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        大鼠單核細(xì)胞趨化蛋白-1基因的生物信息學(xué)分析

        2019-05-14 08:59:55吳桂梅趙小峰汪瑤金磊賀玲
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2019年1期
        關(guān)鍵詞:趨化信號肽單核細(xì)胞

        吳桂梅 趙小峰 汪瑤 金磊 賀玲

        摘要[目的]對大鼠單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)基因編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析。[方法]利用生物信息學(xué)方法對大鼠MCP-1基因編碼的蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并分析該基因與其他物種的生物進(jìn)化關(guān)系。[結(jié)果]大鼠MCP-1基因與小鼠的親緣關(guān)系最近;大鼠MCP-1蛋白是一個穩(wěn)定的親水性堿性蛋白,分子式為C721H1175N197O223S9,理論等電點為9.20,由8.78%的α-螺旋、35.81%的折疊延伸鏈、55.41%的無規(guī)則卷曲組成,有1個SCY結(jié)構(gòu)域;該蛋白可能的信號肽剪切位點在第17位點處。[結(jié)論]MCP-1蛋白是一個穩(wěn)定的親水性分泌蛋白。該研究結(jié)果可為MCP-1的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

        關(guān)鍵詞單核細(xì)胞趨化蛋白-1;生物信息學(xué)分析;大鼠;基因

        中圖分類號Q343.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

        文章編號0517-6611(2019)01-0093-03

        doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.029

        開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識碼(OSID):

        單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocytechemotacticprotein-1,MCP-1/CCL2)是趨化細(xì)胞因子CC亞家族中的一員[1]。MCP-1由多種類型細(xì)胞生成,包括上皮、內(nèi)皮、平滑肌、成纖維細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、單核細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞,并且它能募集單核細(xì)胞、記憶T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞至損傷和感染的組織,這些細(xì)胞對末梢循環(huán)和組織中的抗病毒免疫應(yīng)答起著非常重要的作用。由此可見,MCP-1的分布比較廣泛,在不同的組織中都發(fā)揮著重要作用。研究顯示MCP-1在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、腎病綜合征、急性冠狀動脈綜合征、腫瘤等疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[2-5]。此外,在癲癇、腦缺血、阿爾茨海默病、自身免疫性腦脊髓炎-1和創(chuàng)傷性腦損傷中,MCP-1在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)增加,但其具體病理生理機(jī)制尚不完全清楚[6-9]。

        大鼠基因組與人類基因組相似度較高,且大鼠方便取材,被廣泛應(yīng)用于各種醫(yī)學(xué)實驗研究。研究大鼠MCP-1的各種性質(zhì)對研究MCP-1的功能具有重要的意義,目前尚無關(guān)于大鼠MCP-1蛋白結(jié)構(gòu)的相關(guān)報道,對大鼠MCP-1進(jìn)行生物信息學(xué)分析,以期為研究該基因的調(diào)控機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

        1材料與方法

        1.1材料

        登錄美國國家生物技術(shù)信息中心(NationalCenterforBioteehnologyInformation,NCBI)的GenBank(http:∥www.ncbi.him.nih.gov/Genbank/),檢索人Homosapiens(NP_002973.1)、貓F(tuán)eliscatus(XP_003996605.1)、牛Bostaurus(NP_776431.1)、狼Canislupusfamiliaris(NP_001003297.1)、馬Equuscaballus(NP_00107500.1)、獼猴Macacamulatta(NP_001027993.1)、小鼠Musmusculus(NP_035463.1)、豬Susscrofa(NP_999379.1)、兔Oryctolaguscuniculus(NP_001075763.1)、大鼠Rattusnorvegicus(NP_113718.1)、豚尾猴Macacanemestrina(NP_001292836.1)的MCP-1基因的cDNA序列和蛋白序列。

        1.2方法

        利用Mega軟件程序?qū)Υ笫蠹捌渌锓N的MCP-1基因的cDNA序列和蛋白序列進(jìn)行同源比對;通過http:∥www.expasy.eh/tools/prot-param.html網(wǎng)站對大鼠MCP-1蛋白的理化性質(zhì)進(jìn)行分析;利用http:∥npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_gor4.html網(wǎng)站分析大鼠MCP-1蛋白的二級結(jié)構(gòu);利用http:∥www.ebs.dtu.dk/servies/SignalP網(wǎng)站預(yù)測MCP-1蛋白的信號肽;利用http:∥smart.embl-heidelberg.de/網(wǎng)站預(yù)測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域;利用http:∥swissmodel.expasy.Ors/網(wǎng)站預(yù)測MCP-1蛋白的高級結(jié)構(gòu);利用Strings數(shù)據(jù)庫做蛋白質(zhì)相互作用分析。

        2結(jié)果與分析

        2.1MCP-1蛋白分子進(jìn)化分析

        將不同來源的基因編碼蛋白序列調(diào)入Mega軟件程序進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析,其結(jié)果見圖1,進(jìn)化樹總體分為兩支,大鼠和小鼠成為一支,親緣關(guān)系最為密切,人類與其他8個物種成為獨立的大分支。

        2.2MCP-1理化性質(zhì)分析

        蛋白質(zhì)的某些理化性質(zhì)是蛋白質(zhì)鑒定、提取、純化的基本依據(jù)。對大鼠MCP-1的理化性質(zhì)預(yù)測,結(jié)果顯示,MCP-1分子式為C721H1175N197O223S9,由148個氨基酸組成,相對分子質(zhì)量為16459.9,理論等電點為9.20,該蛋白由20種氨基酸組成,其中Thr、Ser、Val含量較高,分別占12.2%、11.5%、9.5%。帶負(fù)電荷的氨基酸殘基數(shù)(天冬氨酸、谷氨酸)為11個,帶正電荷的氨基酸殘基數(shù)(精氨酸、賴氨酸)為17個。不穩(wěn)定指數(shù)為39.13,推定該蛋白為穩(wěn)定蛋白??偲骄H水性為-0.110,預(yù)測該蛋白是親水蛋白。

        2.3MCP-1二級結(jié)構(gòu)分析

        利用在線蛋白質(zhì)分析系統(tǒng)得到大鼠MCP-1的二級結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果。由圖2可知,大鼠MCP-1由8.78%的α-螺旋、35.81%的折疊延伸鏈、55.41%的無規(guī)則卷曲組成。這為預(yù)測其三級結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)的功能提供了一定的參考依據(jù)。

        2.4MCP-1結(jié)構(gòu)域分析

        通過結(jié)構(gòu)域預(yù)測可知大鼠MCP-1含有1個SCY結(jié)構(gòu)域。由圖3結(jié)構(gòu)域預(yù)測結(jié)果可知,大鼠MCP-1在31~90位置處有1個SCY結(jié)構(gòu)域。

        2.5MCP-1信號肽分析

        對大鼠MCP-1的信號肽預(yù)測結(jié)果見圖4。由圖4的預(yù)測結(jié)果可以看出第17~18位點處S值陡峭,Y值最高并且具有高C值,是最可能的剪切位點。

        2.6MCP-1三級結(jié)構(gòu)預(yù)測

        對大鼠MCP-1的三級結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測,結(jié)果見圖5。

        2.7MCP-1蛋白相互作用分析

        對大鼠MCP-1與其他蛋白質(zhì)的相互作用進(jìn)行分析,結(jié)果見圖6。

        3討論

        MCP-1促進(jìn)單核細(xì)胞的趨化,以及其他一些和趨化相關(guān)的細(xì)胞事件,包括Ca2+流出和整合素表達(dá)。MCP-1還是單核細(xì)胞細(xì)胞因子表達(dá)的弱誘導(dǎo)物,在高濃度時,能引發(fā)呼吸道破裂,導(dǎo)致活性氧的生成[10-12]。此外,MCP-1還是一個連接外圍炎癥與神經(jīng)興奮過度的關(guān)鍵分子。MCP-1通過與其受體CCR2結(jié)合參與炎癥反應(yīng)、血管生成和損傷修復(fù)等過程[12]。不過MCP-1在各種疾病中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制還需要更深入的研究。該研究通過蛋白質(zhì)相互作用分析發(fā)現(xiàn)MCP-1與CCL3、CCL7、CCL22、CCR5等分子存在相互作用,這為進(jìn)一步研究MCP-1在不同疾病中的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制提供了一定的基礎(chǔ)。

        蛋白質(zhì)的某些理化性質(zhì)是蛋白質(zhì)鑒定、提取、純化的基

        本依據(jù)。通過蛋白質(zhì)理化性質(zhì)預(yù)測結(jié)果推測,大鼠MCP-1

        是一個穩(wěn)定的親水性堿性蛋白。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)

        構(gòu)及蛋白功能的基礎(chǔ),通過二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測能為三級結(jié)構(gòu)的預(yù)測提供指導(dǎo)。此外,使用預(yù)測的二級結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行二硫鍵預(yù)測能夠提高二硫鍵結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確率[13],這將有利于今后蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的預(yù)測。從對信號肽分析結(jié)果中可知,大鼠MCP-1有信號肽并且預(yù)測出信號肽的剪切位點在第17位點處。信號肽是蛋白質(zhì)的一部分,位于分泌蛋白N端。對信號肽進(jìn)行改造能夠提高外源蛋白表達(dá)量[14],該分析為大鼠MCP-1蛋白表達(dá)量提高的設(shè)計提供了參考依據(jù)。

        MCP-1是炎癥反應(yīng)的一個關(guān)鍵因子,通過生物信息學(xué)方法對其進(jìn)行研究,可為研究MCP-1在不同條件下的功能及其在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)中的作用提供必要的信息,也可為MCP-1相關(guān)的疾病研究和疾病治療奠定一定的基礎(chǔ)。

        參考文獻(xiàn)

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