川芎咖啡酸-O-甲基转移酶基因的克隆及序列分析

克隆川芎(Ligusticum chuanxiong Hort)咖啡酸-O-甲基转移酶(COMT)基因并做序列分析。采用RT-PCR方法,以新鲜的川芎嫩叶c DNA为模板,克隆出川芎COMT基因的c DNA序列。此基因全长1328 bp,编码360个氨基酸。将得到的序列提交Gen Bank,序列号为KU942388。此川芎COMT具有植物O-甲基转移酶家族特征性的功能结构域,与中粒咖啡、牵牛花COMT的氨基酸序列同源性分别为70%、69%,推测其能够催化咖啡酸的氧甲基化反应。该川芎COMT基因的成功克隆为下一步活性验证及利用生物技术来生产阿魏酸奠定坚实基础。     

pmMsrA的生物信息学及底物对接分析

[目的]预测假单胞菌甲硫氨酸亚砜还原酶A(缩写:pmMsrA)的结构中与催化活性相关的结合位点与活性基团。[方法]采用生物信息分析软件对筛选出的pmMsrA的基因和蛋白序列进行分析,用SWISS-MODEL软件构建pmMsrA蛋白的三维结构,使用Auto Dock软件实现pmMsrA与底物分子的模拟对接。[结果]pmMsrA的基因开放阅读框669bp,编码222个氨基酸,理论等电点为4.87,分子量为24.6 kDa。pmMsrA属于高度保守的甲硫氨酸亚砜还原酶(PMSR)超家族。多重序列比对得出pmMsrA和模板1FVA具有58%的相似性,可构建一个高质量的pmMsrA蛋白三维结构模型。pmMsrA蛋白的催化活性位点位于"GCFWG"模体结构的Cys-60,C-末端的Cys-206和Cys-214对pmMsrA的再生循环起重要的作用。分子对接结果显示底物与酶的可能结合位点是136位天冬酰胺(136N),137位天冬氨酸(137D)和204位酪氨酸(204Y)。[结论]获得pmMsrA的生物信息相关预测参数,成功构建pmMsrA的三维结构,并实现与底物S-苯甲亚砜的空间模拟对接。     

米曲霉木糖醇脱氢酶的分子模建与对接

[目的]研究米曲霉木糖醇脱氢酶基因的结构与功能.[方法]克隆测序来源于米曲霉的木糖醇脱氢酶(XDH)基因,利用Swiss-MODEL和Modeller对XDH进行三级结构模建,通过PROCHECK和Prosa2003对得到的4个目标模型进行评价,从中得到一个最佳模型.在同源建模的基础上,通过分子对接软件MolsoftICM-Pro,对辅因子进行对接,预测了XDH与NAD+、Zn2+作用的相关残基.寻找底物木糖醇与XDH结合的可能活性口袋,用Molsoft模拟XDH与木糖醇的对接,预测了酶与底物作用的关键氨基酸残基.[结果]结构分析显示,米曲霉XDH含有醇脱氢酶家族锌指纹结构和典型醇脱氢酶Rossmann折叠的辅酶结合域,属于Medium-chain脱氢酶(MDR)家族.通过对接研究,预测了XDH与NAD+之间形成氢键的氨基酸有Asp206、Arg211、Ser255、Ser301和Arg303,这些氨基酸位于结合域,与Zn2+形成氢键的氨基酸有His72和Glu73,位于催化域,与天然底物木糖醇形成氢键的氨基酸有Ile46、Ile349、Lys350和Thr351,位于催化域.[结论]所得信息对XDH分子定向改造、拓展米曲霉工业应用范围有重要意义.     

Ydj1p二聚体中β14~β15与domain-III分离的拉伸分子动力学模拟研究

分子伴侣Hsp40是一种以二聚体的形式调控非天然多肽折叠的热激蛋白。本文通过拉伸分子动力学研究了酵母Hsp40家族成员Ydj1p二聚体中β14-β15与domain-Ⅲ的分离过程,深入探讨了影响Ydj1p二聚体稳定性的重要残基和相互作用力。研究表明,残基Thr366、Asp368、Cys370、Leu372和Phe375在Ydj1P二聚体的形成过程中发挥着重要的作用。其中,β14-β15中的残基Thr366和Asp368分别通过与domain-Ⅲ内的残基Asp291、Trp292和Trp292、Lys294之间形成的氢键,Asp368通过与domain-Ⅲ内的残基Lys314形成盐桥,Cys370、Leu372和Phe375则是通过与domain-Ⅲ形成疏水作用力来稳定Ydj1p二聚体结构。     

