Analysis of the polymorphic SER gene family in Tetrahymena Thermophila

Abstract

Tetrahymena thermophila, a free-living ciliate, displays immobilization antigens (i-ag) on its surface. These proteins are cysteine-rich and are linked to the membrane by a glycosylphosphatidylinositol (GPI) anchor. They are encoded by a family of polymorphic Ser genes. Thirteen Ser genes were characterized so far, representing only a portion of the reported i-ag. Characterization of Ser gene family is impeded by its sequence polymorphism. In this study an algorithm to select Ser candidate from T. thermophila MAC genome was developed. The Ser prediction algorithm exploited two characteristic features of Ser---repetitive cysteine pattern and GPI anchor signal. The algorithm successfully selected Ser candidates including known Ser. Ser candidates were compared to known Ser and classified into subtypes by phylogenetic analysis. Ser candidates were found to be located as gene tandem array, suggesting that Ser gene family expands via gene duplication. Ser genes located on the same tandem array may have similar gene expression profile. The Ser prediction algorithm can select Ser candidates that did not belong to previously characterized subtype. Because the algorithm does not rely on sequence similarity, it can perform Ser identification more extensively than the sequence homology approach.

Tetrahymena thermophila เป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวประเภทดำรงชีวิตอิสระ (freeliving) ชนิดหนึ่งซึ่งแสดงโปรตีน immobilization antigen (i-ag) บนผิวของมัน โปรตีนที่ผิวเหล่านี้มีกรดอะมิโน cysteine เป็นส่วนประกอบมากและยึดโยงอยู่กับเยื่อหุ้มเซลล์ด้วย glycosylphosphatidyl-inositol (GPI) โปรตีนเหล่านี้ถูก encode โดยกลุ่มยีน Ser ซึ่งเป็นกลุ่มยีนที่มีความหลากหลายทางพันธุกรรม จวบปัจจุบันนี้มีการศึกษาและอธิบายลำดับนิวคลีโอไทด์ (characterize) ของยีน Ser ไว้ทั้งสิ้น 13 ยีนซึ่งนับเป็นเพียงส่วนหนึ่งของ i-ag ทั้งหมดที่เคยมีการรายงานไว้ การศึกษาลักษณะยีน Ser ประสบปัญหาจากความหลากหลายทางพันธุกรรมในลำดับนิวคลีโอไทด์และกรดอะมิโน การศึกษานี้ได้พัฒนาอัลกอริทึมเพื่อค้นหาและคัดเลือกยีน Ser จากมาโครนิวเคลียร์จีโนมของ T. thermo-phila อัลกอริทึมสำหรับทำนายยีน Ser อาศัยลักษณะเด่นสองประการของโปรตีนที่ยีนนี้ encode ได้แก่ลำดับกรดอะมิโนที่ประกอบด้วย cysteine ซ้ำ (repetitive) และ GPI anchor signal อัลกอริทึมนี้สามารถคัดยีนกลุ่มหนึ่งเป็นตัวเลือกยีน Ser ซึ่งในกลุ่มนี้มียีน Ser ที่เคยมีการ characterize เอาไว้รวมอยู่ด้วย ตัวเลือกยีน Ser ถูกนำมาศึกษาเปรียบเทียบและจัดหมวดหมู่โดยการวิเคราะห์ด้วย phylogenetic การศึกษานี้พบยีน Ser ซึ่งไม่ถูกจัดอยู่ในกลุ่ม (subtype) เดียวกับยีน Ser ซึ่งเคยมีการ characterize เอาไว้ และพบว่ายีนในกลุ่มตัวเลือกยีน Ser อยู่เป็นกลุ่มของยีนบนโครโมโซมในลักษณะเป็น tandem array ซึ่งบ่งชี้ว่ากลุ่มยีน Ser อาจขยายขนาดกลุ่มโดยการเพิ่มชุดของยีน (gene duplication) ยีน Ser ใน tandem array เดียวกันมักมีรูปแบบของการแสดงออกคล้ายคลึงกันอัลกอริทึมนี้สามารถค้นหาและระบุยีน Ser ได้อย่างครอบคลุมกว่าวิธีการค้นหาโดยอาศัยความคล้าย คลึงของลำดับนิวคลีโอไทด์ หรือกรดอะมิโน (sequence homology)