Дипломная работа на тему "ТЮМГУ | Разработка схемы выделения глицил-трнк-синтетазы архей halobacterium salinarum и sulfolobus solfataricus"

Работа на тему: Разработка схемы выделения глицил-трнк-синтетазы архей halobacterium salinarum и sulfolobus solfataricus
Оценка: хорошо.
Оригинальность работы на момент публикации 50+% на антиплагиат.ру.
Ниже прилагаю все данные для покупки.
https://studentu24.ru/list/suppliers/Anastasiya1---1326

Описание работы

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ
Кафедра анатомии и физиологии человека и животных

РЕКОМЕНДОВАНО К ЗАЩИТЕ В ГЭК
Заведующий кафедрой к.б.н., профессор

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
бакалаврская работа
РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ГЛИЦИЛ-ТРНК-СИНТЕТАЗЫ АРХЕЙ
HALOBACTERIUM SALINARUM И SULFOLOBUS SOLFATARICUS

06.04.01 Биология

Тюмень 2022

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6
1.1. АМИНОАЦИЛ-ТРНК СИНТЕТАЗЫ 6
1.2. АМИНОАЦИЛ-ТРНК СИНТЕТАЗЫ КЛАССА I: СТРУКТУРА И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СУБСТРАТАМИ 12
1.3. АМИНОАЦИЛ-ТРНК СИНТЕТАЗЫ КЛАССА II: СТРУКТУРА И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С СУБСТРАТАМИ 15
1.4. ГЛИЦИЛ-ТРНК СИНТЕТАЗА 18
1.5. ГЛИЦИЛ-ТРНК СИНТЕТАЗА ЧЕЛОВЕКА 19
1.6. ГЛИЦИЛ-ТРНК СИНТЕТАЗА АРХЕИ NANOARCHAEUM EQUITANS 22
1.7. ЭТАПЫ И МЕТОДЫ ВЫДЕЛЕНИЯ И ОЧИСТКИ БЕЛКА 26
1.8. ВИРУСНЫЕ IRES I ТИПА: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ 28
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 31
2.1. МАТЕРИАЛЫ 31
2.2. МЕТОДЫ 33
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 40
ВЫВОДЫ 41
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 42

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ABD - антикодон-связывающий домен CP – соединительный пептид
CP- домен - редактирующий домен, встречающийся в ааRS II типа GlyRS- глицил-тРНК синтетаза
IRES - внутренний сайт посадки рибосомы ITAF- IRES транс-действующий фактор
Whep-TRS - домен, встречающийся в ааRS II типа ааRS- аминоацил- тРНК синтетазы
ИПТГ - изопропил-?-D-1-тиогалактопиранозид

