Skip to main content
SUPERVISOR
Azar Shahpiri
آذر شاه پیری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Asghar Mohammadzadeh
اصغر محمدزاده ورپشتی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392

TITLE

Evaluation of Binding Ability of Recombinant form of Four Rice (Oryza Sativa) Metallothionenins Isoforms to Arsenic, Mercury and Chrome Metals
Metallothioneins are forming a superfamily of non-enzymatic polypeptides (61-68 aa), which are distinguished by low molecular weight (6-7 kDa), specific aa combination (containing high amount of cysteine) and high sulfur and metal content. Cysteine ends of metallothioneins are involved in disulfide bridges and also in metal ions. In this study, the goal is to evaluate the binding ability of 4 different isoforms of rice ( Oryza sativa ) metallothionein, to arsenic, chromium and mercury. By now, the gene coding 4 rice metallothioneins isoforms, namely OsMTI-1b, OsMTI-2b, OsMTI-3a and OsMTII-1a, which based on cysteine arrangement at their amino and, belong to types I, II, III and IV, respectively, have been produced heterologously in E.coli bacteria and along with adjoining partner; however, binding ability of these isoforms have been evaluated just in confrontation to divalent metals. In this study, in order to evaluate the binding ability of different Metallothioneins to Cr 3+ , Cr 6+ and As 3+ (as 3- and 6-valent metals) metals and finally Hg 2+ , which has high importance in being toxic, we planned tests in two inter- and intra-cellular level. In intra-cellular level, we drew the growth curve for strains, expressing recombinant proteins, and control strain, in existence of desired metals, and decrease level of these metals from the cell culture, were measured by Atomic Absorption Spectrophotometer. Results showed that expression of recombinant proteins within the expressing strains, caused increase in relative resistance, but differently, and of course more decrease of metals from cell culture media, comparing to control strains, which, in general view, showed the impact of strains expressing various metallothionein isoforms in this level of experiment in the form of R-MTI?R-MTII?R-MTIII?R-MTIV when exposed to Hg 2+ , in the form ofR-MTI?R-MTIII?R-MTII?R-MTIV andR-MTI?R-MTIII?R-MTII?R-MTIV, when exposed to Cr 3+ and Cr 6+ , respectively, and finally in the form of R-MTI?R-MTII?R-MTIII?R-MTIV when exposed to As 3+ in the cell culture media. In order to identify the binding ability of these isoforms to mentioned metals in vitro, first high amount of recombinant protein was produced in cell culture containing ZnSO 4 metal and was purified by using two stages of affinity chromatography and gel filtration. In order to produce Apo protein and in fact omit the ZnSO 4 metal, the method of making the culture acidic was used; the isolated metals were omitted by gel filtration and then protein was exposed high amount of As 3+ , Cr 3+ , Cr 6+ and Hg 2+ and again in order to omit the unbounded metals, gel filtration was done. Besides evaluation of change in absorbance pattern, the binding strength of these metals were evaluated by a competitive reaction with Elman reagent. Results showed that first, in vitro the possibility of binding of metal to metallothioneins exist, however metals bind to various isoforms with different binding strength. So that in this step of experiment this binding strength was identified for recombinant MTI protein as Hg 2+ As 3+ Cr 3+ Cr 6+ , for MTII as Hg 2+ Cr 3+ As 3+ Cr 6+ , for MTIII as Hg 2+ Cr 3+ Cr 6+ As 3+ and finally for MTIV as Hg 2+ Cr 3+ Cr 6+ As 3+ . Keywords : Metallothionein, Protein Expression, Growth Curve, Affinity Chromatography, Gel Filtration, Elman Reagent
