Journal of Ilam University of Medical Sciences

fa دسته بندی اسید ‌های آمینه‌ی هلیکس ‌های غشایی در پروتئین انتقال ‌دهنده ‌‌ی سروتونین انسانی Clustering Membrane Helical Residues in the Human Serotonin Transporter پژوهشي Research  مقدمه: پروتئین انتقال دهنده‌‌ ی سروتونین انسانی (5-HTT) اهمیت بالایی در مطالعات طراحی دارو دارد و به تازگی شش ساختار حاصل از کریستالو گرافی از آن در دسترس قرار گرفته است. در این پژوهش با استفاده از دو مورد از این ساختار ها و دو مدل ساخته شده به روش همولوژی، به مطالعه‌‌ی ترکیب اسید های آمینه ‌ی 5-HTT پرداخته شده است تا درک بهتری از نقش ساختاری و عملکردی هلیکس های غشایی در انتقال دهنده‌ها، و هم چنین مزایا و معایب استفاده از مدل‌های همولوژی در این مطالعات مشخص شود. مواد و روش‌‌ها: ابتدا نواحی هلیکس های غشایی در 5-HTT به وسیله‌ ی نمودار هیدروپاتی کایت و دولیتل مشخص شد. سپس اسیدهای آمینه‌‌ی هلیکس ‌‌های غشایی با استفاده از روشی نوین بر مبنای موقعیت رزیدو ها نسبت به غشای لیپیدی به 4 دسته (رو به لیپید، رو به لومن، راست و چپ) تقسیم شدند. هم چنین دو مدل سه بعدی از 5-HTT نیز با استفاده از نرمافزار MODELLER و بر اساس الگو هایی با شباهت 38 و 60 درصد ساخته شد. یافته‌ های پژوهش: با استفاده از روش دسته بندی ابداعی توانستیم نتایج جدید و جالبی در مورد نحوه توزیع رزیدو های مختلف در ساختار انتقال دهنده‌‌ی سروتونین انسانی به دست آوریم. به طور مثال، علی رغم آن که اکثر رزیدوهای آب‌ گریز هلیکس‌ها در دسته‌ی رو به لیپید قرار دارند، درصد قابل توجهی از آن‌ها در دسته‌‌ی رو به لومن حضور دارند. رزیدو های ایزو لوسین، لوسین، والین، ترئونین، آلانین و فنیل آلانین به ترتیب بیش ترین فراوانی را در دسته‌‌ی رو به لیپید دارند. بنا بر این الگوهای سه بعدی جایگیری این رزیدو ها، تعیین کننده بیشتر بر هم کنش‌ های میان لیپید های غشایی و پروتئین و نقش این بر هم کنش ها است. بحث و نتیجه گیری: بر اساس ضرایب همبستگی، ترکیب رزیدو های دسته‌های رو به لیپید و راست پروتئین بیش ‌ترین شباهت را به یکدیگر دارد. این نکته پیشنهاد می‌‌دهد که هلیکس‌ های غشایی احتمالا در تغییر کنفورماسیون ناشی از باز و بسته شدن انتقال دهنده، دستخوش چرخش می‌‌شوند. هم چنین مقایسه‌‌ی ساختارهای حاصل از کریستالو گرافی با مدلها نشان می‌دهد استفاده از الگویی با شباهت 38% برای مدل سازی همولوژی پروتئین‌های انتقال دهنده، هلیکس های غشایی را به نحو نامناسبی مدل می‌‌کند. این یافته ‌ها می‌توانند در درک بهتر ساختار و عملکرد هلیکس ‌های غشایی پروتئین‌های انتقال دهنده موثر باشند. Introduction:  Recently, 6 crystallographic structures of the pharmacologically important human serotonin transporter protein (5-HTT) were reported. In the present survey, two of these crystallographic structures and two homology models were used to study the distribution of 5-HTT’s residues based on their position and orientation. The aim here was to understand the structural and functional roles of membrane helices better in transporters and the costs/benefits of using homology models in such studies.   Materials & methods: The membrane helical segments of 5-HTT were identified using a KD-hydropathy plot. The classification of membrane helical residues into 4 groups (Lipid-facing, Lumen-facing, Right and Left) was done using a novel method considering residue positions. Also two 3D structural models of 5-HTT were generated using MODELLER based on templates with 38% and 60% similarities.   Findings: Although the majority of hydrophobic residues in membrane helices were in the Lipid-facing cluster, a considerable percentage of them laid within the Lumen-facing cluster. In the Lipid-facing cluster, Ile, Leu, Val, Thr, Ala and Phe were the most frequent residues, respectively. Thus, their 3D positioning patterns were responsible for most of protein-lipid interactions and the functions of these interactions.   Discussion & conclusions: Judging by the correlation coefficients, Lipid-facing and Right clusters are the most similar. <a name="OLE_LINK2"></a><a name="OLE_LINK1">This suggests that helices may rotate during the outward-inward conformational switch of the transporters.</a> Our model-crystal structure comparisons demonstrate that in the case of membrane transporters, using a template with 38% similarity, results in poor modeling of the membrane helices. These findings can help us understand the structure and function of membrane helices in transporter proteins better.     مطالعه در سطح رزیدو, پروتئین انتقال دهنده سروتونین انسانی, مدل ‌سازی همولوژی, پروتئین‌‌های انتقال دهنده, هلیکس‌‌های غشایی Residue-level study, 5-HTT, Homology modeling, Membrane helices, Membrane transporters 57 72 http://sjimu.medilam.ac.ir/browse.php?a_code=A-10-3717-2&slc_lang=fa&sid=1 Ali Shariat Panahi علی شریعت پناهی ashariatp@ut.ac.ir 9600319475328460038680 9600319475328460038680 No Dept of Cell and Molecular Biology, Tehran University, Tehran, Iran گروه زیست شناسی سلولی و مولکولی، دانشگاه تهران، تهران، ایران Mohammad Taghizadeh محمد تقی زاده mtaghizadeh@alumni.ut.ac.ir 9600319475328460038681 9600319475328460038681 Yes Institute of Biochemistry and Biophysics, Tehran University, Tehran, Iran مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران Bahram Goliaei بهرام گلیایی goliaei@ibb.ut.ac.ir 9600319475328460038682 9600319475328460038682 No Institute of Biochemistry and Biophysics, Tehran University, Tehran, Iran مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران Armin Madadkar Sobhani آرمین مددکار سبحانی arminms@gmail.com 9600319475328460038683 9600319475328460038683 No Institute of Biochemistry and Biophysics, Tehran University, Tehran, Iran دانشگاه تهران