Možnosti proteinového inženýrství glykosidas rodiny GH1 pro výzkum a vývoj hormonální regulace rostlin.

Mgr. Dušan Turek

Bachelor's thesis

Advantages of engineering family GH1 glycosidases for research and development of plant hormone regulation.

Abstract:

Vývoj a růst rostliny je z největší části řízen rostlinnými hormony (fytohormony), jejichž koncentrace je enzymaticky regulována. Jedním z enzymů, jenž se podílí na této regulaci, je kukuřičná β-glukosidasa Zm-p60.1. Proteinové inženýrství nabízí prostředky ke změně substrátové specificity tohoto enzymu. Této vlastnosti by mohlo být využito v rostlinách k ovlivnění hladin fytohormonů a tím například ke stimulaci růstových procesů, zpomalení stárnutí, či indukce tvorby pupenů. Tato bakalářská práce se zabývá možnostmi proteinového inženýrství rodiny enzymů glykosid hydrolas GH1 rodiny. Cílem práce bylo provést studii dostupných informací o GH1 rodině, podrobit vybranou skupinu enzymů bioinformatické analýze a na jejím základě navrhnout další možný směr výzkumu enzymu β-glukosidasy Zm-p60.1 (EC 3.2.1.21) z kukuřice (Zea myas). V prvním kroku bylo zapotřebí se detailně seznámit se strukturou a obsahem celé GH1 rodiny v CAZy databázi. Poté byla vytvořena nová databáze (obsahující informace z databází CAZy, UniProt, GenBank a PDB), která poskytuje komplexní informace o modifikovaných enzymech z GH1 rodiny. Změny v substrátové specificitě enzymů lze dosáhnout mutací na úrovni DNA. Zavedené mutace mohou mít vedlejší destruktivní účinek na strukturu proteinu. Jedním ze způsobů, jak se vyhnout negativním dopadům mutace, je zvýšit strukturní pevnost enzymu přidáním nových vodíkových vazeb, jejichž vedlejším účinkem je zvýšení termostability enzymu. Na základě rozborů publikací a informací obsažených v databázi tato bakalářská práce navrhuje zvýšení termostability enzymu Zm-p60.1 zavedením jednobodové mutace D117K, jež by měla vést ke vzniku nové vodíkové vazby, což by přispělo ke stabilizaci proteinu. Nový, stabilnější enzym Zm-p60.1 by měl být výchozí variantou pro přípravu další generace enzymů s upravenou substrátovou specificitou vůči konjugátům cytokininů.

Abstract:

Development and growth of the plant is mostly controlled by plant hormones (phytohormones), whose concentration is regulated by enzymes. One of the enzymes that are involved in this regulation is the maize Zm-p60.1 β-glucosidase. Protein engineering offers a means to change the substrate specificity of this enzyme. This feature could be used in plants to influence the levels of phytohormones, for example to stimulate the growth process, to slow aging or to stimulate creation of buds. This thesis deals with the possibilities of protein engineering of enzymes of the family GH1 glycoside hydrolases family. The aim was to study available informations on the GH1 family, to subjugate selected group of enzymes to bioinformatic analysis and on that basis to propose another possible direction of research, the enzyme Zm-p60.1 β-glucosidase (EC 3.2.1.21) from maize (Zea myas). In the first step it was needed to get acquainted in detail with the structure and content of entire families in GH1 CAZy database. Then, a new database (containing information from databases CAZy, UniProt, GenBank, and PDB), which provides comprehensive information on the modified enzymes of the GH1 family, was created. Changes in substrate specificity of enzymes can be achieved by mutations at the DNA level. Introduced mutation may have destructive side effects on protein structure. One of the ways to avoid these negative impacts of mutation is to increase the structural strength of the enzyme by adding new hydrogen bonds, whose side effect is an increase in thermostability of the enzyme. Based on the analysis of publications and informations contained in the database this thesis proposes to increase enzyme thermostability Zm-p60.1 by introducing single point mutations D117K, which should lead to new hydrogen bonds, which would contribute to the stabilization of the protein. New, more stable enzyme Zm-p60.1 should be the default option for the preparation of the next generation of enzymes with modified substrate specificity towards cytokines conjugates.

Keywords

β-glukosidasa, GH1 rodina, CAZy, proteinové inženýrství

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 5. 2010

Thesis defence

• Date of defence: 29. 6. 2010
• Supervisor: Mgr. Pavel Mazura, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Physics / Biophysics