应用生物信息学方法筛选幽门螺杆菌疫苗候选抗原

目的：应用生物信息学分析方法筛选幽门螺杆菌新的疫苗候选抗原。方法：从TIGRCMR下载幽门螺杆菌26695和J99株全基因组序列,应用生物信息学SignalP、PredTMBB、LipoP、TMHMM、Phobius、PSORT-B和SubLoc等分析软件,筛选幽门螺杆菌新的外膜蛋白和分泌蛋白疫苗候选抗原。结果：从幽门螺杆菌26695株筛选得到54个编码β-桶型跨膜蛋白、脂蛋白或分泌表达蛋白的疫苗候选蛋白抗原,从幽门螺杆菌J99株得到61个呈现上述表达方式的疫苗候选蛋白抗原;且这2株细菌的疫苗候选蛋白呈现良好的交集状况,即有43个候选疫苗蛋白是相同的。结论：用生物信息学分析方法可以从全基因组范围内快速筛选到保守的分泌或表面暴露的疫苗候选抗原,为疫苗抗原的快速筛选与鉴定奠定了基础。     

家蝇小热休克蛋白(sHsp20.6)的生物信息学分析

研究家蝇小热休克蛋白sHsp20.6的生物学功能。方法应用生物信息学的方法和工具对家蝇sHsp20.6的理化性质、疏水性、跨膜区和信号肽、膜体分析、二级结构功能域、蛋白质的功能分类预测、多重序列比对与系统发育树构建、三级结构建模进行分析。结果表明:家蝇sHsp20.6是一个亲水蛋白,分子量为20.64kD,等电点为5.66,不具有跨膜区和信号肽,包含有一个HSP20的结构域,主要构成原件为α螺旋和无规则卷曲,三维结构预测显示该蛋白为棒状结构,C端结构域具有7个片层结构。聚类分析显示,家蝇sHsp20.6蛋白与昆虫中的直系同源小热休克蛋白(orthologoussmallheatshockprotein)聚为一类。     

幽门螺杆菌Lpp20-IL2核酸疫苗免疫活性

【目的】观察pcDNA3.1(+)/Lpp20-IL2免疫C57BL/6小鼠后所产生的体液免疫和细胞免疫应答水平,为研制高效、新型的幽门螺杆菌核酸疫苗提供实验依据。【方法】构建pcDNA3.1(+)/Lpp20-IL2重组载体,并转染HeLa细胞,用Western-blot观察鉴定其在真核细胞得到表达后免疫C57BL/6小鼠,ELISA间接法测定小鼠血清中抗Lpp20IgG抗体水平,ELISA双抗体夹心法检测脾淋巴细胞培养上清中IFN-γ、IL4水平,MTT比色法检测脾淋巴细胞增殖反应,免疫荧光组化法检测Lpp20蛋白在小鼠肌肉组织中的表达情况。【结果】成功构建了pcDNA3.1(+)/Lpp20-IL2真核表达载体,且重组质粒能在HeLa细胞内有效表达目的蛋白;小鼠接种pcDNA3.1(+)/Lpp20-IL2核酸疫苗后能产生特异性IgG抗体,8w后ELISA测定血清抗体A450值明显升高。核酸疫苗pcDNA3.1(+)/Lpp20-IL2免疫组小鼠脾淋巴细胞经特异性抗原刺激后,培养上清中IFN-γ、IL4含量明显升高。pcDNA3.1(+)/Lpp20-IL2和pcDNA3.1(+)/Lpp20核酸疫苗组小鼠脾淋巴细胞经特异性抗原刺激后,刺激指数明显高于空质粒组和PBS组。Lpp20蛋白在小鼠肌肉组织中能够有效表达。【结论】幽门螺杆菌Lpp20-IL2融合基因核酸疫苗和Lpp20单基因核酸疫苗均能刺激机体产生较强细胞免疫应答和体液免疫应答,且前者能诱导更强的细胞免疫应答。     

