Поиск предков ε-кристаллина

ε-кристаллина входят в состав хрусталика глаза и обеспечивают его прозрачность. У птиц и крокодилов он представляет собой инактивированную форму субъединицы В-цепи лактатдегидрогеназы — фермента, участвующего в метаболизме глюкозы. Таким образом, у этих животных ε-кристаллин одновременно выполняет функцию фермента. Его предком является лактатдегидрогеназа В (LDHB).

Для анализа была выбрана последовательность ε-кристаллина быка (UniProt ID: P05980 · AK1C3_BOVIN). Чтобы найти дальних родственников по данному кристаллину следует использовать PSI-BLAST: поиск проводился с помощью PSI-BLAST по базе данных Swiss-Prot с word-size = 3, остальные параметры по умолчанию.

Первая итерация

На первой итерации нашлись 212 последовательностей, из них 9 с E-value > threshold. Среди них - ε-кристаллины - альдо-кето редуктазы различных организмов. Также среди находок оказались NAD(P)H‑зависимые редуктазы, AKR и другие родственные оксидоредуктазы, дегидрогеназы и даже не охарактеризованные окислительно‑восстановительные ферменты (Uncharacterized oxidoreductase At1g06690, chloroplastic).

Вторая итерация

На второй итерации нашлись 212 последовательностей, все с E-value < threshold, но появились новые находки:

L-глицеральдегид-3-фосфатредуктаза - фермент, который катализирует восстановление L-глицеральдегид-3-фосфата с использованием NADPH.

Вероятная бета-субъединица потенциал-зависимого калиевого канала - регуляторная субъединица, модулирует работу вольт‑зависимых калиевых каналов (Kᵥ), влияет на скорость активации/инактивации, транспорт к мембране, чувствительность к потенциалу.

Оксидоредуктаза YdhF - окислительно‑восстановительный фермент с неясной субстратной специфичностью.

Альдо-кето-редуктаза NECHADRAFT_45914 - грибная альдо-кеторедуктаза, функция которой, вероятно, связана с детоксикацией растительных защитных соединений (фитоалексинов), разрушением токсичных альдегидов или участием во вторичном метаболизме самого гриба.

Альдо-кеторедуктаза семейства 7, член A3 (AKR7A3) - человеческая специфическая альдо‑кеторедуктаза, может метаболизировать токсины, ксенобиотики.

Альдегидредуктаза афлатоксина B1, член 2 (AKR7A2) - тоже человеческая, восстанавливает альдегидные производные афлатоксина B1 — опасного микотоксина.

6-дегидроглюкозоредуктаза - восстанавливает 6‑дегидроглюкозу до глюкозы (с использованием NADPH), участвует в деградации D‑сульфохинозозы и других модифицированных сахаров.

На третьей, четвертой и последующих итерациях алгоритм не нашёл ни одной гомологичной последовательности, число находок оставалось 212.

Таким образом, в данной работе был применён подход «от обратного»: у млекопитающих ε-кристаллин представляет собой альдо-кеторедуктазу и заведомо не может происходить от лактатдегидрогеназы B (LDHB). Анализ с помощью PSI-BLAST (пять итераций) подтвердил, что бычий ε-кристаллин гомологичен исключительно ферментам суперсемейства альдо-кеторедуктаз и не показывает сродства с LDHB. Отрицательный результат демонстрирует, что ε-кристаллины млекопитающих и птиц/крокодилов имеют разное эволюционное происхождение. У птиц и крокодилов ε-кристаллин образовался путём рекрутирования лактатдегидрогеназы B (LDHB) в качестве структурного белка хрусталика, тогда как у других групп (в частности, у быка) ту же функцию выполняет неродственный фермент — альдо-кеторедуктаза. Следовательно, предком ε-кристаллина у птиц и крокодилов действительно является LDHB, и для его обнаружения необходимо использовать последовательности именно этих организмов.

Ссылки на статьи

Wistow, G.J., J.W. Mulders, and W.W. de Jong, The enzyme lactate dehydrogenase as a structural protein in avian and crocodilian lenses.Nature, 1987.326(6113): p. 622-4.