ridm@nrct.go.th   ระบบคลังข้อมูลงานวิจัยไทย   รายการโปรดที่คุณเลือกไว้

การศึกษาเชิงชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ของกลไกการออกฤทธิ์ที่ระดับโมเลกุล

หน่วยงาน สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย

รายละเอียด

ชื่อเรื่อง : การศึกษาเชิงชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ของกลไกการออกฤทธิ์ที่ระดับโมเลกุล
นักวิจัย : ชนันท์ อังศุธนสมบัติ
คำค้น : Bacillus thuringiensis , endotoxin , ion channel , larvicidal activity , mutagenesis
หน่วยงาน : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย
ผู้ร่วมงาน : -
ปีพิมพ์ : 2549
อ้างอิง : http://elibrary.trf.or.th/project_content.asp?PJID=BRG4480008 , http://research.trf.or.th/node/294
ที่มา : -
ความเชี่ยวชาญ : -
ความสัมพันธ์ : -
ขอบเขตของเนื้อหา : -
บทคัดย่อ/คำอธิบาย :

โปรตีนสารพิษจากแบคทีเรีย Bacillus thuringlensis สามารถฆ่าหนอนแมลงโดยทำให้เกิดรูรั่วที่ผนังเยื่อหุ้มเซลล์บุกระเพาะ ( midgut epithelial cell membranes ) จากการรายงานก่อนหน้านี้ เราได้อาศัยวิธีการเปลี่ยนแปลงยีนโดยการแทนที่ด้วยกรดอะมิโน proline พบว่า เกลียวอัฟที่ 4 และ 5 ( ?-helices 4 and 5 ) ซึ่งอยู่ในส่วนโครงสร้างที่เชื่อว่าทำหน้าที่รับผิดชอบในการสอดแทรกและการเกิดรูรั่วที่ผนังเยื้อหุ้มเซลล์นั้น มีส่วนเกี่ยวข้องกับการออกฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำยุงลาย ( Aedes aegypti ) ของโปรตีน Cry4Ba และเมื่อใช้วิธีการ charged-to-alanine mutagenesis เพื่อศึกษาบทบาทของกรดอะมิโนที่มีประจุไนเกลียวอัลฟาที่ 4 พบว่า ความเป็นประจุของกรดอะมิโน arginine ที่ตำแหน่ง 158 นั้น มีความสำคัญต่อการเป็นพิษของโปรตีนฆ่าลูกน้ำยุงดังกล่าว ในรายงานนี้ เมื่อศึกษาเพิ่มเติมได้พบความสำคัญต่าความเป็นพิษของของประจุบวกในเกลียวอัลฟาที่ 4 ของโปรตีนฆ่าลูกน้ำยุง Cry11Aa เช่นกันส่วนสำหรับโปรตีน Cry4Ba นั้น เราพบว่า โปรตีนกลายพันธุ์ชนิด R158A และ R158K ซึ่งได้สูญเสียฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำยุงนั้น ให้ค่าความนำไฟฟ้า ( conductance ) ที่เกิดจากรูอิออน ( ion channels ) บน planar lipid bilayers ลดลง จึงพบสรุปได้ว่า Arg-158 ในเกลียวอัลฟาที่ 4 มีส่วนเกี่ยวข้องโดยตรงกับการควบคุมอิออนทีผ่านเข้าออกรูรั่วที่เกิดจากโปรตีน Cry4Ba และจากข้อมูลของการศึกษาดังกล่าวนี้ จึงทำให้สามารถสร้างแบบจำลองของรูรั่วในผนังรูรั่วได้อย่างมีหลักฐานที่สนับสนุนได้โดยอาศัย SA/MD ( simulated Anneal / Molecular Dynamics ) Simulations นอกจากนี้ พบว่าชิ้นส่วนโปรตีน Cry4Ba ที่ประกอบด้วยเกลียวอัลฟาที่ 1 ถึง 5 สามารถทำให้เกิดรูอิออนบน planar lipid bilayers ได้ ซึ่งสามารถสรุปได้ว่า ?1-?5 เป็นส่วนที่รับผิดชอบในการสอดแทรกและการเกิดรูรั่วหรืออิออนที่ผนังเยื่อหุ้มเซลล์และเมื่อศึกษาเพิ่มเติมพบว่าความเป็นขั้ว ( polarity ) ที่ตำแหน่ง 166 และ ลักษณะเป็น aromatic ที่ตำแหน่ง 170 ซึ่งอยู่บนส่วนต่อระหว่างเกลียวอัลฟาที่ 4 และ 5 (?4-?5 loop ) ของโปรตีน Cry44Ba นั้นมีความสำคัญต่อฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำยุง นอกจากนี้ยังพบว่า ลักษณะ aromatic ของ Tyr-202 ซึ่งอยู่บน ?4-?5 loop ของโปรตีน Cry4Aa มีความสำคัญต่อฤทธิ์ฆ่าลูกน้ำยุงเช่นกัน จึงสามารถสรุปได้ว่า ลักษณะ aromatic ของ tyrosine ซึ่งเป็นตำแหน่งที่อนุรักษ์ที่อยู่บน ?4-?5 loop นั้น มีความจำเป็นสำหรับการออกฤทธิ์ Cry ?-endotoxins. Bacillus thuringiensis Cry ?