分子动力学模拟尿素对水溶液中蛋白质构象转变的影响

采用分子动力学方法和全原子模型研究尿素和水分子对模型蛋白S-肽链结构转化的影响。模拟结果显示S-肽链的变性速率常数k值随着尿素浓度的增加而先降低后升高,在尿素浓度为2.9 mol/L时达到最低值。模拟了不同尿素浓度下尿素-肽链、水-肽链以及肽链分子氢键的形成状况。结果表明:尿素浓度较低时,尿素分子与S-肽链的极性氨基酸侧链形成氢键,但不破坏其分子内的骨架氢键,尿素在S-肽链水化层外形成限制性空间,增强了S-肽链的稳定性。随着尿素的升高,尿素分子进入S-肽链内部并与其内部氨基酸残基形成氢键,导致S-肽链的骨架氢键丧失,S-肽链发生去折叠。上述模拟结果与文献报道的实验结果一致,从分子水平上揭示了尿素对蛋白质分子结构变化的影响机制,对于研究和发展蛋白质折叠及稳定化技术具有指导意义。     

小麦甲基转移酶基因TaDnMT2的克隆及特性分析

依赖于DNA甲基化的基因表达调控在植物生长发育过程中发挥重要功能,而DNA甲基转移酶是调节DNA甲基化模式的功能蛋白之一。本研究采用RACE技术克隆了小麦甲基转移酶基因TaDnMT2的包含完整编码区的cDNA序列,并系统分析了该基因的结构特征及其在小麦生长发育过程中的表达特性。结果表明,TaDnMT2的cDNA序列为1321bp（GenBank登录号：JN642641）,其中5′-和3′-UTR（非翻译区）分别为84和115bp、ORF（开放阅读框）1122bp;TaDnMT2编码的氨基酸序列包含2个S-腺苷甲硫氨酸结合域（I和X）、甲基转移酶活性位点（IV）、靶胞嘧啶结合位点（VI）、中和DNA骨架负电荷域（VIII）和靶位点识别区（IX）6个高度保守域,属于DNA甲基转移酶家族的DnMT2亚类;三维结构预测显示,TaDnMT2蛋白可以形成包括7个β-折叠和4个α-螺旋的特定空间结构。表达特性分析的结果表明,TaDnMT2基因在‘京841’小麦不同发育时期的叶中表达量均较高,且其在三叶龄期和五叶龄期的表达量受春化处理的影响;在种子发育过程中,该基因在授粉后5d的种子中表达量较高,随着种子发育进程的推进其表达水平呈逐渐下降趋势;在不同发育时期的根系中,TaDnMT2基因均具有较高水平的表达,且在分蘖期根系中的表达量最高。推断TaDnMT2基因可能在小麦生长发育过程中发挥重要功能。     

决明查尔酮合成酶的同源模建和分子模拟对接

查尔酮合成酶(chalcone synthase,CHS)是植物中类黄酮生物合成途径的关键酶,其催化对-香豆酰辅酶A和丙二酸单酰辅酶A发生缩合反应.本研究以苜蓿CHS的晶体为模板,利用同源建模构建决明CHS的三维模型.经过动力学优化后,决明CHS的三维模型与苜蓿CHS的结构极为相似,主要由α-螺旋和β-折叠构成,其中有13个α螺旋,占32.82％,15个β折叠,占19.23％,无规则卷曲占47.95％.模型验证结果表明决明CHS的三维模型具有合理的立体化学性质与氨基酸相容性.决明CHS含有两个重要的结构域:对-香豆酰辅酶A结合域与丙二酸单酰辅酶A结合域.决明CHS与对-香豆酰辅酶A、丙二酸单酰辅酶A的结合主要通过氢键与范德华力.决明CHS中Cys164、His303与活性中心的H2O能够形成电子传递体系,参与对-香豆酰辅酶A形成CHS-对-香豆酰基中间产物.本研究结果为利用此类CHS三维模型研究其催化机理和分子工程改造奠定基础.     

