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        Autotaxin蛋白修飾性位點(diǎn)的生物信息學(xué)預(yù)測(cè)*

        2017-07-31 11:03:22潘薇薇曹鵬程梁雅麗謝海軍
        生物學(xué)通報(bào) 2017年9期
        關(guān)鍵詞:信息學(xué)糖基化磷酸化

        曹 睿 趙 邑 潘薇薇 曹鵬程 梁雅麗 謝海軍

        (山西省生物研究所 山西太原 030000)

        0 引言

        Autotaxin(ATX)蛋白1992年首次在人的黑色素瘤細(xì)胞系A(chǔ)2058中發(fā)現(xiàn)[1],是一種自分泌活性因子,是分子量為126-kDa的糖蛋白。能夠以溶血磷脂酰膽堿(1ysophosphatidyIcholine,LPC)為底物催化生成溶血磷脂酸(1ysophosphatidic acid,LPA),表現(xiàn)出磷酸二酯酶活性,被歸為磷酸二酯酶家族(ENPP2 家族)[2]。除了磷酸二酯酶活性外,Autotaxin蛋白還同時(shí)具有焦磷酸酶和 ATP酶活性[3]。Autotaxin在腫瘤細(xì)胞中對(duì)腫瘤的發(fā)生和發(fā)展,特別是腫瘤的遷移起著重要作用,其抑制劑的開發(fā)并被認(rèn)為可能為治療腫瘤提供方法[4]。在Autotaxin蛋白的催化結(jié)構(gòu)域中一些氨基酸的糖基化至關(guān)重要,已有研究表明Asn524的糖基化對(duì)于Autotaxin蛋白發(fā)揮活性是必需的。例如:在脂肪細(xì)胞中,Asn53和Asn410的N端糖基化對(duì)于Autotaxin的分泌和活性很重要[4-5]。因此研究Autotaxin蛋白的磷酸化、糖基化等催化位點(diǎn)非常重要,可以采取生物信息學(xué)手段完成預(yù)測(cè)工作,為進(jìn)一步挖掘其生物學(xué)意義提供理論基礎(chǔ)和研究思路。

        1 材料與方法

        1.1 材料 人Autotaxin蛋白fasta格式數(shù)據(jù)來自NCBI蛋白數(shù)據(jù)庫,全長 915 aa,GenBank號(hào)為:AAA64785.1。

        1.2 方法 Autotaxin蛋白的磷酸化位點(diǎn)分析分別利用軟件 DISPHOS 1.3[6]、PhosphoSitePlus[7]、KinasePhos[8]、Scansite[9]、NetPhosk[10]、Musite[11]進(jìn) 行預(yù)測(cè),這些軟件是現(xiàn)今比較常用的磷酸化位點(diǎn)預(yù)測(cè)軟件。

        Autotaxin(ATX)蛋白的糖基化位點(diǎn)(N-型、O-型)分別用 NetNGlyc1.0[12]、Uniprot數(shù)據(jù)庫、NetOGlyc4.0[13]、YinOYang[14]1.2 軟件進(jìn)行預(yù)測(cè)。 各數(shù)據(jù)庫軟件參數(shù)如無特別說明均取默認(rèn)值(表1)。

        表1 預(yù)測(cè)工具軟件簡(jiǎn)介

        2 結(jié)果與分析

        2.1 磷酸化位點(diǎn)分析結(jié)果 6款軟件預(yù)測(cè)的所有磷酸化位點(diǎn)中,有4款軟件同時(shí)預(yù)測(cè)到的位點(diǎn)有 2個(gè),分別是:S-330,T-328;有 3款軟件同時(shí)預(yù)測(cè)到的位點(diǎn)有3個(gè),分別是:S-860,S-861,T-333;有2款軟件同時(shí)預(yù)測(cè)到的位點(diǎn)有12個(gè),分別是:S-58,S-302,S-308,S-326,S-327,S-729,S-741,S-865,T-210,T-288,T-83,T-368(表 2)。

        6款預(yù)測(cè)軟件中,DISPHOS 1.3預(yù)測(cè)的全部結(jié)果均與其他軟件預(yù)測(cè)結(jié)果重合,其次,預(yù)測(cè)重復(fù)率較 高 的 軟 件 有 :Scansite、Musite、PhosphoSitePlus。預(yù)測(cè)結(jié)果最多的為NetPhosk,KinasePhos預(yù)測(cè)結(jié)果中重復(fù)預(yù)測(cè)率較低。NetPhosk是這6款軟件中預(yù)測(cè)位點(diǎn)最多的,共有Ser修飾位點(diǎn)26個(gè),Thr修飾位點(diǎn)13個(gè),Tyr修飾位點(diǎn)10個(gè)。Musite軟件預(yù)測(cè)的位點(diǎn)最少,Ser修飾位點(diǎn) 3個(gè),Thr修飾位點(diǎn) 1個(gè),Tyr修飾位點(diǎn)1個(gè)。

        表2 Autotaxin蛋白磷酸化位點(diǎn)預(yù)測(cè)

