Prokaryotlarda ubiquitin benzeri proteinlerin biyoinformatik yöntemlerle belirlenmesi.
Identification of prokaryotic ubiquitin-like proteins by bioinformatic techniques.
Yazar: ENGİN ŞENOL
Danışman: DOÇ. DR. AZMİ YERLİKAYA
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Biyoloji = Biology ; Biyoteknoloji = Biotechnology ; Genetik = Genetics

Özet:
Bu çalışma, prokaryotik ubiquitin benzeri proteinlerin (Ubls)  araştırılması ve bulunan bu proteinlerin biyoinformatik yöntemlerle görevlerinin araştırılması amacıyla yapılmıştır. Şu ana kadar yapılmış olan araştırmalar, ökaryotlarda ubiquitin proteozom yolunun hemen hemen tüm hücresel olaylarda görev aldığını göstermiştir. Bunlar; abnormal (hatalı kodlanmış) ve normal proteinlerin yıkımı, kısa ve uzun ömürlü proteinlerin yıkımı, bağışıklık sisteminde, viral ve bakteriyel antijenlerin major histocompatibility kompleks class 1 tarafından (MHC) hücre yüzeyine sunumu, N-ucu kuralına göre substrat yıkımı, hücre döngüsü, endositozis, transkripsiyon, organel biyogenezi, spermatogenez gibi önemli metabolik olaylardır. Ubiquitin benzeri proteinlerin prokaryotlarda keşifi bakterilerin de translasyon sonrası protein etiketleme sistemine sahip olabileceği olasılığını ortaya koymaktadır. Bu çalışmada birçok biyoinformatik veritabanı (Biology Workbench 3.2, NCBI, ExPASy, PredictProtein) ve bu veritabanlarının bünyesinde bulunan (PubMed, BLAST, ClustalW, TMAP, Phyre2, Translate Tool, Compute PI/MW, GPMAW lite, HMMTOP, PHDhtm, PROFsec, Metastudent, LOCtree, DISULFIND) programları ve tespit ettiğimiz proteinin 3-D yapısının görüntülenmesini sağlayan Swiss-PdbViewer programından yararlanılmıştır. ClustalW analiz sonuçları Flavobacterium indicum bakterisinin "Protein of unknown function precusor" proteinin insan Ub proteinine oldukça yüksek oranda benzerlik gösteren bölgeler içerdiğini göstermiştir. Bu proteinin muhtemelen protein yıkımı için önemli bir motif içerdiği düşünülmektedir. Phyre 2 sonuçlarına göre Flavobacterium indicum bakterisinin "Protein of unknown function precusor" proteinin insan ubiquitin proteini ile alignmentı (karşılaştırılması) yapıldığında 20 ile 89. aminoasitleri arasındaki 5 adet beta yapısı ve 1 adet alfa heliks yapısından oluştuğu görülmüş. 32-37, 45-50, 86-89 bölgeleri insan ubiquitini proteinindeki gibi benzer korunmuş sekonder yapılar barındırmaktadır. 45-50 arasında kalan bölge insan ubiquitin proteindeki gibi iki adet lizin (lizin 27 ve lizin 29) içermektedir. İnsan ubiquitin proteinindeki lizin 29 lizozomal yıkım ve kinaz modifikasyonunda önemli bir lizin kalıntısıdır. Burada yapılan analizler sonucu tespit edilen ubiquitin benzeri proteinlerin Acidovorax citrulli, Ruminococcus albus ve Conexibacter woesei bakterilerindeki varlığının daha önceden veritabanlarında rapor edildiği görüldü. Fakat Propionibacterium acidipropionici bakterisinde ise henüz bu ubiquitin benzeri proteinlerin varlığına dair herhangi bir bilgiye veritabanlarında ulaşılamamıştır.

Anahtar Kelimeler: Biyoinformatik, Ökaryot, Prokaryot, Proteozom, Ubiquitin.

Abstract:
In this study, it was aimed to find the prokaryotic ubiquitin-like proteins (Ubls) and investigate the functions of these proteins by bioinformatics methods. Researches carried out until now indicated that the ubiquitin proteasome pathway is involved in almost all cellular processes. These are mainly: abnormal (incorrectly folded) proteins and the destruction of the normal proteins, short and long-lived protein degradation, the immune system, presentation of the viral and bacterial antigens by class 1 major histocompatibility complex (MHC), substrate degradation by the  N-end rule, cell cycle, endocytosis, transcription, organelle biogenesis, important metabolic processes  such as spermatogenesis. The discovery of the ubiquitin-like proteins in prokaryotes also suggests the possibility that bacteria may have post-translational protein labeling system. In this study, many bioinformatics databases (Biology Workbench 3.2, NCBI, ExPASy, PredictProtein) and the programes in these databases (PubMed, BLAST, ClustalW, Textshade, TMAP, Phyre2, Translate Tool, Compute PI/MW, GPMAW lite, HMMTOP, PHDhtm, PROFsec, Metastudent, LOCtree, DISULFIND) and Swiss-pdb Viewer for visualization of the 3-D structures of the protein identified were used. ClustalW analysis results showed that Flavobacterium indicum bacterium's "Protein of unknown function precusor" contains regions highly conserved with human Ub. This protein may possibly contain an important motif for protein degradation. According to the results of Phyre 2, Flavobacterium indicum bacterium's "Protein of unknown function precursor" protein, when aligned with human ubiquitin protein, is predicted to have 5 beta and 1 alpha helices between amino acids 20 and 89. The regions between 32-37, 45-50, 86-89 regions contains similarly conserved secondary structure with human ubiquitin protein. The region between 45-50 contains two lysine residues (lysine 27 and lysine 29) as that in human ubiquitin protein. It is known that lysine 29 in human ubiquitin protein is an important lysine residue involved in lysosomal degradation and kinase modification. It was found that the presence of ubiquitin-like proteins in Acidovorax citrulli, Ruminococcus albus and in Conexibacter woesei detected by the analysis carried out here were reported in databases previously. However, no information regarding the presence of ubiquitin-like proteins in Propionibacterium acidipropionici bacterium were yet found in databases.

Keywords: Bioinformatic, Prokaryot, Eukaryot, Proteasome, Ubiquitin.