Bazı böcek türlerinde fukoziltransferazların in silico yöntemlerle tanımlanması ve in vivo doğrulanması
In silico identification and in vivo validation of fucosyltransferase in some insect species
Yazar: SADİYE OYLUM
Danışman: DOÇ. DR. GAMZE TURGAY İZZETOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Zooloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Fukoziltransferazlar (FucT) tip II trans-membran golgi yerleşik proteinlerdir ve α-L-fukozun GDP-Fuk'tan N- ve O-bağlı glikanlara, serbest oligosakkaritlere, lipidlere veya doğrudan proteinlere transferini (fukozilasyon) katalize ederler. Fukozilasyonlar, selektin aracılı lökosit-endotelyal adezyon, lenfosit homing, ABO kan grubu histolojik uyumluluğu, notch reseptör sinyali, embriyo-fetal gelişimi ve konakçı-mikrop etkileşimleri dahil olmak üzere çeşitli biyolojik olaylarda yer alır.
FUT gen ailesi fukoziltransferaz proteinlerini kodlar. Memelilerde FUT 1-11, POFUT1 (Protein O-fukoziltransferaz 1) ve POFUT2 (Protein O-fukoziltransferaz 2) olmak üzere 13 fukoziltransferaz gen ailesi (FUT) tanımlanmıştır. Böceklerde ise çalışmalar daha az sayıda olup, FUT tipleri türlere göre karakterize edilmemiştir. Amacımız böceklerde bulunan FUT'ların, memelilerde bulunan FUT gen ailesinden hangileri ile ortak gen yapısına sahip olduğunu belirlemek ve transkriptom verileri bulunan böceklerde FUT'ların belirlenmesi ve karakterize edilmesidir. Ayrıca Bombyx mori larvalarında fukoziltransferaz gen ekspresyon seviyeleri Real-time PCR ile belirlenmiştir.
Genomları bilinen böceklerin, veri tabanlarından elde edilen transkriptomlarından (tüm mRNA dizileri) fukoziltransferaz motif dizileri veri tabanları (Clustal Omega, Prosite ve MEME-Suite/FIMO) aracılığıyla tespit edilerek böceklerdeki olası fukoziltransferazlar belirlenmiştir. Böceklerdeki fukoziltransferazlar, memelilerdeki 13 fukoziltransferaz dizileri ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra memelilerdeki fukoziltransferaz enzimlerinin üç boyutlu protein yapılarıyla karşılaştırılarak (Swiss-Model, AlphaFold ve pyMOL veri tabanları) aralarındaki benzerlikler ortaya çıkarılmıştır.
Böceklerdeki fukoziltransferazlarda bulunan motiflerde memelilerdekilerle benzerlikler elde edilmiştir. Motif ve üç boyutlu yapı karşılaştırma bölgelerine göre, Callosobruchus maculatus türünde 13 fukoziltransferazın tümü bulunurken, Galleria mellonella türünde FucT1 ve FucT9, Manduca sexta türünde FucT1, FucT4, FucT5, FucT8 ve FucT11, Myzus persicae türünde FucT2, FucT3, FucT5, FucT6, FucT7, FucT9, FucT10 ve FucT11, Bombyx mori türünde FucT1, FucT3, FucT5, FucT6 ve FucT9 motifleri karakterize edilmiştir. QPCR sonuçlarına bakıldığında ipek böceğinin (B. mori) farklı gün ve farklı dokularında α1,6 ve α1,3-fukoziltransferaz gen ekspresyon seviyeleri hepsinde farklılık göstermektedir. 
Bu bilgiler omurgasızlarda fukoziltransferazlar üzerine çalışmalara devam edilmesi için yol gösterici özellik taşımaktadır. Genomu belirlenen böceklerde çalışıldıkça fukoziltransferaz enzimi için yeni diziler ortaya çıkaracaktır. Böcekler ve memelilerdeki fukoziltransferaz motiflerinin benzerlikleri evrimsel açıdan ortolog genler olabileceğine işaret ederken, ayrıca bu konuda gelişimsel ve evrimsel yeni çalışmaların yapılacağının göstergesidir.

Abstract:
Fucosyltransferases (FucTs) are type II trans-membrane Golgi-resident proteins that catalyze the transfer (fucosylation) of α-L-fucose from GDP-Fuc onto N- and O-linked glycans, free oligosaccharides, or lipids or directly onto proteins. Fucosylations are involved in a variety of biological processes, including selectin-mediated leukocyte-endothelial adhesion, lymphocyte homing, ABO blood group histocompatibility, notch receptor signaling, embryo-fetal development, and host-microbe interactions (4).
The FUT gene family encodes fucosyltransferase proteins. In mammals, 13 fucosyltransferase gene families (FUT) have been identified, including FUT 1-11, POFUT1 (Protein O-fucosyltransferase 1) and POFUT2 (Protein O-fucosyltransferase 2). In insects, there are few studies on fucosyltransferase and FUT types are not characterized by species. The purpose of the article is to determine which FUTs found in insects have a common gene structure with the FUT gene family found in mammals, and to identify and characterize FUTs in insects with transcriptome data. In addition, fucosyltransferase gene expression levels in Bombyx mori larvae were determined by QPCR.
Fucosyltransferase motif sequences were determined from the transcriptomes (all mRNA sequences) obtained from the databases of insects with known genomes through databases (Clustal Omega, Prosite and MEME-Suite/FIMO), and possible fucosyltransferases in insects were determined. Fucosyltransferases in insects were compared with 13 fucosyltransferase sequences in mammals. Then, the similarities between the three-dimensional protein structures of the mammalian fucosyltransferase enzymes (Swiss-Model, AlphaFold and pyMOL databases) were revealed.
Similarities to those in mammals were obtained in motifs found in fucosyltransferases in insects. According to the patterns and three-dimensional structure comparison regions, all 13 fucosyltransferases were found in Callosobruchus maculatus, FucT1 and FucT9 in Galleria mellonella, FucT1, FucT4, FucT5, FucT8 and FucT11, FucT2, FucT6, FucT in Manduca sexta, in Myzus persicae. FucT9, FucT10 and FucT11, FucT1, FucT3, FucT5, FucT6 and FucT9 motifs have been characterized in Bombyx mori species. Considering the real-time PCR results, α1,6 and α1,3-fucosyltransferase gene expression levels differ in different tissues of silkworm (B. mori) on different days.
This information provides guidance for continuing studies on fucosyltransferases in invertebrates. New sequences for the fucosyltransferase enzyme will be revealed as the genome of determined insects is studied. While the similarities of fucosyltransferase motifs in insects and mammals indicate that they may be orthologous genes in terms of evolution, it is also an indication that new developmental and evolutionary studies will be conducted on this subject.