鮰爱德华菌外膜蛋白OmpLC基因的生物信息学分析

采用PCR方法从鮰爱德华菌基因组中扩增出外膜蛋白OmpLC基因,利用生物信息学相关软件和网络数据库,预测该基因编码产物的基本理化性质、亲疏水性、信号肽、跨膜性、二级结构、结构域及基序、以及三级结构,同时构建OmpLC同源基因的系统发育进化树。结果表明:该蛋白由360个氨基酸组成,分子量为39.407 k D,理论等电点为4.98,不稳定系数为18.26,是一种稳定的强亲水性蛋白,有信号肽,成熟蛋白无跨膜螺区。其二级结构中α螺旋、β折叠和无规则卷曲分别占6.67%、45.28%和48.06%,其空间结构为β桶状,属于OM_channels superfamily的gram_neg_porins成员。蛋白质多重序列比对和聚类分析显示,该蛋白序列与OmpLC蛋白(AEQ59632、AEQ59639)具有高度同源性,且在系统发育树上与二者聚为一簇。鮰爱德华菌OmpLC的生物信息学分析不仅为进一步探索该蛋白的功能提供参考资料,也为研究鮰爱德华菌的感染和致病机理,研制相关疫苗提供理论依据。     

乙型肝炎病毒S蛋白的序列特征分析

乙肝病毒S蛋白是病毒的包膜蛋白,与病毒进入细胞有关,它存在逆转录过程并且具有极强的潜伏性。本论文应用生物信息学分析乙肝病毒S蛋白的序列特征,利用在线分析软件预测乙肝病毒S蛋白的理化性质和亲疏水性、跨膜区域、信号肽特征、磷酸化位点、二级结构以及乙肝病毒S蛋白的最佳抗原表位形成位置等。结果显示了乙肝病毒S蛋白由226个氨基酸组成,理论等电点是8.21,为不稳定蛋白,总平均亲水性为0.649,是疏水蛋白质,并且该蛋白存在信号肽,有4个跨膜区,有30个潜在的磷酸化位点,主要二级结构为α螺旋和无规则卷曲,同时,结合乙型肝炎病毒S蛋白的序列可及性、线性表位、β转角、柔性、抗原性的预测结果,可以找到潜在的抗原表位区域,为乙型肝炎的表位疫苗研制提供重要的参考依据,有利于进一步对乙型肝炎S蛋白的抗原性进行研究。     

基于生物信息学方法预测人线粒体转录终止因子3蛋白的结构与功能

目的:基于生物信息学预测人线粒体转录终止因子3(hMTERF3)蛋白的结构与功能。方法:利用GenBank、Uniprot、ExPASy、SWISS-PROT数据库资源和不同的生物信息学软件对hMTERF3蛋白进行系统研究,包括hMTERF3的理化性质、跨膜区和信号肽、二级结构功能域、亚细胞定位、蛋白质的功能分类预测、同源蛋白质多重序列比对、系统发育树构建、三级结构同源建模。结果:软件预测hMTERF3蛋白的相对分子质量为47.97×103,等电点为8.60,不具信号肽和跨膜区;二级结构分析显示主要为螺旋和无规则卷曲,包含6个MTERF基序,三级结构预测结果与二级结构预测结果相符;亚细胞定位分析结果显示该蛋白定位于人线粒体;功能分类预测其为转运和结合蛋白,参与基因转录调控;同源蛋白质多重序列比对和进化分析显示,hMTERF3蛋白与大鼠、小鼠等哺乳动物的MTERF3蛋白具有高度同源性,在系统发育树上聚为一类。结论:hMTERF3蛋白的生物信息学分析为进一步开展对该蛋白的结构和功能的实验研究提供了理论依据。     

大肠杆菌MG1655三个膜蛋白的生物信息学分析

从NCBI数据库中检索大肠杆菌MG1655膜蛋白pspD、yiaW和yeeE的氨基酸序列,采用生物信息学在线分析软件对三种膜蛋白的理化性质、保守结构域、跨膜区、信号肽、磷酸化位点、糖基化位点及相互作用蛋白拓扑网络进行了预测分析。实验表明psp D为亲水性蛋白,分子中不存在跨膜结构,yiaW和yeeE为疏水性蛋白,分子中分别有2个和9个跨膜区;3个蛋白分子中均不存在信号肽序列,也没有磷酸化位点,pspD中有1个糖基化位点,yiaW和yeeE中分别有2个和7个糖基化位点。3个蛋白二级结构中组成最多的是α-螺旋分别占56.16%、57.94%和42.61%。三级结构的预测结果与二级结构预测一致。对其相互作用蛋白的拓扑网络预测发现,pspD属于噬菌体休克蛋白操纵子家族成员,与pspA、pspB和pspC蛋白关系最为密切,推测其可能在特殊环境中对于维持膜功能有极其重要的作用;yiaW与yiaV蛋白为膜融合蛋白(外排泵组件,信号锚,与物质外排有关),和ycdZ (DUF1097家族内膜蛋白)、nrfA (亚硝酸还原酶)、nrfD (甲酸依赖亚硝酸盐还原酶)蛋白相互作用关系最为密切。yeeE蛋白与保守蛋白yeeD和yedF为同源蛋白,关系最为密切。此外,yeeE蛋白与cysJ、Cysp、cysN、cysD等硫酸盐跨膜运输蛋白关系密切,根据前面的预测其有9个跨膜区,推测其可能与物质的跨膜转运相关。     

白及丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)基因的序列分析

丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）是植物细胞光合作用和一碳代谢的关键酶之一,研究SHMT基因的序列信息对揭示其蛋白结构与功能具有重要指导意义。从白及转录组数据库中分离得到SHMT基因（NCBI登录号：MG544187）,运用生物信息学软件对该基因进行序列分析。结果显示：该基因长度为1 953 bp,编码的蛋白质长度为471aa、分子量为51.861 06 kD、理论等电点为7.17,SHMT二级结构主要由无规则卷曲结构和α螺旋结构组成,核苷酸和氨基酸序列与铁皮石斛SHMT相似性最高,达93%,结构域分析发现该蛋白具有高度保守结构域,三级结构预测为四聚体结构,跨膜区及信号肽分析发现该蛋白无跨膜区及信号肽,亚细胞定位分析发现该蛋白主要位于细胞质、叶绿体亚细胞器位置。本分析结果为白及SHMT的应用研究提供了基础数据,也为植物SHMT基因的分子研究提供了理论依据及基础资料。     

生物信息学分析人DIXDC1基因的结构与功能

DIXDC1(dishevelled-axin domain containing 1)是新近发现的Wnt通路成员,但针对该基因的功能研究报道很少。本研究通过生物信息学方法分析了DIXDC1蛋白的理化性质、亚细胞结构定位、跨膜区和信号肽、二级结构和超二级结构,蛋白相互作用网络,及DIXDC1分子的进化保守性等。结果表明,人DIXDC1蛋白是酸性亲水蛋白,无跨膜区和信号肽,定位于细胞核和细胞质的可能性较大,主要二级结构元件是α螺旋,属于CH和DIX蛋白超家族。本研究分析得知DIXDC1具有利于蛋白间相互作用的结构特点和在多种亚细胞结构的定位特点,表明其具有更为复杂的功能,为深入研究DIXDC1的具体基因功能提供一定的参考。     

黑曲霉果胶裂解酶的生物信息分析

用生物信息方法对果胶裂解酶(PNL)基因的核酸序列及其推导氨基酸序列的组成、亚细胞定位、疏水性/亲水性以及二、三级结构等进行分析.结果表明,黑曲霉的PNL为具有一定亲水性的稳定酸性分泌蛋白,具有明显的信号肤,无跨膜结构区,保守功能结构域为Pee_lyase_C.二级结构主要构成是不规则卷曲,具有以β片层结构为基础的相似三维空间结构.     

甘蔗β-1,3-葡聚糖酶基因的电子克隆与分析

以高粱β-1,3-葡聚糖酶基因(β-1,3-glucanase gene)cDNA序列为探针,搜索甘蔗EST数据库,而后通过电子克隆技术,拼接获得甘蔗β-1,3-葡聚糖酶基因ScBG。采用生物信息学方法,对该基因编码蛋白从氨基酸组成、理化性质、跨膜结构域、卷曲螺旋、亚细胞定位、信号肽、功能域及高级结构等方面进行了预测和分析。结果表明:ScBG基因全长1270bp,包含一个长达1011bp的完整开放读码框(open reading frame,ORF),编码336个氨基酸,分子量为34.8KD,理论等电点为4.98。该蛋白质很可能是胞外定位的诱导物释放型酸性葡聚糖酶,是一种稳定的分泌蛋白,且可信度达最高等级1。该蛋白属于糖苷水解酶第17家族,含有N端信号肽,在第7～29位氨基酸处含有跨膜信号区,在第31～321位氨基酸处含有糖苷水解酶17家族结构域,含2个主要的功能结构域。10个物种ScBG蛋白氨基酸序列的同源性分析表明,甘蔗ScBG基因编码蛋白与高粱β-1,3-葡聚糖酶基因的编码蛋白的同源性最高,达79.82%。以上研究结果为ScBG基因下一步的分子克隆、功能鉴定和应用提供基础。     

黑曲霉EIM-6 pelA基因的克隆及生物信息学分析

目的:克隆黑曲霉EIM-6果胶裂解酶A基因pelA,用于分析果胶裂解酶A的功能与结构。方法与结果:根据GenBank上黑曲霉pelA保守序列设计引物,采用RT-PCR获得黑曲霉EIM-6pelA基因;序列分析表明,pelA基因具有4个内含子,开放读框为1140 bp,编码379个氨基酸残基,含有由20个氨基酸残基构成的信号肽序列;生物信息学分析表明,果胶裂解酶A为具有一定亲水性的稳定酸性分泌蛋白,具有明显的跨膜结构域,β片层结构是该蛋白的主体结构,空间结构是由反平行的β片层结构为基础包围组成的大环,保守功能区域为Pec_lyase_C结构域。结论:克隆获得黑曲霉EIM-6pelA基因,并进行了生物信息学分析,为蛋白质工程改造果胶裂解酶A奠定了基础。     

植物萜类合成酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶的生物信息学分析

采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的橡胶、烟草、辣椒、穿心莲等植物的萜类合成酶3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶的核酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、信号肽、跨膜拓朴结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级及三级结构、分子系统进化关系等进行预测和推断。结果表明该类酶基因的全长包括5′、3′非翻译区和一个开放阅读框,无信号肽,是一个跨膜的亲水性蛋白,包括两个功能HMG-CoA结合motif及两个功能NADPH结合motif,α-螺旋和不规则盘绕是蛋白质二级结构最大量的结构元件,β-转角和延伸链散布于整个蛋白质中,蛋白质的功能域在空间布局上折叠成“V”形,“V”形的两臂由螺旋状的N结构域和S结构域构成,中间部分由L结构域构成。     

Computational differentiation of N-terminal signal peptides and transmembrane helices

Signal peptides and transmembrane helices both contain a stretch of hydrophobic amino acids. This common feature makes it difficult for signal peptide and transmembrane helix predictors to correctly assign identity to stretches of hydrophobic residues near the N-terminal methionine of a protein sequence. The inability to reliably distinguish between N-terminal transmembrane helix and signal peptide is an error with serious consequences for the prediction of protein secretory status or transmembrane topology. In this study, we report a new method for differentiating protein N-terminal signal peptides and transmembrane helices. Based on the sequence features extracted from hydrophobic regions (amino acid frequency, hydrophobicity, and the start position), we set up discriminant functions and examined them on non-redundant datasets with jackknife tests. This method can incorporate other signal peptide prediction methods and achieve higher prediction accuracy. For Gram-negative bacterial proteins, 95.7% of N-terminal signal peptides and transmembrane helices can be correctly predicted (coefficient 0.90). Given a sensitivity of 90%, transmembrane helices can be identified from signal peptides with a precision of 99% (coefficient 0.92). For eukaryotic proteins, 94.2% of N-terminal signal peptides and transmembrane helices can be correctly predicted with coefficient 0.83. Given a sensitivity of 90%, transmembrane helices can be identified from signal peptides with a precision of 87% (coefficient 0.85). The method can be used to complement current transmembrane protein prediction and signal peptide prediction methods to improve their prediction accuracies.     

植物金属硫蛋白MT2的生物信息分析

用生物信息分析方法对已在GenBank上注册的拟南芥等13种植物金属硫蛋白MT2的氨基酸序列与组成、亚细胞定位、跨膜区与信号肽、疏水性／亲水性、蛋白质二、三级结构以及功能等进行分析与预测。结果表明,植物MT2主要位于叶绿体中,无信号肽,是非跨膜的亲水性蛋白,不规则卷曲是其蛋白质二级结构的主要结构元件,无功能结构域。这一结果可为植物MT2深入的结构与功能分析及利用提供进一步的信息与参考。     

Structures of the intradiskal loops and amino terminus of the G-protein receptor, rhodopsin.

The intradiskal surface of the transmembrane protein, rhodopsin, consists of the amino terminal domain and three loops connecting six of the seven transmembrane helices. This surface corresponds to the extracellular surface of other G-protein receptors. Peptides that represent each of the extramembraneous domains on this surface (three loops and the amino terminus) were synthesized. These peptides also included residues which, based on a hydrophobic plot, could be expected to be part of the transmembrane helix. The structure of each of these peptides in solution was then determined using two-dimensional 1H nuclear magnetic resonance. All peptide domains showed ordered structures in solution. The structures of each of the peptides from intradiskal loops of rhodopsin exhibited a turn in the central region of the peptide. The ends of the peptides show an unwinding of the transmembrane helices to form this turn. The amino terminal domain peptide exhibited alpha-helical regions with breaks and bends at proline residues. This region forms a compact domain. Together, the structures for the loop and amino terminus domains indicate that the intradiskal surface of rhodopsin is ordered. These data further suggest a structural motif for short loops in transmembrane proteins. The ordered structures of these loops, in the absence of the transmembrane helices, indicate that the primary sequences of these loops are sufficient to code for the turn.     

木质素生物合成酶CCR基因的生物信息学分析

肉桂酰辅酶A还原酶(Cinnamoyl-CoA reductase,CCR)是催化木质素特异途径的第一个关键酶,是调节碳素流向木质素潜在的控制关节点,对木质素单体的生物合成起着重要作用。通过NCBI数据库收集来自裸子植物、单子叶植物及双子叶植物的35条CCR基因的完整信息,对35条CCR基因的cDNA及其编码的氨基酸序列的进化规律、理化性质、结构域、导肽、信号肽、跨膜结构域、亲/疏水性以及蛋白质结构等性状进行了生物信息学分析与预测,构建了CCR基因的系统发育树。分析结果表明,单子叶植物CCR基因中GC的含量明显高于双子叶植物;CCR基因编码的氨基酸序列存在9个保守区域;所编码氨基酸的理化性质基本一致,但单子叶、双子叶及裸子植物的CCR基因编码主要氨基酸的种类和含量存在着差异;CCR蛋白的N-端存在一个脱氢酶/差向异构酶/辅酶Ⅰ结合蛋白的结构域,无导肽、信号肽及跨膜结构域,属亲水性蛋白;进化树绘制以及同源建模结果表明,CCR基因的进化和植物的进化基本一致,CCR蛋白三级结构模型的空间结构稳定,建模结果可靠。分析结果对于深入研究CCR蛋白在木质素合成中的作用具有一定的理论指导意义。