Publication: Molecular and in silico characterization of tryptophan decarboxylase (TDC) gene from mitragyna speciosa (Kratom)
| cris.virtual.department | KOS - Department of Plant Science | |
| cris.virtual.orcid | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
| cris.virtualsource.department | 951aa224-243b-4b03-8d4f-0ad0a922a7c9 | |
| cris.virtualsource.orcid | 951aa224-243b-4b03-8d4f-0ad0a922a7c9 | |
| dc.contributor.author | Nurul Izzahtul Liyana Azman | |
| dc.contributor.supervisor | Nurul Hidayah Samsulrizal, Ph.D | |
| dc.contributor.supervisor | Zarina Zainuddin,, Ph.D | |
| dc.date.accessioned | 2026-04-06T01:36:33Z | |
| dc.date.available | 2026-04-06T01:36:33Z | |
| dc.date.issued | 2026 | |
| dc.description.abstract | Mitragyna speciosa, commonly known as kratom or “ketum”, is a tropical plant belonging to the Rubiaceae (coffee) family, predominantly found in Southeast Asia, particularly in Malaysia, Indonesia and Thailand. It is widely recognized for its medicinal properties, primarily due to mitragynine, a major psychoactive compound with stimulant and analgesic effects. Mitragynine biosynthesis involves a complex metabolic pathway in which the enzyme tryptophan decarboxylase (TDC) plays a critical role by converting tryptophan into tryptamine, a key alkaloid precursor. This study aimed to identify and characterize the TDC gene from the M. speciosa using molecular techniques and bioinformatics, focusing on its gene structure, three-dimensional modelling and mechanistic interaction, particularly the protein-ligand interaction between the TDC and tryptophan. Functional analysis revealed that the region spanning amino acid positions 57 to 430 represents a conserved TDC protein domain involved in metal-ion interaction and ligand binding within a full-length protein of 506 amino acids. The TDC gene was successfully isolated using the conventional Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB), followed by Polymerase Chain Reaction (PCR) amplification. The resulting 1,599 bp nucleotide sequence was validated via Needleman-Wunsch pairwise alignment. Phylogenetic analysis was conducted using MEGA-X, and domain prediction with INTERPRO confirmed the presence of the Pyridoxal-Dependent Decarboxylase domain, which binds pyridoxal phosphate (PLP) and is essential for catalyzing the decarboxylation of amino acids, enabling the conversion of L-tryptophan to tryptamine. Physicochemical analysis using PROTPARAM classified TDC as a polar protein with an optimum isoelectric point (pI) of 6.05. The three-dimensional structure modelling identified the AlphaFold model as the most reliable, with ERRAT quality score of 95.7983. Tunnel visualization revealed a ligand-accessible channel measuring 4.7 Å in length with a bottleneck radius of 2.25 Å, suggesting ideal path for substrate transport. Molecular docking analysis using Webina and SeamDock platforms showed that Webina provided a more stable and stronger interaction, with a binding affinity of -9.901 kcal/mol, compared to -5.4 kcal/mol for SeamDock. The protein–ligand complex was further refined using YASARA energy minimization, resulting in a reduced total potential energy of −6.688 × 10⁴ kcal/mol, indicating a stable and optimized complex structure. In conclusion, this study elucidates the functional role of TDC in the biosynthesis of tryptamine-derived alkaloids in M. speciosa. The findings provide a molecular basis for future metabolic engineering and synthetic biology studies targeting TDC to enhance the production of specific pharmaceutically important alkaloids, particularly mitragynine. | |
