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        褐家鼠RnBMP4蛋白的生物信息學分析

        2021-05-12 09:14:54董世鵬樸忠萬金志民張雋晟
        生物化工 2021年2期
        關鍵詞:信號肽結構域位點

        董世鵬,樸忠萬,金志民,張雋晟

        (牡丹江師范學院,黑龍江牡丹江 157012)

        褐家鼠分布范圍廣、繁殖能力強、破壞力大、疫病傳染率高,已成為危害性最大的鼠種之一[1]。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bone Morphogenetic Proteins,BMPs)是轉化生長因子TGF-β超家族中最大的亞族,由Urist等研究人員首次于1965年從脫鈣骨基質中分離得到[2]。研究表明,BMPs在大部分脊椎動物組織中均有不同程度的表達,其主要誘導胚胎發(fā)育過程中成骨及軟骨的形成和修復,在神經組織、眼組織、泌尿、臟器等器官中起到定性、重塑的作用[3-5]。BMP4是BMPs家族中的一員,具有BMPs保守結構,研究人員發(fā)現(xiàn)BMP4參與調節(jié)細胞的分化及凋亡,并在形成配子方面起著重要作用[6-7],在小鼠中發(fā)現(xiàn)的BMP4可以促進其卵泡的形成及轉化[8]。本試驗以褐家鼠尾上表皮轉錄組為參考,篩選到RnBMP4基因的cDNA序列,利用生物信息學方法對RnBMP4蛋白的理化性質、跨膜結構、二級結構、三級結構、蛋白質修飾位點及同源性等方面進行分析,為研究鼠類RnBMP4功能提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 基因序列的獲取

        褐家鼠RnBMP4的cDNA序列從褐家鼠尾部皮膚轉錄組數據中獲得。以下16種動物RnBMP4氨基酸序列在NCBI數據庫中獲得:屋頂鼠(Rattus rattus,XP_032773996.1)、小家鼠(Mus musculus,AAC37698.1)、錫金小鼠(Mus pahari,XP_021059014.1)、卡氏小鼠(Mus caroli,XP_021037499.1)、非洲樹線鼠(Grammomys surdaster,XP_028614463.1)、白鼻乳鼠(Mastomys coucha,XP_031218030.1)、尼羅壟鼠(Arvicanthis niloticus,XP_034355193.1)、草原田鼠(Microtus ochrogaster,XP_026639058.1)、南蝗鼠(Onychomys torridus,XP_036055299.1)、亞洲水牛(Bubalus bubalis,NP_001277806.1)、白尾鹿(Odocoileus virginianus texanus,XP_020743815.1)、野牦牛(Bos mutus,XP_014335672.1)、以色列鼴鼠(Nannospalax galili,XP_008837774.1)、綿羊(Ovis aries,NP_001103747.1)、中國地鼠(Cricetulus griseus,XP_035309221.1)、蒼白矛吻蝠(Phyllostomus discolor,XP_028361956.1)。

        1.2 分析方法

        褐家鼠RnBMP4蛋白的生物信息學分析內容和使用的軟件及網站如表1所示。

        表1 RnBMP4蛋白的生物信息學分析方法

        2 結果與分析

        2.1 RnBMP4理化性質分析

        利用ProtParam軟件對褐家鼠RnBMP4氨基酸序列進行理化分析,結果如圖1所示。RnBMP4基因cDNA共編碼408個氨基酸,分子量46 529.72 D,理論等電點為8.57,該蛋白中含量最多的為亮氨酸,占比9.3%;含量最少的為色氨酸,占比為1.5%(圖1a)。分子式為C2046H3203N615O598S17,負電荷殘基總數為45,正電荷殘基總數為49,總原子數6 479,不穩(wěn)定指數為61.40,屬于不穩(wěn)定蛋白質,脂肪系數為76.67。ProtScale軟件分析,最大值為2.978,最小值為-3.556(圖1b),故該蛋白為親水蛋白。

        圖1 RnBMP4氨基酸組成和親水性/疏水性分析

        2.2 RnBMP4信號肽和跨膜結構

        RnBMP4蛋白信號肽和跨膜結構域預測結果如圖2所示。使用SignalP-4.1預測RnBMP4蛋白含有信號肽,位點在第23個氨基酸處(圖2a),但是該蛋白不存在跨膜結構(圖2b)。

        圖2 RnBMP4蛋白信號肽和跨膜結構域預測

        2.3 RnBMP4結構域預測

        蛋白保守序列分析如圖3所示,RnBMP4含有TGFb前肽超家族(ID:cd19391),其第41~276氨基酸之間為TGFb-propeptide的保守結構域;同時,還是BMP4超家族(ID:pfam00688),在302~408氨基酸之間,含有BMP4保守結構域。

        圖3 蛋白保守序列分析

        2.4 RnBMP4二級、三級結構預測

        利用SOPMA對RnBMP4的二級結構進行分析,結果如圖4a所示。該蛋白22.30%可能會形成螺旋(Helix),18.63%可能形成延伸鏈(Strand),1.96%可能形成轉角(Turn),57.11%為無規(guī)卷曲(Random coil),無二硫鍵的形成,沒有特殊的二級結構。用SWISS-MODEL對RnBMP4蛋白進行三級結構的預測,結果如圖4b所示:在第41~408氨基酸之間含有功能保守結構域。

        圖4 RnBMP4蛋白結構預測

        2.5 蛋白質修飾位點的預測

        通過Predict Protein預測分析:RnBMP4含有4個糖基化位點、5個酪蛋白磷酸激酶Ⅱ磷酸化位點、1個cAMP和cGMP依賴性蛋白激酶磷酸化位點、5個蛋白激酶C磷酸化位點。

        2.6 氨基酸序列同源性對比

        在NCBI數據庫中分別下載16種動物的BMP4序列,與褐家鼠RnBMP4氨基酸序列進行同源性分析,結果如圖5所示:褐家鼠RnBMP4與屋頂鼠(Rattus rattus)及錫金小鼠(Mus pahari)親緣關系較近,而與其他動物親緣關系較遠。

        圖5 RnBMP4系統(tǒng)進化樹分析結果

        3 結論

        骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bone Morphogenetic Proteins,BMPs)作為動物組織中重要的轉化生長因子,其廣泛存在于動物體中,在早期胚胎發(fā)育至成年期均有不同程度的表達[9]。本研究從褐家鼠尾部皮膚轉錄組數據中獲得并篩選出其序列信息,結果表明:RnBMP4蛋白共編碼408個氨基酸,該蛋白中含量最多的為亮氨酸,屬于不穩(wěn)定親水蛋白;含有信號肽但無跨膜結構,分別含有TGFb前肽超家族(ID:cd19391)及BMP4超家族(ID:pfam00688)的保守結構域;二級結構以無規(guī)則卷曲結構為主;經MAGA5.1分析,褐家鼠RnBMP4與屋頂鼠及錫金小鼠親緣關系較近,以上結果為進一步研究褐家鼠RnBMP4基因功能提供了一定的理論基礎。

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