        通過對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果分析可知,絲氨酸(Ser)修飾位點(diǎn)較多,被重復(fù)預(yù)測(cè)到的有11個(gè)位點(diǎn);其次是蘇氨酸(Thr)、酪氨酸(Tyr),被重復(fù)預(yù)測(cè)到的位點(diǎn)均為3個(gè)。此外,Scansite還預(yù)測(cè)到脯氨酸(Pro354、Pro735)及亮氨酸(Leu498)修飾位點(diǎn)。

        2.2 糖基化位點(diǎn)分析結(jié)果 N型糖基化位點(diǎn)的預(yù)測(cè)通過Uniprot數(shù)據(jù)庫查詢及NetNGlyc1.0軟件預(yù)測(cè),重復(fù)被預(yù)測(cè)到的位點(diǎn)為N-54。

        O型糖基化位點(diǎn)的預(yù)測(cè)通過NetOGlyc4.0、YinOYang1.2軟件進(jìn)行,重復(fù)被預(yù)測(cè)到的位點(diǎn)為O-695、O-696、O-712。

        3 討論

        蛋白質(zhì)翻譯后修飾對(duì)細(xì)胞的調(diào)控機(jī)制起重要作用,它能影響蛋白的多種屬性,包括蛋白質(zhì)折疊、活性及最終功能[15]。蛋白質(zhì)的磷酸化和糖基化的過程為:蛋白質(zhì)在蛋白激酶催化下將磷酸集團(tuán)由ATP轉(zhuǎn)移到目標(biāo)蛋白質(zhì)上,將低聚糖轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)骨架上,主要的生物學(xué)功能有:信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、酶活性調(diào)節(jié)、新陳代謝、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性與溶解度,抗原性、蛋白質(zhì)靶標(biāo)、細(xì)胞-細(xì)胞相互作用等[16]。真核生物磷酸化位點(diǎn)一般有絲氨酸,蘇氨酸,酪氨酸。其中,絲氨酸和蘇氨酸是最常見的磷酸化位點(diǎn)[17],因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)末端含有羥基,羥基很活潑,可以與磷酸基團(tuán)結(jié)合。所以說,蛋白質(zhì)中如果某個(gè)絲氨酸很保守的話,很大程度上就是磷酸化位點(diǎn)。

        本研究利用生物信息學(xué)軟件對(duì)Autotaxin蛋白進(jìn)行磷酸化和糖基化位點(diǎn)預(yù)測(cè)。大部分生物信息學(xué)軟件的設(shè)計(jì)思路是基于已有數(shù)據(jù)的匯集,結(jié)合數(shù)學(xué)模型的設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的集成開發(fā)而成。已有實(shí)驗(yàn)或文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的提供可使預(yù)測(cè)結(jié)果具有可靠性高、可重復(fù)性強(qiáng)、可驗(yàn)證性高的優(yōu)勢(shì),缺點(diǎn)是較少提供新的數(shù)據(jù)集,科學(xué)合理的數(shù)學(xué)模型和訓(xùn)練集可彌補(bǔ)此缺陷。

        本研究磷酸化位點(diǎn)預(yù)測(cè)中使用到的軟件,大部分利用的是隱馬爾科夫模型(DISPHOS 1.3、KinasePhos)[18-19],NetPhosk 則采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法[20],Musite采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法。從軟件本身預(yù)測(cè)結(jié)果及被其他軟件重復(fù)預(yù)測(cè)到的比例看,預(yù)測(cè)準(zhǔn)確 率 排 序 為 :DISPHOS 1.3、Scansite、Musite、Net-Phosk、PhosphoSitePlus、KinasePhos。 從重復(fù)被預(yù)測(cè)到的結(jié)果看,12個(gè)位點(diǎn)中有 5個(gè)位點(diǎn)(Y-83、T-210、T-288、S-302、S-308)是文獻(xiàn)中有明確報(bào)道為磷酸化位點(diǎn)的。不同的數(shù)學(xué)模型、算法對(duì)于預(yù)測(cè)結(jié)果的影響是較為顯著的。因此,在初步篩選數(shù)據(jù)集階段,應(yīng)該嘗試多軟件、換參數(shù)等方式,達(dá)到數(shù)據(jù)集盡可能精確、可驗(yàn)證的目的。為實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證提供重要的依據(jù)和基礎(chǔ)。

        4 結(jié)論

        識(shí)別蛋白質(zhì)修飾的傳統(tǒng)方法中質(zhì)譜、磷酸鹽標(biāo)記等實(shí)驗(yàn)手段能檢測(cè)的修飾活性位點(diǎn)十分有限,費(fèi)時(shí)費(fèi)財(cái),產(chǎn)出較慢。本項(xiàng)目采用高效、可靠的生物信息學(xué)手段,對(duì)Autotaxin蛋白質(zhì)修飾活性位點(diǎn)預(yù)測(cè),為其抑制劑的開發(fā)提供潛在靶點(diǎn)。

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