-endotoxins have been demonstrated to act by forming a lytic pore in midgut epithelial cell membranes of the susceptible insect larvae. Previously, we have employed single proline substitutions and demonstrated that ?4 and ?5 within the pore-forming domain of the 130-kDa Cry4Ba toxin are important determinants of toxicity against Aedes aegypti mosquito-larvae, linkly being involved in membrance-pore formation. Further analysis by charged-to alanine scanning mutagenesis revealed a crucial role in toxin activity for the positively charged side chain of arginine-158 in helix 4. In this report , an analogous effect on larvicidal activity was also observed for Arg-136 in helix 4 of the 65-kDa dipteran-specific Cry11Aa toxin. Interestingly, further conversions of this critical arginine residue to the most conserved residue lysine also abolished the Cry11Aa wild-type activity. For Cry4Ba, we have further found that the larvicidal-inactive Arg-158 mutant toxins ( R158A and R158K ) showed a decrease in ion-channel conductance in planar lipid bilayers ( PLBs ), suggesting that this residue is conceivably involved in the passage of ions through the pore. Unrestrained molecular dynamics ( MD ) simulations were performed with a modelled pore comprising 6 copies of the Cry4Ba ?4-?5 hairpin of its derivatives placed in solvated lipid membrane bilayers ( POPC/water ). The MD results suggested that mutations at the critical Arg-158 residue affect structural integrity of the toxin-induced pore. The ?1-?5 fragment of Cry4Ba was shown to form cation-selective channels in PLBs, supporting that this fragment constitutes the region responsible for pore-forming activity of the toxin. Directed mutations within the loop linking ?4 and ?5 of Cry4Ba were also performed and revealed that Asn-166 , Tyr-170 and Glu-171 play a crucial role in mosquito-larvicidal activity, especially polarity at position 166 and aromaticity at position 170. A crucial role in toxin activity was also revealed for the conserved aromatic residue at position 202 within the ?4-?5 loop of the Cry4Aa toxin. These results support the notion that an aromatic structure of the highly conserved tyrosine residue within the ?4-?5 loop is an essential prerequisite for toxin action of the Cry?-endotoxins.

บรรณานุกรม :
ชนันท์ อังศุธนสมบัติ . (2549). การศึกษาเชิงชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ของกลไกการออกฤทธิ์ที่ระดับโมเลกุล.
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
ชนันท์ อังศุธนสมบัติ . 2549. "การศึกษาเชิงชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ของกลไกการออกฤทธิ์ที่ระดับโมเลกุล".
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
ชนันท์ อังศุธนสมบัติ . "การศึกษาเชิงชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ของกลไกการออกฤทธิ์ที่ระดับโมเลกุล."
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย, 2549. Print.
ชนันท์ อังศุธนสมบัติ . การศึกษาเชิงชีวเคมีและชีวฟิสิกส์ของกลไกการออกฤทธิ์ที่ระดับโมเลกุล. กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย; 2549.