همسانه‌سازی و بیان آنزیم لیپواکسیژناز پوستی Ambystoma mexicanum (LOXe) در باکتری Escherichia Coli

نوع مقاله : مقاله های پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی داروسازی، دانشکده‌ی داروسازی و علوم دارویی و کمیته‌ی تحقیقات دانشجویی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

2 استاد، گروه بیوشیمی بالینی، دانشکده‌ی داروسازی و علوم دارویی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

3 کارشناس ارشد، گروه بیوتکنولوژی کشاورزی، دانشکده‌ی کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

4 استادیار، گروه بیوشیمی بالینی و مرکز تحقیقات بیوانفورماتیک، دانشکده‌ی داروسازی و علوم دارویی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، اصفهان، ایران

چکیده

مقدمه: آنزیم‌های لیپواکسیژناز نقش مهمی در انواع مکانیسم‌های موجودات زنده ایفا می‌کنند. تا کنون مطالعات زیادی بر روی عملکرد لیپواکسیژناز در انسان و سایر موجودات انجام گرفته است. فعال شدن این آنزیم در یوکاریوت‌ها و اثرگذاری روی سوبسترای خود (اسید آراشیدونیک) باعث تولید واسطه‌های گوناگونی می‌شود. یکی از محصولات واکنش این آنزیم لکوترین است. این واسطه‌ی التهابی نقش مهمی در فرایند ترمیم زخم ایفا می‌کند. مطالعات اخیر نشان داده ‌است که آنزیم لیپواکسیژناز LOXe استخراج شده از یک دوزیست (Ambystoma mexicanum) در مقایسه با لیپواکسیژناز انسانی تأثیری به مراتب بیشتر در فرایند بهبود زخم از خود نشان می‌دهد. تا به حال، همسانه‌سازی و بیان این ژن در باکتری انجام نشده است و از آن جا که اولین قدم برای شناسایی و تعیین ویژگی‌های هر پروتئین، در دست داشتن مقادیر زیادی از آن است، در تحقیق حاضر، همسانه‌سازی و بیان لیپواکسیژناز اکسولوتل (LOXe) مورد توجه قرار گرفت.روش‌ها: ابتدا توالی کد کننده‌ی لیپواکسیژناز اکسولوتل بر اساس توالی آمینو اسیدی پروتئین مورد نظر، طراحی و پس از بهینه‌سازی کدون‌ها برای بیان حداکثری در باکتری E. coli (Escherichia coli)، در ناقل pUC57 قرار گرفت. قطعه‌ی کد کننده‌ی سنتز شده پس از هضم با آنزیم‌های برشی مورد نظر، در چهارچوب خواندن ناقل بیانی pET21-a قرار داده شد و در میزبان بیانی BL21-E. coli برای بیان پروتئین 71 کیلو دالتونی LOXe (623 اسید آمینه) در حضور IPTG (Isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside) القا گردید.یافته‌ها: کلونینگ LOXe با صحت انجام گرفت و بیان این آنزیم در باکتری E. coli امکان پذیر است.نتیجه‌گیری: آنالیز SDS-PAGE (Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) نشان دهنده‌ی بیان فراوان پروتئین مورد نظر در مقایسه با نمونه‌ی شاهد بود. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Cloning and Expression of Epidermal Lipoxygenase from Ambystoma Mexicanum (LOXe) in Escherichia Coli

