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.
 


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах