Сергеева

Группа под руководством
д.х.н. Сергеевой Марины Глебовны
Отдел биокинетики
Института физико-химической биологии им. А.Н.Белозерского
Задача для курсовой работы
(биоинформатика, 2 курс)
Циклооксигеназа Entamoeba histolytica: гомолог COX человека или
родственник цитоскелетных белков? Возможные эволюционные
сценарии
Каскад арахидоновой кислоты – сигнальная система в организме позвоночных,
осуществляющая на паракринном уровне регуляцию иммунного и воспалительного
ответов, болевых реакций, сокращение гладкомышечной ткани (кровеносных сосудов,
бронхов, матки), высвобождение продуктов внутриклеточного синтеза, передвижение и
аггрегацию клеток (лейкоцитов и тромбоцитов) и другие физиологические процессы.
Регуляция осуществляется за счет выработки сигнальных молекул эйкозаноидов –
окисленных производных арахидоновой кислоты, являющихся лигандами как рецепторов
плазматической мембраны, так и ядерных белков.
Ключевым компонентом каскада является фермент циклооксигеназа (COX),
осуществляющий первичное превращение арахидоновой кислоты в простагландин Н2, тем
самым инициируя образование целого спектра простаноидов при участии других
ферментов.
В настоящее время циклооксигеназа человека привлекает большое внимание
исследователей
в
связи
с
разработкой
широкого
круга
нестероидных
противовоспалительных лекарственных стредств – ингибиторов циклооксигеназы.
Примерами препаратов–ингибиторов фермента могут служить аспирин, ибупрофен,
напроксен, рофекоксиб и другие. Подробно изучен каталитический механизм действия
фермента, его субстратная специфичность, регуляция, известна кристаллическая
структура белка, полученная методом рентгеноструктурного анализа.
В 2003 году в PNAS была опубликована статья, сообщающая об обнаружении у
кишечного паразита человека - амебы Entamoeba histolytica - белка, аналогичного COX
человека. Удивительным образом фермент не сохраняет ни одного каталитически важного
остатка, так же, как и остатков, ответственных за связывание субстрата и кофактора гема. Анализ последовательности выявляет существенное сходство белка с актинсвязывающими белками цитоскелета. Несмотря на это структура белка имеет участки,
сходные с таковыми циклооксигеназы человека (было показано методами иммунохимии).
Предлагается тема курсовой работы «Циклооксигеназа Entamoeba histolytica: гомолог
COX человека или родственник цитоскелетных белков? Возможные эволюционные
сценарии».
Планируется провести поиск гомологов белка Entamoeba histolytica в геномах
эукариот, проанализировать их функции по аннотациям в базах данных и литературным
данным, выявить консервативные в выборке гомологов аминокислотные остатки, по
множественному выравниванию и филогенетическому дереву установить, является ли
белок паразитической амебы родственником циклооксигеназы или цитоскелетных белков
человека. Кроме того, предлагается построить модель трехмерной структуры белка
методом гомологичного моделирования, при этом использовать в качестве образца
сначала структуру циклооксигеназы человека, затем цитоскелетные белки, с целью
проверить гипотезу о гомологичности белка амебы циклооксигеназе (учитывая большую
консервативность структуры белка по сравнению с последовательностью). Использовать
другие исследовательские возможности, которые появятся в ходе работы.
Обдумать и проработать возможные эволюционные сценарии происхождения белка.
Сделать выводы о его происхождении и возможных функциях. Обсудить, что нового дает
эта информация в понимании происхожденя циклооксигеназы человека.
При успешном продвижении работы планируется экспериментальное выделение
фермента из клеток насекомых и характеристика синтеза простаноидов на этом объекте.
1.
2.
3.
Dey I, Keller K, Belley A, Chadee K. Identification and characterization of a
cyclooxygenase-like enzyme from Entamoeba histolytica. PNAS, 2003 Nov 11;
100(23):13561-6.
Jarving R, Jarving I, Kurg R, Brash AR, Samel N. On the evolutionary origin of
cyclooxygenase (COX) isozymes: characterization of marine invertebrate COX genes
points to independent duplication events in vertebrate and invertebrate lineages. J
Biol Chem. 2004 Apr 2;279(14):13624-33.
Сергеева М.Г., Варфоломеева А.Т., «Каскад арахидоновой кислоты», М.,
Народное образование, 2006, 256 с.