Identification and Molecular Characterization of a Serine Protease Inhibitor Gene in the Khapra Beetle Trogoderma granarium

Yıl 2024, Cilt: 7 Sayı: 5, 982 - 987, 15.09.2024

Aslı Dağeri

https://doi.org/10.34248/bsengineering.1519923

Öz

Böcek Serin Proteaz İnhibitörleri (BSPİ’ler), çeşitli proteaz aracılı aktiviteleri düzenlemek için önemlidir ve metabolizma, metamorfoz, üreme ve bağışıklıkta kritik rol oynarlar. BSPİ üyesi olan Serpin’ler, yüksek ökaryotlarda en önemli proteaz inhibitör ailesi olarak tanınmaktadır ve çok çeşitli biyolojik işlevlere sahiptirler. Serpin’ler Toll yolağı, profenoloksidaz kaskadı, gelişim, bağışıklık ve üreme gibi süreçlerde yer alır. Bu çalışmada, kapra böceği Trogoderma granarium (Everts) (Coleoptera: Dermestidae)’da bulunan serpin geni, transkriptomik ve biyoinformatik metodolojiler kullanılarak tanımlanmış ve karakterize edilmiştir. T. granarium'dan cDNA kütüphanesi oluşturmada BGISEQ-500 platformu kullanılmış ve bu da yeni bir Serin Proteaz İnhibitör geninin (TgSPI)'nin tanımlanmasına ve karakterize edilmesine aracı olmuştur. Dizi analizi, TgSPI'nin Serin Proteaz Inhibitör (SPİ) süper ailesi içinde sınıflandığını doğrulamıştır. TgSPI proteaz inhibisyonu için gerekli olan, C-terminal ucuna yakın bir Reaktif Merkez Döngüsü (RMD) dahil olmak üzere korunmuş özelliklere sahiptir. TgSPI'nin filogenetik analizi ve 3D yapı modellemesi sırasıyla MEGA6 yazılımı ve Phyre2 Protein Katlanması Tanıma Sunucusu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Filogenetik analiz, TgSPI'yi Coleoptera BSPİ’leri kümesi içinde konumlandırmış ve evrimsel kökenini desteklemiştir. TgSPI'nin öngörülen üçüncül yapı modellemesi, latant durumda olan conserpin ile benzerlik göstermiştir. Bu çalışma, kapra böceği TgSPI'nin evrimsel kalıpları ve yapısal-işlevsel yönleri hakkında temel bilgiler sağlamakta ve sürdürülebilir zararlı kontrol stratejilerini amaçlayan ileri genetik ve fonksiyonel çalışmalar için umut verici bir hedef olarak TgSPI'nin olası rolünü vurgulamaktadır.

Anahtar Kelimeler

Böcek Serin Proteaz İnhibitörü, Gen karakterizasyonu, Kapra böceği, Serpin

Identification and Molecular Characterization of a Serine Protease Inhibitor Gene in the Khapra Beetle Trogoderma granarium

Öz

Insect serine protease inhibitors (ISPIs) are essential for regulating various protease-mediated activities and play crucial roles in metabolism, metamorphosis, reproduction, and immunity. As a member of the ISPIs, serpins are recognized as the most essential protease inhibitor family in higher eukaryotes, encompassing a diverse array of biological functions. They are involved in the Toll pathway, the prophenoloxidase cascade, development, immunity, and reproduction in insects. In this study, a serpin from the khapra beetle, Trogoderma granarium (Everts) (Coleoptera: Dermestideae) was identified and characterized using both transcriptomic and bioinformatics methodologies. The BGISEQ-500 platform was used to construct a cDNA library from T. granarium, which led to the identification and characterization of a novel Serine Protease Inhibitor gene (TgSPI). Sequence analysis confirmed TgSPI's classification within the serine protease inhibitor (SPI) superfamily. It has conserved features, including a Reactive Center Loop (RCL) close to the C-terminal end, which is essential for protease inhibition. Phylogenetic analysis and 3D structure modeling of TgSPI were performed using MEGA6 software and the Phyre2 Protein Fold Recognition Server, respectively. The phylogenetic analysis positioned TgSPI within a cluster of Coleopteran insect SPIs (ISPIs), supporting its evolutionary lineage. Predicted tertiary structure modeling of TgSPI revealed similarity to conserpin in the latent state. This study provides foundational information on the evolutionary patterns and structural-functional aspects of TgSPI in the khapra beetle and highlights probable role of TgSPI as a promising target for further genetic and functional studies aimed at sustainable pest control strategies.

Anahtar Kelimeler

Gene characterization, Insect serine protease inhibitor, Khapra beetle, Serpin

Kaynakça

• Chamankhah M, Braun L, Visal-Shah S, O’Grady M, Baldwin D, Shi X, Hegedus DD. 2003. Mamestra configurata serpin-1 homologues: cloning, localization and developmental regulation. Insect Biochem Mol Biol, 33(3): 355-369.
• Charron Y, Madani R, Combepine C, Gajdosik V, Hwu Y, Margaritondo G, Vassalli JD. 2008. The serpin Spn5 is essential for wing expansion in Drosophila melanogaster. Int J Dev Biol, 52(7): 933-942.