متالوتیونین ها (MTs) یک خانواده پروتئینی با وزن مولکولی پایین و غنی از سیستئین هستند که در گیاهان، جانوران، قارچ هاو سیانوباکتری ها یافت می‌شوند. این خانواده پروتئینی نقش مهمی در هوموستازی فلزات از طریق اتصال به فلزات به عهده‌دارند. اخیراً نقش این پروتئین‌ها در محافظت سلول در برابر استرس‌های اکسیداتیو نیز گزارش‌شده است. در گیاهان ایزوفرم‌های مختلفی از MT وجود دارد که بر اساس آرایش سیستئین‌ها در دو انتهای آمینو و کربوکسی به چهار تیپ مختلف تقسیم می‌شوند. تاکنون ژن کد کننده 4 ایزوفرم متالوتیونین برنج به نام های OsMTI-1b، OsMTI-2b، OsMTI-3aو OsMTII-1a که به ترتیب بر اساس آرایش سیستئین در انتهای آمینو به 4 تیپI، II، IIIو IV تعلق دارندبه‌صورت هترولوگ در باکتری E.coli و به همراه شریک الحاقی GST تولید شدند؛ بااین‌وجود قابلیت اتصال این ایزوفرم ها تنها با فلزات دو ظرفیتی مورد ارزیابی قرارگرفته است. در این مطالعه به‌منظور ارزیابی قابلیت اتصال ایزوفرم های مختلف متالوتیونین به فلزات Cr 3+ ، Cr 6+ ، As 3+ (به‌عنوان فلزات با ظرفیت‌های 3 و 6) و درنهایت Hg 2+ که از درجه اهمیت بالایی ازلحاظ سمیت برخوردار است،اقدام به طراحی آزمایش در دو سطح این‌ویترو این‌ویوو کردیم. در سطح این‌ویوو اقدام به ترسیم منحنی رشد سویه های بیان‌کننده پروتئین های نوترکیب و سویه شاهد در حضور فلزات هدف و همچنین میزان کاهش این فلزات از محیط کشت سلولی از طریق دستگاه طیف‌سنج جذب اتمی کردیم. نتایج حاکی از آن هست که بیان پروتئین های نوترکیب در سویه های بیان‌کننده باعث افزایش مقاومت نسبی و متفاوت آن ها و به طبع کاهش بیشتر فلزات هدف از فاز محیط کشت در مقایسه با سویه شاهد می شود که در یک نگاه کلی می توان نحوه تأثیر سویه های بیان‌کننده ایزوفرم های مختلف متالوتیونین در این سطح از آزمایش را در مواجهه با فلزHg 2+ ،به‌صورت R-MTI?R-MTII?R-MTIII?R-MTIV، در مواجهه با Cr 3+ وCr 6+ به ترتیب به‌صورت R-MTI?R-MTIII?R-MTII?R-MTIVو R-MTI?R-MTIII?R-MTII?R-MTIVو درنهایت در حضور As 3+ در محیط کشت سلولی به‌صورت R-MTI?R-MTII?R-MTIII?R-MTIVنشان داد. به‌منظور تعیین قابلیت اتصال این ایزوفرم ها به فلزات اشاره‌شده در سطح این ویترو ابتدا مقادیر بالایی از فرم نوترکیب پروتئین در محیط کشت حاوی فلز روی تولید و با استفاده از دو مرحله کروماتوگرافی تمایلی و فیلتراسیون ژلی مورد خالص‌سازی قرار گرفتند. به‌منظور تولید آپوپروتئین و درواقع حذف فلز روی از روش اسیدی کردن پروتئین استفاده شد؛ فلزهای جداشده با استفاده از فیلتراسیون ژلی حذف شدند سپس پروتئین در معرض مقدار بالایی از فلزات As 3+ ، Cr 3+ ،Cr 6+ وHg 2+ قرار داده شدند و مجدداً به‌منظور حذف فلزات اتصال نیافته فیلتراسیون ژلی انجام شد. علاوه بر ارزیابی تغییر در الگوی جذب، قدرت اتصال این فلزات با استفاده از یک واکنش رقابتی با معرف المن مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که اولاً در محیط این ویترو امکان اتصال فلز به متالوتیونین‌ها وجود دارد بااین‌حال فلزات باقدرت اتصال متفاوتی به ایزوفرم های مختلف اتصال یافته‌اند. به‌طوری‌که در این مرحله از آزمایش این قدرت اتصال برای پروتئین نوترکیب MTI به‌صورتHg 2+ ?As 3+ ?Cr 3+ ?Cr 6+ در مورد MTIIبه‌صورت Hg 2+ ?Cr 3+ ?As 3+ ?Cr 6+ ، در خصوص MTIII به‌صورت Hg 2+ ?Cr 3+ ?Cr 6+ ?As 3+ و درنهایت در مورد پروتئین نوترکیب MTIV به‌صورت Hg 2+ ?Cr 3+ ?Cr 6+ ?As 3+ مشخص شد. کلمات کلیدی: متالوتیونین، بیان پروتئین، منحنی رشد، کروماتوگرافی تمایلی، فیلتراسیون ژلی، معرف المن

ارتقاء امنیت وب با وف بومی