Иллюстрация распределения последовательностей ДНК и их частот в гене MEP2 у десяти видов Candida

Виды грибов рода Candida влияют на здоровье кожи человека и периодически могут приводить к таким смертельным заболеваниям, как рак кожи. Источник азота в питательной среде регулирует экспрессию гена MEP2. Белок MEP2 может регулировать количество аммония, доступного клеткам, напрямую влияя на ассимиляцию аммония. Снижение экспрессии MEP2 устраняет его потенциал индуцировать филаментацию.

Целью данной работы было изучение серийной визуализации гена MEP2 с помощью подходов CGR и FCGR. Кроме того, было исследовано влияние мутаций в штаммах C. albicans на докинг MEP2 и оксида лаурамина (LDAO). Ген MEP2 был выбран для десяти видов Candida из банка данных NCBI, чтобы сравнить последовательности ДНК с использованием традиционных методов и методов представления (CGR и FCGR). Молекулярный докинг между MEP2 и LDAO был осуществлен с помощью сервера HDOCK.

По результатам CGR, C. margitis, C. orthopsilosis, C. dubliniensis, C. theae и C. albicans имеют примерно 65% одинаковых характеристик. По результатам FCGR, между C. albicans, C. theae, C. dubliniensis, C. orthopsilosis и C. Margitis наблюдается 75% сходства. В некоторых штаммах, но не во всех, мутация в консервативной области белка вызывала изменение в стыковочном остатке LDAO с MEP2.

Протоколы CGR и FCGR считаются практичными и надежными инструментами для определения сходства белков и последовательностей ДНК. Примерно 80% существующих алгоритмов определения множественных выравниваний последовательностей аналогичны традиционным методам. Стоит отметить, что таргетированное лечение возможно, поскольку определение мутаций MEP2 имеет решающее значение при использовании Candida в качестве источника азота.

1. Nobile CJ, Johnson AD. Candida albicans biofilms and human disease. Annu Rev Microbiol. 2015;69:71–92. PMID: 26488273. PMCID: PMC4930275. https://doi.org/10.1146/annurev-micro-091014-104330

2. Biswas K, Morschhäuser J. The Mep2p ammonium permease controls nitrogen starvation-induced filamentous growth in Candida albicans Mol Microbiol. 2005;56(3):649–669. Published correction appears in Mol Microbiol. 2006;60(6):1603–1604. PMID: 15819622. https://doi.org/10.1111/j.1365-2958.2005.04576.x

3. van den Berg B, Chembath A, Jefferies D, Basle A, Khalid S, Rutherford JC. Structural basis for Mep2 ammonium transceptor activation by phosphorylation. Nat Commun. 2016;7:11337. PMID: 27088325. PMCID: PMC4852598. https://doi.org/10.1038/ncomms11337

4. Dabas N, Schneider S, Morschhäuser J. Mutational analysis of the Candida albicans ammonium permease Mep2p reveals residues required for ammonium transport and signaling. Eukaryot Cell. 2009;8(2):147–160. PMID: 19060183. PMCID: PMC2643611. https://doi.org/10.1128/EC.00229-08

5. van den Berg B, Lister S, Rutherford JC. Ammonium transceptors: novel regulators of fungal development. PLoS Pathog. 2019;15(11):e1008059. PMID: 31697784. PMCID: PMC6837285. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1008059

6. Ariz I, Boeckstaens M, Gouveia C, et al. Nitrogen isotope signature evidences ammonium deprotonation as a common transport mechanism for the AMT-Mep-Rh protein superfamily. Sci Adv. 2018;4(9):eaar3599. PMID: 30214933. PMCID: PMC6135547. https://doi.org/10.1126/sciadv.aar3599

7. Paul JA, Wallen RM, Zhao C, Shi T, Perlin MH. Coordinate regulation of Ustilago maydis ammonium transporters and genes involved in mating and pathogenicity. Fungal Biol. 2018;122(7):639–650. PMID: 29880199. https://doi.org/10.1016/j.funbio.2018.03.011

8. De Michele R, Ast C, Loqué D, et al. Fluorescent sensors reporting the activity of ammonium transceptors in live cells. Elife. 2013;2:e00800. Published correction appears in Elife. 2015;4. PMID: 23840931. PMCID: PMC3699834. https://doi.org/10.7554/eLife.00800

9. Neuhäuser B, Dunkel N, Satheesh SV, Morschhäuser J. Role of the Npr1 kinase in ammonium transport and signaling by the ammonium permease Mep2 in Candida albicans. Eukaryot Cell. 2011;10(3):332–342. PMID: 21278231. PMCID: PMC3067475. https://doi.org/10.1128/EC.00293-10

