Συγκριτική γονιδιωματική και φυλογενετική ανάλυση πρωτεϊνών που εμπλέκονται στη δομή και τη λειτουργία του ενδοπλασματικού δικτύου

Abstract

Το ενδομεμβρανικό σύστημα των ευκαρυωτικών οργανισμών αποτελεί ένα πολύπλοκο σύστημα μεμβρανών το οποίο καταλαμβάνει σημαντικό τμήμα του ευκαρυωτικού κυττάρου. Πολλές και εξαιρετικής σημασίας λειτουργίες όπως η σύνθεση, τροποποίηση και στόχευση μεμβρανικών πρωτεϊνών καθώς και η κυστιδιακή μεταφορά επιτελούνται από τμήματα του συστήματος αυτού. Πολλαπλοί μηχανισμοί ασθενειών προκύπτουν από ελαττώματα στις λειτουργίες αυτές. Συνεπώς, η μελέτη της εξέλιξης του ενδομεμβρανικού συστήματος, αν λάβουμε υπόψιν και την απουσία κατά κανόνα ενδομεμβρανικών σχηματισμών από τα προκαρυωτικά συστήματα, παρουσιάζει τεράστιο ενδιαφέρον. Παράλληλα όμως, αν και έχουν γίνει αρκετές μελέτες σε αυτήν την κατεύθυνση, υπάρχουν ακόμα πολλά κενά. Μέσα στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε μελέτη της εξελικτικής πορείας τμημάτων του ενδομεμβρανικού συστήματος, όπως το ενδοπλασματικό δίκτυο και η ενδομεμβρανική κυκλοφορία. Για τον σκοπό αυτό εφαρμόστηκε ένα πρωτόκολλο βιοπληροφορικής το οποίο περιελάμβανε αναλύσεις συγκριτικής γονιδιωματικής και φυλογένεσης 23 πρωτεϊνών του ενδομεμβρανικού συστήματος. Από τα αποτελέσματα των αναλύσεων προέκυψε μεγάλος αριθμός πρωτεϊνών οι οποίες εμφανίζουν υψηλό βαθμό συντήρησης στο ευρύ φάσμα των ευκαρυωτικών οργανισμών. Τέτοιες πρωτεΐνες είναι τα reticulons, οι REEps και οι Atlastins που συμμετέχουν στη διαμόρφωση της δομής του ενδοπλασματικού δικτύου και η Ufe1p, η Use1p, η Dsl1p, η TBC1D20, η Yip3p και οι VAPs που εμπλέκονται στην ενδομεμβρανική κυκλοφορία. Συνολικά από όλα τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης συνάγεται η αρχαία προέλευση του ενδομεμβρανικού συστήματος καθώς και ο υψηλός βαθμός πολυπλοκότητας βασικών μηχανισμών στον τελευταίο κοινό πρόγονο των ευκαρυωτικών οργανισμών (LECA).

The endomembrane system is a complex membrane system which occupies a significant portion of the eukaryotic cell. Parts of this system perform many functions of great importance like the synthesis, post-translational modifications and targeting of membrane proteins, as well as vesicular transport. Multiple disease mechanisms arise from defects in these functions. Therefore, the study of the endomembrane system is a field of great interest, especially when considering the fact that endomembrane formations are usually absent from most prokaryotic systems. However, there are still many gaps in this field even though a lot of research has been conducted. The goal of this master’s thesis was to study the evolution of parts of the endomembrane system such as the endoplasmic reticulum and membrane transport. This was achieved with the development of a bioinformatics protocol, including comparative genomics and phylogenetic analysis of 23 proteins of the endomembrane system. The results revealed a large number of proteins, such as reticulons, REEPs and atlastins (involved in the endoplasmic reticulum formation), Ufe1p, Use1p, Dsl1p, TBC1D20, Yip3p and VAPs (involved in endomembrane trafficking), which are highly conserved in eukaryotes. Moreover, the present study reveals the ancient origin of the endomembrane system and the high degree of complexity of basic mechanisms in the last common ancestor of eukaryotic organisms (LECA).