Bazı böcek türlerinde sialiltransferaz enzimlerinin in silico yöntemlerle tanımlanması ve in vivo doğrulanması
In silico identification and in vivo validation of sialyltransferase enzymes in some insect species
Yazar: CEREN ERSOY
Danışman: DOÇ. DR. GAMZE TURGAY İZZETOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Zooloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Biyoinformatik = Bioinformatics ; Böcekler = Insects ; Gerçek zamanlı polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) = Reverse transcription polimerase chain reaction ; Siyalik asitler = Sialic acids

Özet:
Sialiltransferazlar, CMP-N-asetilnöraminik asit (CMP-β-Neu5Ac) donörlerinden sialik asitleri, glikokonjugatların uçlarında yer alan galaktoz (Gal), N-asetilglukozamin (GlcNAc) ve N-asetilgalaktozamin (GalNAc) glikanlarına transfer eden enzimlerdir. Bu enzimler sialik asitleri glikokonjugatlara α2-3, α2-6 ve α2-8 glikozidik bağları ile bağlarlar. Glikozidik bağlarına göre sialiltransferazlar 4 gruba ayrılırlar: β-galaktozit α2,3-sialiltransferaz (ST3Gal I-VI), β-galaktozit α2,6-sialiltransferaz (ST6Gal I-II), N-asetilgalaktozamin α2,6- sialiltransferaz (ST6GalNAc I-VI), α2,8-sialiltransferaz (ST8Sia I-VI). Omurgalı genomunda 20 tane sialiltransferaz bilinmektedir. Omurgasızlarda ise çalışmalar azdır, bu sebeple genomları bilinen böceklerin genel kullanıma açık veri tabanlarından elde edilen transkriptomdan (tüm mRNA dizileri) sialiltransferaz motif dizileri [sialilmotif L (large), sialilmotif S (small), sialilmotif VS (very small) ve sialilmotif III] hesaplamalı yöntemler ile tespit edilerek böceklerdeki sialiltransferazlar belirlenmiştir. Memelilerdeki sialiltransferaz enzimlerinin üç boyutlu yapılarıyla karşılaştırılarak aralarındaki benzerliklerin ortaya çıkarılması amaçlanmıştır. Ayrıca sialik asitli yapraklarla beslenen Bombyx mori larvalarında sialiltransferaz ST6Gal I gen ekspresyon seviyeleri Real-time PCR ile belirlenmiştir.
Yapılan biyoinformatik araştırmalar sonucunda sadece Manduca sexta ve Galleria mellonella türlerinde bu motifler bulunabilmiştir. Yine de bunun olabilitesi gelecek çalışmalar ve evrimsel açıdan çok önemlidir. M. sexta'da omurgalılardaki ST6GalNAc I ve G. mellonella'da ise omurgalılardaki ST3Gal IV ile benzerlik gösterdiği görülmüştür. Real-time PCR sonuçlarına bakıldığında ipek böceğinin (B. mori) farklı gün ve farklı dokularında ST6Gal I gen ekspresyon seviyeleri hepsinde değişiktir. Sialik asit uygulaması yapılan dokular arasında ST6Gal I ekspresyon seviyesi en yüksek yağ dokusu de görülmüştür.
Bu bilgiler omurgasızlarda sialiltransferazlar üzerine çalışmalara devam edilmesi için yol gösterici özellik taşımaktadır. Genomu belirlenen böceklerde çalışıldıkça sialiltransferaz enzimi için yeni diziler ortaya çıkacaktır. Bu da evrimsel açıdan da bu konu üzerine yeni çalışmalar yapılmasının göstergesidir.

Abstract:
Sialyltransferases are enzymes that transfer sialic acids from CMP- N-acetylneuramic acid (CMP-β-Neu5Ac) to galatose (Gal), N-acetylglucosamine (N-GlcNAc), N-acetylgalactosamine (N-GalNAc) glycans located at the ends of glycoconjugates. These enzymes transfer sialic acids to glycoconjugates via α2-3, α2-6, and α2-8 glycosidic links. Sialyltransferases divided 4 groups by glycosidic links: β-galactoside α2,3-sialyltransferase (ST3Gal I-VI), β-galactoside α2,6-sialyltransferase (ST6Gal I-II), N-acetylgalactosamine α2,6- sialyltransferase (ST6GalNAc I-VI), α2,8-sialyltransferase (ST8Sia I-VI). 20 sialyltransferases are known in the vertebrate genome. Studies in invertebrates are scarce, so sialyltransferase motif sequences (sialylmotif L (large), sialylmotif S (small), sialylmotif VS (very small) and sialylmotif III) in transcriptome (all mRNA sequences), obtained from genome databases of insects, will be determined by computational methods and sialyltransferases in insects defined. It is aimed to reveal the similarities between the three-dimensional structures of sialyltransferase enzymes in mammals. In addition, Bombyx mori ST6Gal I sialyltransferase gene expression determined with Real-time PCR by feeding with sialic acid leaves.
As a result of the bioinformatics studies, these motifs were found only in Manduca sexta and Galleria mellonella species. The possibility of this is very important for future studies and evolution.  The sequence found in M. sexta was similar to ST6GalNAc I in vertebrates. The sequence found in G. mellonella was similar to ST3Gal IV in vertebrates. Looking at the Real-time PCR results, ST6Gal I gene expression levels are different in different tissues and in different stages of silkworm (B. mori). Among the tissues treated with sialic acid, the highest expression level of ST6Gal I was observed in fat body.
This information is a sign for further studies on sialyltransferases in invertebrates. As the genome determined insects were studied, new sequences for the sialyltransferase enzyme will appear. This shows, there should be future studies about evolutionary point of sialyltransferases.