10. Boeckstaens M, Llinares E, Van Vooren P, Marini AM. The TORC1 effector kinase Npr1 fine tunes the inherent activity of the Mep2 ammonium transport protein. Nat Commun. 2014; 5:3101. PMID: 24476960. https://doi.org/10.1038/ncomms4101

11. Thind AS, Sinha S. Using Chaos-game-representation for analysing the SARS-CoV-2 lineages, newly emerging strains and recombinants. Curr Genomics. 2023;24(3):187–195. PMID: 38178984. PMCID: PMC10761335. https://doi.org/10.2174/0113892029264990231013112156

12. Joseph J, Sasikumar R. Chaos game representation for comparison of whole genomes. BMC Bioinformatics. 2006; 7:243. PMID: 16677374. PMCID: PMC1482720. https://doi.org/10.1186/1471-2105-7-243

13. Rekadwad BN, Gonzalez JM, Khobragade CN. Genomic analysis of a marine bacterium: bioinformatics for comparison, evaluation, and interpretation of DNA sequences. Biomed Res Int. 2016;2016:7215379. PMID: 27882328. PMCID: PMC5108866. https://doi.org/10.1155/2016/7215379

14. Löchel HF, Eger D, Sperlea T, Heider D. Deep learning on chaos game representation for proteins. Bioinformatics. 2020;36(1):272–279. PMID: 31225868. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btz493

15. Lichtblau D. Alignment-free genomic sequence comparison using FCGR and signal processing. BMC Bioinformatics. 2019;20(1):742. PMID: 31888438. PMCID: PMC6937637. https://doi.org/10.1186/s12859-019-3330-3

16. Dawood AA. A method utilizing an image visibility graph to portray the arrangement of genomic data sequencing, gene frequencies for the peptidoglycan-associated lipoprotein (Pal) gene in Brucella spp., and prevalence of brucellosis in Nineveh. Medicina Moderna. 2024;31(2):155–165. https://doi.org/10.31689/rmm.2024.31.2.155

17. Deschavanne PJ, Giron A, Vilain J, Fagot G, Fertil B. Genomic signature: characterization and classification of species assessed by chaos game representation of sequences. Mol Biol Evol. 1999;16(10):1391–1399. PMID: 10563018. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.molbev.a026048

18. Marini AM, Boeckstaens M, Benjelloun F, Chérif-Zahar B, André B. Structural involvement in substrate recognition of an essential aspartate residue conserved in Mep/Amt and Rh-type ammonium transporters. Curr Genet. 2006;49(6):364–374. PMID: 16477434. https://doi.org/10.1007/s00294-006-0062-5

19. Khalil MI. Molecular docking and analysis of MEP2 protein in Candida albicans membrane. EurAsian Journal of BioSciences. 2020;14(2):4373–4376.

20. Brito AS, Neuhäuser B, Wintjens R, Marini AM, Boeckstaens M. Yeast filamentation signaling is connected to a specific substrate translocation mechanism of the Mep2 transceptor. PLoS Genet. 2020;16(2):e1008634. PMID: 32069286. PMCID: PMC7048316. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008634

21. Lopes JP, Lionakis MS. Pathogenesis and virulence of Candida albicans. Virulence. 2022;13(1):89–121. PMID: 34964702. PMCID: PMC9728475. https://doi.org/10.1080/21505594.2021.2019950

22. Roberts K, Osme A, De Salvo C, et al. Candida tropicalis affects Candida albicans Virulence by limiting its capacity to adhere to the host intestinal surface, leading to decreased susceptibility to colitis in mice. J Fungi (Basel). 2024;10(4):245. PMID: 38667916. PMCID: PMC11051055. https://doi.org/10.3390/jof10040245

23. Macias-Paz IU, Pérez-Hernández S, Tavera-Tapia A, Luna-Arias JP, Guerra-Cárdenas JE, Reyna-Beltrán E. Candida albicans the main opportunistic pathogenic fungus in humans. Rev Argent Microbiol. 2023;55(2):189–198. PMID: 36411138. https://doi.org/10.1016/j.ram.2022.08.003

24. Hilal Hashoosh Q, Al-Aaraji AM. Metalloprotease genes expression in Trichophyton mentagraphytes and Trichophyton simii contains genetic variations isolated from Iraqi patients resistance to ketoconazole and amphotericin B. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2024;1325(1):012025. https://doi.org/10.1088/1755-1315/1325/1/012025