Homology pyruvát:feredoxin oxidoreduktázy z hydrogenosomů Trichomonas vaginalis

• Thesis title in Czech: Homology pyruvát:feredoxin oxidoreduktázy z hydrogenosomů Trichomonas vaginalis
• Thesis title in English: Pyruvate:ferredoxin oxidoreductase homologues ; from Trichomonas vaginalis hydrogenosomes
• Key words: Trichomonas vaginalis, hydrogenosom, pyruvát:feredoxin oxidoreduktáza,
• English key words: Trichomonas vaginalis, hydrogenosome, pyruvate:ferredoxin oxidoreductase,
• Academic year of topic announcement: 2009/2010
• Thesis type: diploma thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Parasitology (31-161)
• Supervisor: doc. RNDr. Ivan Hrdý, Ph.D.
• Author: hidden - assigned by the advisor
• Date of registration: 30.11.2009
• Date of assignment: 30.11.2009
• Date of electronic submission: 04.05.2012
• Date of proceeded defence: 01.06.2012
• Opponents: Mgr. Pavel Doležal, Ph.D.

Preliminary scope of work

Oxidativní dekarboxylace pyruvátu je důležitá reakce v metabolismu organismů vedoucí ke konzervaci energie. Enzym katalyzující tuto reakci u některých anaerobních či mikroaerofilních eukaryotních a prokaryotních organismů se nazývá pyruvát:feredoxin oxidoreduktáza (PFO). PFO obsahuje železo-sirné skupiny a váže tiamin pyrofosfát (TPP). V reakci katalyzované pomocí PFO, která může být i reverzibilní, vznikají z pyruvátu a CoA produkty acetyl‑CoA, CO₂ a uvolňují se dva elektrony. Tyto elektrony předává PFO nízkomolekulárním proteinovým přenašečům. Ve většině případů jsou tyto přenašeče feredoxiny, popřípadě flavodoxiny jako je tomu u bakterií fixujících dusík.
Jeden z organismů vlastnící PFO jsou trichomonády, většinou parazitičtí či endosymbiotičtí anaerobní prvoci. PFO trichomonád se nachází v hydrogenosomech, organelách mitochondriálního typu. A právě PFO je jeden z klíčových enzymů v metabolismu hydrogenosomů Trichomonas vaginalis, sexuálně přenosného parazita člověka.
PFO T. vaginalis je velmi důležitý enzym i co se lékařského významu týče. PFO je dle všeobecně přijímaného konceptu jeden z klíčových enzymů vystupující při aktivaci antimikrobiálních léčiv proti trichomoniáze 5-nitroimidazolů, mezi které patři i metronidazol.
V genomu T. vaginalis bylo identifikováno celkem sedm PFO genů, které byly pojmenovány PFO A, B1, B2, C, D, E a F. PFOD má ze všech paralogů PFO v T. vaginalis nejdelší a zároveň nejodlišnější sekvenci. Tato skutečnost nás vedla k podrobnějšímu zkoumání proteinu PFOD a snaze zjistit jeho aktivitu, funkci a míru exprese v buňkách Trichomonas vaginalis, a to jak u parentního kmene, tak kmene rezistentního k metronidazolu. Rovněž jsme chtěli určit vztah PFOD k alternativním oxidoreduktázám 2-keto kyselin, jejichž aktivita byla před časem v hydrogenosomu nalezena, aniž by byly identifikovány příslušné proteiny.

Preliminary scope of work in English

Oxidative decarboxylation of pyruvate is a fundamental reaction of living organisms in general, leading to energy conservation. In some anaerobic or microaerophilic eukaryotic or prokaryotic organisms pyruvate decarboxylation is carried out by a single enzyme, pyruvate:ferredoxin oxidoreductase (PFO). PFO contains Fe-S clusters and thiamin pyrophosphate cofactor (TPP).
In the reaction catalyzed by PFO, from pyruvate and Co-A arise acetyl-CoA, CO₂, and two electrons are released. Those electrons are accepted by low molecular carrier proteins. Most frequently these proteins are ferredoxins or flavodoxins such as in nitrogen fixating bacteria. PFO can perform a reversible reaction.
Trichomonads are mostly parasitic or endosymbiotic organisms with mitochondria‑like organelles, hydrogenosomes. These organelles possess PFO which is one of the key enzymes in the metabolism of Trichomonas vaginalis hydrogenosomes.
PFO of T. vaginalis, a sexually transmitted pathogen of man, plays also a role in a term of medical importance. PFO is, by a universally accepted concept, one of the key proteins acting in the activation of antimicrobial drugs against trichomoniasis 5‑nitroimidazoles, including metronidazole.
In the genome of T. vaginalis seven PFO genes were identified. They were named PFO A, B1, B2, C, D, E and F. PFOD has the longest and the most diverse nucleotide sequence of all paralogs. This led us to a more detailed examination of protein PFOD and to an attempt to determine its activity, function and level of expression in cells of Trichomonas vaginalis, both in the parent strain, and the strain resistant to metronidazole. We also wanted to determine the relation of PFOD to alternative 2-keto acid oxidoreductases. Such activity was previously found in hydrogenosomes, but without identification of the corresponding proteins.