ВВЕДЕНИЕ
Аминоацил-тРНК синтетазы (ааRS) — ферменты, играющие значимую роль в процессе биосинтеза белка. Их канонической функцией является создание специфического комплекса тРНК и родственной ей аминокислоты. Для глицил- тРНК синтетазы (GlyRS) эукариот было показано наличие дополнительной функции — инициации трансляции вирусных белков по кэп-независимому механизму [Glycyl-tRNA synthetase…, p. 5602-5614].
На данный момент известно, что глицил-тРНК синтетаза способна связываться с сайтом внутренней посадки рибосом первого типа (IRES I) энтеровирусов, полиовируса и некоторых других родственных групп вирусов. По современной гипотезе это взаимодействие обусловлено структурной схожестью антикодона глициновой тРНК и IRES I. Однако точный механизм и конформация контактирующих структур остаются неизвестными. Выяснение деталей этого специфического взаимодействия глицил-тPНК cинтетазы с IRES энтеpовиpуcов позволит в будущем заблокировать инициацию трансляции вирусных белков и может быть использовано в качестве мишени при борьбе с соответствующими заболеваниями [Опpеделение минимального фpагмента…, с. 277-285].
Ранее в нашей лаборатории велись работы по выделению глицил-тРНК синтетазы человека (hGlyRS) в препаративных количествах, однако количество выделяемого белка было низким. Белок нарабатывался почти полностью в нерастворимой форме, и его не удавалось выделить в препаративных количествах. Такое поведение белка может быть обусловлено агрегацией и неправильным фолдингом при гетерологичной экспресии в бактериальной системе. Очистка белка также была затруднена и имела большое количество этапов с потерями на каждом из них.
В 2019 году была решена первая архейная структура GlyRS Nanoarchaeum equitans командой из Японии [Glycyl-tRNA synthetase from..., p. 228-233]. Структурный анализ показал высокую гомологию между человеческой и
архейной GlyRS, что позволяет предположить способность архейной связывать IRES I по схожему механизму. Однако до сих пор не показано, способна ли она к связыванию и регуляции инициации трансляции у энтеровирусов.
Данная работа посвящена наработке и выделению глицил-тРНК синтетаз из архейных организмов для последующего связывания с IRES I и решения структуры полученных комплексов.
Для проверки мы выбрали два представителя домена Archaea из группы галофилов: Halobacterium salinarum и Sulfolobus solfataricus. Их глицил-тРНК синтетазы достаточно высокое сходство с hGlyRS на уровне первичной последовательности, при этом обладая большей термостабильностью.
Таким образом, цель работы заключается в получении глицил-тРНК синтетаз Halobacterium salinarum и Sulfolobus solfataricus с чистотой, пригодной для кристаллизации и в нативной конформации.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Создание конструкции экспрессионных векторов, содержащих гены глицил-тРНК синтетазы Halobacterium salinarum и Sulfolobus solfataricus.
2. Разработка схем выделения и очистки глицил-тРНК синтетаз
Halobacterium salinarum и Sulfolobus solfataricus.
3. Наработка глицил-тРНК синтетазы архей в препаративных количествах и с чистотой, пригодной для кристаллизации.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. A genomic glimpse of aminoacyl-tRNA synthetases in malaria parasite Plasmodium falciparum / Bhatt T.K., Kapil C., Khan S. [et al] // BMC genomics. 2009. №10. P. 644
2. A new UAG-encoded residue in the structure of a methanogen methyltransferase
/ Hao B., Gong W., Ferguson T. K. [et al] // Science (New York, N.Y.). 2002.
№296(5572). P. 1462-1466.
3. Aminoacyl-tRNA synthetases: Structure, function, and drug discovery / Vijayakumar R, Parismita K., Harish S. [et al] // International Journal of Biological Macromolecules. 2018. №111. P. 400-414
4. Banik SD, Nandi N. Mechanism of the activation step of the aminoacylation reaction: a significant difference between class I and class II synthetases // Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 2012. Vol. 30, №6. P. 701- 715.
5. Brick P. Bhat T.N., Blow D.M. Structure of tyrosyl-tRNA synthetase refined at
2.3 A resolution: Interaction of the enzyme with the tyrosyl adenylate intermediate // Journal of Molecular Biology. 1989. №208. P. 83-98.
6. Brown M.V., Reader J.S., Tzima E. Mammalian aminoacyl-tRNA известноsynthetases: cell signaling functions of the protein translation machinery // Vascular pharmacology. 2010. №52. P. 21-26
7. Burbaum J.J., Schimmel P. Structural relationships and the classification of aminoacyl-tRNA synthetases // The Journal of biological chemistry. 1991. Vol. 266. P. 16965-16968.
8. Burbaum J.J., Schimmel P. Structural Relationships and the Classification of Aminoacyl-tRNA Synthetases / The Journal of biological chemistry. 1991.
№266(26). P.16965-16968.
9. Carter C.W. Jr, Wills P.R. Interdependence, Reflexivity, Fidelity, Impedance Matching, and the Evolution of Genetic Coding // Molecular biology and evolution. 2018. №35(2). P. 269-286.
10. Class II aminoacyl transfer RNA synthetases: crystal structure of yeast aspartyl- tRNA synthetase complexed with tRNA(Asp) / Ruff M., Krishnaswamy S., Boeglin M. [et al] // Science. 1991. №252. P. 1682-1689.
11. Cocrystal structures of glycyl-tRNA synthetase in complex with tRNA suggest multiple conformational states in glycylation / Qin X, Hao Z, Tian Q, Zhang Z, [et al] // Journal of Biological Chemistry. 2014. Vol. 289, №29. P. 20359-20369.
12. CP1 Domain in Escherichia coli Leucyl-tRNA Synthetase Is Crucial for Its Editing Function / Jian-Feng Chen, Ni-Ni Guo, Tong Li [et al] // Biochemistry. 2009. №22. P. 6726-6731.
13. Crystal Structure of the Wild-Type Human GlyRS Bound with tRNAGly in a Productive Conformation / Xiangjing Qin, Xiangyu Deng, Lei Chen, Wei Xie // The Journal of biological chemistry. 2016. Vol. 428, №11. P. 3603-3614
14. Cusack S. Aminoacyl-tRNA synthetases //. Current Opinion in Structural Biology. 1991. №7. P. 881-889.
15. Evolution of aminoacyl-tRNA synthetases--analysis of unique domain architectures and phylogenetic trees reveals a complex history of horizontal gene transfer events / Wolf Y.I., Aravind L., Grishin N.V., Koonin E.V. // Genome Research. 1999. Vol. 9, №8. P. 689-710.
16. Freist W., Logan D.T., Gauss D.H. Glycyl-tRNA synthetase // Biological Chemistry Hoppe-Seyler. 1996. Vol. 377, № 6. P. 343-356.
17. Functional convergence of two lysyl-tRNA synthetases with unrelated topologies / Terada, T., Nureki, O., Ishitani, R. [et al] // Nat Struct Mol Biol. 2002. №9. P. 257-262.
18. Glycyl-tRNA Synthetase as a Potential Universal Regulator of Translation Initiation at IRES-I / Nikonova E.Yu., Mihaylina A.O., Nemchinova M.S. [et al]
// Molecular Cell Biology. 2018. Vol. 52, № 1. P. 7-14
19. Glycyl-tRNA synthetase from Nanoarchaeum equitans: The first crystal structure of archaeal GlyRS and analysis of its tRNA glycylation / Fujisawa A., Toki R., Miyake H. [et al] // Biochemical and biophysical research communications. 2019. №511(2). P. 228-233
20. Glycyl-tRNA synthetase specifically binds to the poliovirus IRES to activate translation initiation / Andreev D.E., Hirnet J., Terenin I.M. [et al] // Nucleic Acids Research. 2012. Vol. 40, №12. P. 5602-5614.
21. Guo M., Schimmel P., Yang, X.L. Functional expansion of human tRNA synthetases achieved by structural inventions // FEBS letters. 2010. №584. P. 434-442.
22. Guo M., Yang X.L., Schimmel P. New functions of aminoacyl-tRNA synthetases beyond translation, Nature reviews // Molecular cell biology. 2010.
№11. P. 668-674
23. Insights into Structural and Mechanistic Features of Viral IRES Elements / Martinez-Salas E, Francisco-Velilla R, Fernandez-Chamorro J, Embarek A.M.
// Frontiers in Microbiology. 2018. №8. P. 2629.
24. Introducing clinical nanoarchaeaology: Isolation by co-culture of Nanopusillus massiliensis sp. nov / Y. Hassani, J. Saad, E. Terrer [et al] (2022). // Current Research in Microbial Sciences. 2022. №3. P. 100100
25. Kwon N.H., Fox P.L., Kim S. Aminoacyl-tRNA synthetases as therapeutic targets // Nat Rev Drug Discovery. 2019. №18. P. 629–650.