| dc.description.abstractarabic | ميتراجينا سبيسيوزا، المعروفة باسم الكراتوم أو "الكيتوم"، نبات استوائي ينتمي إلى فصيلة الفوّفية (القهوة)، وينتشر بشكل رئيسي في جنوب شرق آسيا، خاصةً في ماليزيا وإندونيسيا وتايلاند. يُعرف على نطاق واسع بخصائصه الطبية، ويرجع ذلك أساسًا إلى مركبها النفسي الرئيسي الميتراجينين، الذي يتميز بتأثيرات منشطة ومسكنة. يتضمن تخليق الميتراجينين مسارًا أيضيًا معقدًا، حيث يلعب إنزيم التريبتوفان ديكاربوكسيلاز (TDC) دورًا محوريًا في تحويل التريبتوفان إلى تريبتامين، وهو سلَف أساسي للقلويدات. هدفت هذه الدراسة إلى تحديد وتوصيف جين TDC منM. speciosa باستخدام التقنيات الجزيئية والمعلوماتية الحيوية، مع التركيز على بنيته الجين، والنمذجة ثلاثية الأبعاد، والتفاعل الآلي، ولا سيما التفاعل بين البروتين والربيطة مع التريبتوفان. كشف التحليل الوظيفي أن المنطقة الممتدة من الموضع 57 إلى الموضع 430 من الأحماض الأمينية تمثل نطاقًا بروتينيًا محفوظًا لإنزيم ديكاربوكسيلاز المعتمد على البيريدوكسال (TDC)، والذي يشارك في تفاعل الأيونات المعدنية وربط الليجاندات ضمن بروتين كامل الطول مكون من 506 أحماض أمينية. تم عزل جين TDC بنجاح باستخدام طريقة بروميد سيتيل تريميثيل الأمونيوم (CTAB) التقليدية، متبوعةً بتضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). تم التحقق من صحة تسلسل النيوكليوتيدات الناتج، البالغ طوله 1599 زوجًا قاعديًا، عبر محاذاة نيدلمان-وونش الثنائية. أُجري تحليل تطوري باستخدام برنامج MEGA-X، وأكد تنبؤ النطاقات باستخدام برنامج INTERPRO وجود نطاق ديكاربوكسيلاز المعتمد على البيريدوكسال، والذي يرتبط بفوسفات البيريدوكسال (PLP) وهو ضروري لتحفيز نزع الكربوكسيل من الأحماض الأمينية، مما يُمكّن من تحويل التربتوفان إلى تريبتامين. صنّف التحليل الفيزيائي الكيميائي باستخدام برنامج PROTPARAM إنزيم TDC كبروتين قطبي ذي نقطة تعادل كهربائي مثالية (pI) تبلغ 6.05. أظهر نمذجة البنية ثلاثية الأبعاد أن نموذج AlphaFold هو الأكثر موثوقية، حيث بلغت درجة جودة ERRAT 95.7983. وكشف تصوير النفق عن قناة يمكن للرابط الوصول إليها بطول 4.7 أنغستروم ونصف قطر عنق الزجاجة 2.25 أنغستروم، مما يشير إلى مسار مثالي لنقل الركيزة. وأظهر تحليل الإرساء الجزيئي باستخدام منصتي Webina وSeamDock أن Webina وفرت تفاعلًا أكثر استقرارًا وقوة، مع ألفة ارتباط تبلغ -9.901 كيلو كالوري/مول، مقارنةً بـ -5.4 كيلو كالوري/مول لـ SeamDock. وتم تحسين معقد البروتين-الرابط بشكل أكبر باستخدام تقنية YASARA لتقليل الطاقة، مما أدى إلى انخفاض إجمالي طاقة الوضع إلى -6.688 × 10⁴ كيلو كالوري/مول، مما يدل على بنية معقدة مستقرة ومُحسَّنة. في الختام، توضح هذه الدراسة الدور الوظيفي لـ TDC في التخليق الحيوي للقلويدات المشتقة من التربتامين في M. speciosa. توفر النتائج أساسًا جزيئيًا لدراسات الهندسة الأيضية والبيولوجيا التركيبية المستقبلية التي تستهدف TDC لتعزيز إنتاج قلويدات محددة ذات أهمية صيدلانية، وخاصة الميتراجينين. | |
| dc.description.callnumber | et SD 397 M58 N9743M 2026 | |
| dc.description.cpsemail | cps2u@iium.edu.my | |
| dc.description.degreelevel | Master | |
| dc.description.identifier | Thesis : Molecular and in silico characterization of tryptophan decarboxylase (TDC) gene from mitragyna speciosa (Kratom) /by Nurul Izzahtul Liyana Azman | |
| dc.description.identity | G2319572Nurulizzahtulliyanaazman | |
| dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Science (KOS) | |
| dc.description.notes | Thesis (MSC)--International Islamic University Malaysia, 2026. | |
| dc.description.physicaldescription | 1 online resource (xviii, 144 leaves) ; color illustrations. | |
| dc.description.programme | Master of Science | |
| dc.holds | Open Access | |
| dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/34043 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Kuantan, Pahang : Kulliyyah of Science, International Islamic University Malaysia, 2026 | |
| dc.rights | Jointly Owned with a third Party (S) and/or IIUM | |
| dc.subject.lcsh | Mitragyna -- Genetics | |
| dc.subject.lcsh | Tryptophan | |
| dc.title | Molecular and in silico characterization of tryptophan decarboxylase (TDC) gene from mitragyna speciosa (Kratom) | |
| dc.type | Master Theses | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oairecerif.author.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- G2319572Nurulizzahtulliyanaazman_SEC.pdf
- Size:
- 4.44 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Full text
