric-oxide synthase-dependent mechanism. Journal of Biological Chemistry, 283(47), 32802-32811.
13. Ogura, Y., Ouchi, N., Ohashi, K., Shibata, R., Kataoka, Y., Kambara, T., ... & Murohara, T. (2012). Therapeutic impact of follistatin-like 1 on myocardial ischemic injury in preclinical models. Circulation, 126(14), 1728-1738.‌
14. Sumitomo, K., Kurisaki, A., Yamakawa, N., Tsuchida, K., Shimizu, E., Sone, S., & Sugino, H. (2000). Expression of a TGF-β1 inducible gene, TSC-36, causes growth inhibition in human lung cancer cell lines. Cancer letters, 155(1), 37-46.‌
15. Trombetta-eSilva, J., & Bradshaw, A. D. (2012). Suppl 1: the function of SPARC as a mediator of fibrosis. The open rheumatology journal, 6, 146.
16. Sundaram, G. M., Common, J. E., Gopal, F. E., Srikanta, S., Lakshman, K., Lunny, D. P.,& Sampath, P. (2013). ‘See-saw’expression of microRNA-198 and FSTL1 from a single transcript in wound healing. Nature, 495(7439), 103-106.‌
17. Sylva, M., Moorman, A. F. M., & Van den Hoff, M. J. B. (2013). Follistatin‐like 1 in vertebrate development. Birth Defects Research Part C: Embryo Today: Reviews, 99(1), 61-69.
18. Shi, D. L., Shi, G. R., Xie, J., Du, X. Z., & Yang, H. (2016). MicroRNA-27a inhibits cell migration and invasion of fibroblast-like synoviocytes by targeting follistatin-like protein 1 in rheumatoid arthritis. Molecules and cells, 39(8), 611.
19. Xi, Y., Gong, D. W., & Tian, Z. (2016). FSTL1 as a potential mediator of exercise-induced cardioprotection in post-myocardial infarction rats. Scientific reports, 6(1), 1-11.
20. Xu, C., Jiang, T., Ni, S., Chen, C., Li, C., Zhuang, C., & Wang, Y. (2020). FSTL1 promotes nitric oxide-induced chondrocyte apoptosis via activating the SAPK/JNK/caspase3 signaling pathway. Gene, 732, 144339.‌
21. Chaly, Y., Marinov, A. D., Oxburgh, L., Bushnell, D. S., & Hirsch, R. (2012). FSTL1 promotes arthritis in mice by enhancing inflammatory cytokine/chemokine expression. Arthritis & Rheumatism, 64(4), 1082-1088.
22. Wu, J., Dong, Y., Teng, X., Cheng, M., Shen, Z., & Chen, W. (2015). Follistatin-like 1 attenuates differentiation and survival of erythroid cells through Smad2/3 signaling. Biochemical and Biophysical Research Communications, 466(4), 711-716.‌
23. Farzannia, A., Roghanian, R., Zarkesh-Esfahani, S. H., Nazari, M., & Emamzadeh, R. (2015). FcUni-RLuc: an engineered Renilla luciferase with Fc binding ability and light emission activity. Analyst, 140(5), 1438-1441.
24. Miyamae, T., Marinov, A. D., Sowders, D., Wilson, D. C., Devlin, J., Boudreau, R., ... & Hirsch, R. (2006). Follistatin-like protein-1 is a novel proinflammatory molecule. The Journal of Immunology, 177(7), 4758-4762.‌
25. Case, D. A., Cheatham, T. E., Darden, T., Gohlke, H., Luo Jr, R., KMM, O. A., Simmerling, C., Wang, B., and Woods, RJ (2005). The Amber biomolecular simulation programs. J. Comput. Chem, 26, 1668-1688.‌
26. Greenfield, N. J., & Pietruszko, R. (1977). Two aldehyde dehydrogenases from human liver. Isolation via affinity chromatography and characterization of the isozymes. Biochimica Biophysica Acta (BBA)-Enzymology, 483(1), 35-45.‌
27. Chan, Q. K., Ngan, H. Y., Ip, P. P., Liu, V. W., Xue, W. C., & Cheung, A. N. (2009). Tumor suppressor effect of follistatin-like 1 in ovarian and endometrial carcinogenesis—a differential expression and functional analysis. Carcinogenesis, 30(1), 114-121.
28. Emamzadeh, R., Nazari, M., & Najafzadeh, S. (2014). Adherent state apoptosis assay (ASA): a fast and reliable method to detect apoptosis in adherent cells. Analytical Methods, 6(12), 4199-4204.‌
29. Fang, Y., Zhang, S., Li, X., Jiang, F., Ye, Q., & Ning, W. (2017). Follistatin like-1 aggravates silica-induced mouse lung injury. Scientific Reports, 7(1), 1-12.‌
30. Ding, F., & Peng, W. (2019). Probing the local conformational flexibility in receptor recognition: mechanistic insight from an atomic-scale investigation. RSC advances, 9(25), 13968-13980.‌
31. Chidambaram, S., Ali, D., Alarifi, S., Gurusamy, R., Radhakrishnan, S., & Akbar, I. (2021). Tyrosinase-mediated synthesis of larvicidal active 1, 5-diphenyl pent-4-en-1-one derivatives against Culex quinquefasciatus and investigation of their ichthyotoxicity. Scientific reports, 11(1), 1-18.‌
32. Alteköester, A. K., & Harvey, R. P. (2015). Bioengineered FSTL1 patches restore cardiac function following myocardial infarction. Trends in Molecular Medicine, 21(12), 731-733.
33. Mukherjee, J., & Gupta, M. N. (2015). Increasing importance of protein flexibility in designing biocatalytic processes. Biotechnology Reports, 6, 119-123. ‌
34. Nazari, M., Zarnani, A. H., Ghods, R., Emamzadeh, R., Najafzadeh, S., Minai-Tehrani, A., ... & Nejadmoghaddam, M. R. (2017). Optimized protocol for soluble prokaryotic expression, purification and structural analysis of human placenta specific-1 (PLAC1). Protein Expression and Purification, 133, 139-151.‌
35. Jafari, S.S., Emamzadeh, R., Nazari, M., S. Jafari., M.R., & Ganjalikhany. (2023). Investigation of 36-32 disulfide bond in structural changes and flexibility of FK domain of FSTL1 protein: An in silico study. Cellular and Molecular Research (Iranian Journal of Biology).‌