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Mofid 4
  • Ahmad Movahedian-Attar 2
  • Mahdi Abbasian 3
1 PharmD Student, School of Pharmacy AND Student Research Committee, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
2 Professor, Department of Clinical Biochemistry, School of Pharmacy and Pharmaceutical Science, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
3 Department of Agricultural Biotechnology, School of Agriculture, Isfahan University of Technology, Isfahan, Iran
4 Assistant Professor, Department of Clinical Biochemistry AND Bioinformatics Research Center, School of Pharmacy and Pharmaceutical Science, Isfahan University of Medical Sciences, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Background: Lipoxygenase enzymes play an important role in various mechanisms of organisms. So far, many studies on human and other organisms lipoxygenase activity have been conducted. In eukaryotes, this enzyme converts arachidonic acid to a variety of inflammatory mediators. For example, leukotrienes are products of this enzyme reaction. This inflammatory mediator plays an important role in the healing process. Recent studies have shown that the lipoxygenase enzyme extracted from an amphibious (Ambystoma mexicanum) is more effective in the healing process in comparison with human lipoxygenase. Like in the case of other enzymes, the first step for enzyme identification and characterization is to produce a large amount of purified enzyme, but the recombinant production of these proteins in bacterial expression system has not yet been reported. Therefore, in the present study we have cloned and expressed lipoxygenase axolotls (LOXe) in Escherichia coli (E. coli) BL21.Methods: The sequence encoding LOXe was designed based on the amino acid sequence of the protein and then, codon optimized in order to ensure the maximum expression in E. coli. At the next step, the synthetic DNA encoding LOXe inserted into the pUC57 vector using appropriate restriction sites and then, subcloned in the pET21-a, an expression vector in order to high production of the protein in bacteria. Recombinant vector transformed to E. coli BL21 as an expression host and expression of 71kDa protein LOXe (623 amino acids) was induced in the presence of IPTG (Isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside).Findings: The cloning of LOXe was performed successfully and possibility of expression of this enzyme in E. coli was confirmed.Conclusion: Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) analysis indicated that LOXe protein over-expressed successfully in E. coli cytoplasm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lipoxygenase
  • Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE)
  • pET21-a
  1. Furstenberger G, Epp N, Eckl KM, Hennies HC, Jorgensen C, Hallenborg P, et al. Role of epidermis-type lipoxygenases for skin barrier function and adipocyte differentiation. Prostaglandins Other Lipid Mediat 2007; 82(1-4): 128-34.
  2. Schneider C, Pratt DA, Porter NA, Brash AR. Control of oxygenation in lipoxygenase and cyclooxygenase catalysis. Chem Biol 2007; 14(5): 473-88.
  3. Yu Z. Discovery of a novel lipoxygenase pathway in skin [PhD Thesis]. Nashville, TN: Vanderbilt University; 2005.
  4. Krieg P, Marks F, Furstenberger G. A gene cluster encoding human epidermis-type lipoxygenases at chromosome 17p13.1: cloning, physical mapping, and expression. Genomics 2001; 73(3): 323-30.
  5. Green JA, Stockton RA, Johnson C, Jacobson BS. 5-lipoxygenase and cyclooxygenase regulate wound closure in NIH/3T3 fibroblast monolayers. Am J Physiol Cell Physiol 2004; 287(2): C373-C383.
  6. Yu Z, Schneider C, Boeglin WE, Brash AR. Mutations associated with a congenital form of ichthyosis (NCIE) inactivate the epidermal lipoxygenases 12R-LOX and eLOX3. Biochim Biophys Acta 2005; 1686(3): 238-47.
  7. Menger B, Vogt PM, Allmeling C, Radtke C, Kuhbier JW, Reimers K. AmbLOXe--an epidermal lipoxygenase of the Mexican axolotl in the context of amphibian regeneration and its impact on human wound closure in vitro. Ann Surg 2011; 253(2): 410-8.
  8. Satoh A, Bryant SV, Gardiner DM. Regulation of dermal fibroblast dedifferentiation and redifferentiation during wound healing and limb regeneration in the Axolotl. Dev Growth Differ 2008; 50(9): 743-54.
  9. Zareie R, Abbasian M. Method to produce recombinant MBP8298 and other polypeptides by nucleotide structure optimization, 2011. [Patent NO.: 20110008827].
  10. Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T. Molecular cloning: A laboratory manual. 2nd ed. New York, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press; 1989.
  11. Brash AR. Lipoxygenases: occurrence, functions, catalysis, and acquisition of substrate. J Biol Chem 1999; 274(34): 23679-82.
  12. Baysal T, Demirdoven Ah. Lipoxygenase in fruits and vegetables: A review. Enzyme and Microbial Technology 2007; 40(4): 491-6.
  13. Pidgeon GP, Lysaght J, Krishnamoorthy S, Reynolds JV, O'Byrne K, Nie D, et al. Lipoxygenase metabolism: roles in tumor progression and survival. Cancer Metastasis Rev 2007; 26(3-4): 503-24.
  14. Yoshimura R, Matsuyama M, Tsuchida K, Kawahito Y, Sano H, Nakatani T. Expression of lipoxygenase in human bladder carcinoma and growth inhibition by its inhibitors. J Urol 2003; 170(5): 1994-9.
  15. Maden M, Goodwin BC. Experiments on developing limb buds of the axolotl Ambystoma mexicanum. J Embryol Exp Morphol 1980; 57: 177-87.
  16. Seifert AW, Monaghan JR, Voss SR, Maden M. Skin regeneration in adult axolotls: a blueprint for scar-free healing in vertebrates. PLoS One 2012; 7(4): e32875.
  17. Matsumoto T, Funk CD, Radmark O, Hoog JO, Jornvall H, Samuelsson B. Molecular cloning and amino acid sequence of human 5-lipoxygenase. Proc Natl Acad Sci U S A 1988; 85(1): 26-30.
  18. Sigal E, Craik CS, Highland E, Grunberger D, Costello LL, Dixon RA, et al. Molecular cloning and primary structure of human 15-lipoxygenase. Biochem Biophys Res Commun 1988; 157(2): 457-64.
  19. Baneyx F. Recombinant protein expression in Escherichia coli. Curr Opin Biotechnol 1999; 10(5): 411-21.