26. Large Conformational Changes of Insertion 3 in Human Glycyl-tRNA Synthetase (hGlyRS) during Catalysis / Deng X, Qin X, Chen L, [et al] // Journal of Biological Chemistry. 2016, Vol. 291, № 11. P. 5740-5752.
27. Mailliot J, Martin F. Viral internal ribosomal entry sites: four classes for one goal // Wiley Interdisciplinary Reviews-RNA 9. 2018. № 2. P. 1-34.
28. Moras D. Structural and functional relationships between aminoacyl-tRNA synthetases. Trends in Biochemical Sciences. 1992. №17. P. 159-164.
29. O'Donoghue P., Lutie-Schulten Z. On the evolution of the structure of aminoacyl-tRNA synthetases // Reviews of Microbiology and Molecular Biology: MMBR. 2003. №67(4). P. 550-573.
30. Partition of tRNA synthetases into two classes based on mutually exclusive sets of sequence motifs / Eriani G., Delarue M., Poch O., Gangloff J. [et al] // Nature. 1990. №347(6289). P. 203-206.
31. Perona J.J., Gruic-Sovulj I. Synthetic and editing mechanisms of aminoacyl- tRNA synthetases // Top Curr Chem. 2014. №344. P.1-41.
32. Rubio Gomez MA, Ibba M. Aminoacyl-tRNA synthetases // RNA. 2020.
№26(8). P. 910-936.
33. Schmidt E, Schimmel P. Mutational isolation of a sieve for editing in a transfer RNA synthetase // Science. 1994. №264(5156). P. 265-267.
34. Secreted human glycyl-tRNA synthetase implicated in defense against ERK- activated tumorigenesis / Park M.C., Kang T., Jin D., Han J.M. [et al] // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2012. Vol 109, №11. P. E640-647.
35. Sprinzl M., Cramer F. Site of aminoacylation of tRNAs from Escherichia coli with respect to the 2'- or 3'-hydroxyl group of the terminal adenosine // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1975. №72(8). P. 3049-3053.
36. Structural Insights into the Polyphyletic Origins of Glycyl tRNA Synthetases / Valencia-Sanchez M.I., Rodriguez-Hernandez A., Ferreira R. [et al] // The Journal of biological chemistry. 2016. №291. P. 14430–14446.
37. Structural similarities in glutaminyl- and methionyl-tRNA synthetases suggest a common overall orientation of tRNA binding / Perona J.J., Rould M.A., Steitz T.A., Risler J.L. [et al] // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 1991. №88. P. 2903-2907.
38. Structure of E. coli glutaminyl-tRNA synthetase complexed with tRNAGln and ATP at 2.8 A resolution / Rould MA, Perona JJ, Soll D, Steitz TA. // Science. 1989. №246. P. 1135–1142
39. Tang S., Huang J. Evolution of different oligomeric glycyl-tRNA synthetases // FEBS Letters. 2005.Vol. 6, №579. P. 1441-1445.
40. The complex evolutionary history of aminoacyl-tRNA synthetases / Chaliotis A, Vlastaridis P, Mossialos D., [et al] // Nucleic Acids Research. 2017. Vol. 45, № 3. P. 1059-1068.
41. The structural basis of the genetic code: amino acid recognition by aminoacyl- tRNA synthetases / Kaiser F., Krautwurst S., Salentin S. [et al] // Sci Rep. 2020.
№10. P. 12647.
42. Transfer RNA-mediated editing in threonyl-tRNA synthetase. The class II solution to the double discrimination problem / Dock-Bregeon A., Sankaranarayanan R., Romby P. [et al] // Cell. 2000. №103. P. 877-884.
43. Vijayakumar R., Tripathi T. Soluble expression and purification of a full-length asparaginyl tRNA synthetase from Fasciola gigantica // Protein Expression and Purification. 2018. №143. P. 9-13.
44. Опpеделение минимального фpагмента полиовиpуcного IRES-элемента, необxодимого для обpазования cпецифичеcкого комплекcа c человечеcкой глицил-тРНК cинтетазой / Никонова Е.Ю., Миxайлина А.О., Леконцева Н.В. [и др.] // Молекулярная биофизика. 2016. Т.61, №2. С. 277-285.
45. Поиск предполагаемых участков связывания глицил-тРНК синтетазы на IRES- элементах пикорнавирусов / Никонов О.С., Никонова Е.Ю., Михайлина А.О. [и др.] // Актуальные вопросы биологической физики и химии. 2016. №1-1. С. 258-262.
46. Хайруллин Р.Ф., Киямова Р.Г., Ризванов А.А. Экспрессия рекомбинантных белков в E.coli: учеб. пособие. Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2018. 142 с.