黄瓜CsEXP 10基因的电子克隆及生物信息学分析

以黄瓜CsEXP10 cDNA片段为信息探针,利用电子克隆和序列拼接方法获得了1191bp的cDNA序列。应用生物信息学软件预测了该蛋白的理化性质、卷曲螺旋、疏水性、信号肽、跨膜结构、糖基位点、活性位点、亚细胞定位及二级和高级结构。结果表明：该蛋白是一个疏水性稳定蛋白,定位于细胞壁,含有4个α-螺旋,11个β-折叠,5个跨膜区域,10个糖基化位点,具有催化域和多糖结合域两个结构域。     

猪细小病毒自然弱毒N株VP2基因的克隆、测序及生物信息学分析

本研究对猪细小病毒(porcine parvovirus,PPV)自然弱毒N株(PPV-N)VP2基因进行克隆、测序并利用生物信息学技术分析PPV-NVP2蛋白基因的同源性、遗传进化、密码子偏爱性、糖基化位点、磷酸化位点、B细胞抗原表位及其二、三级结构。结果表明:成功扩增出包含VP2基因完整目的片段(1901bp),构建了VP2基因的克隆重组质粒pMD18-T-VP2,测序获取VP2基因序列(1740bp)并将该序列登录到GenBank(HM355807)。PPVVP2基因属高度保守的基因;PPV-N株与PPV弱毒代表毒株NADL-2株亲缘性近,推测PPV-N株属于弱毒株;PPV-N株VP2基因氨基酸密码子偏爱以A结尾的密码子;PPV-N株VP2蛋白可能存在7个糖基化位点,其丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸可能分别有9、7、8个磷酸化位点,可能存在24个B细胞抗原表位;PPV-N株VP2蛋白二级结构预测,α-螺旋占11.74%,β-折叠占22.97%,无规则卷曲占65.28%,而三维结构预测VP2蛋白主要以无规则卷曲为主,存在多个螺旋和折叠区域。本研究结果为进一步阐释PPV-N株自然弱毒的分子机理提供依据,并为PPV分子诊断试剂及基因工程疫苗研究等提供有益借鉴。     

基于网络药理学的丹参-川芎药对治疗阿尔茨海默病的作用机制分析

利用网络药理学方法研究丹参-川芎药对治疗阿尔茨海默病(AD)的作用机制。经数据库查找及文献检索,获得丹参和川芎的有效成分,利用STITCH与TCMSP数据库得到有效成分作用靶点,并构建药物-靶标网络、PPI网络,利用Metascape数据库对丹参-川芎作用靶点进行GO分析以及KEGG代谢通路富集分析。最后利用MTT实验、ELISA法、流式细胞仪和荧光定量PCR实验验证丹参-川芎对PC12细胞的保护作用。结果显示筛选出丹参-川芎药对25个活性成分和作用于AD的靶点105个,GO分析相关度前20个靶点分子功能,前10条重要信号通路。细胞实验证实了丹参-川芎可显著提高PC12细胞的细胞存活率和拮抗PC12细胞的炎症反应及降低PC12细胞的凋亡率,并抑制p38MAPK/NF-κB信号通路的激活。丹参-川芎药对具有多种有效成分以协同的方式与多个靶点、多种途径相互作用,主要通过抗细胞凋亡、抑制炎症反应等对AD发挥主要的治疗作用,为其临床应用提供了理论依据。     

23S rRNA甲基转移酶RrmJ促进细菌50S亚基后期组装

核糖体是所有细胞中负责蛋白质合成的分子机器。它自身在细胞内的组装成熟过程受到严密调控,需要诸多组装因子的参与。RrmJ是原核生物中一类保守的甲基转移酶,能够甲基化修饰核糖体上肽基转移酶中心（peptidyl transferase center, PTC）内A环的U2552位点。敲除rrmJ基因的大肠杆菌表现出显著的生长缺陷及50S亚基组装前体的累积,因而RrmJ在50S亚基组装中具有重要作用。本研究对细菌生长实验与核糖体图谱分析表明,回补表达RrmJ的质粒对于ΔrrmJ菌株生长缺陷有显著改善,50S前体累积现象也得到有效缓解。通过共沉淀实验证明,RrmJ与ΔrrmJ菌株中提取的50S前体结合能力显著强于缺失型或野生型菌株中纯化的成熟50S;当加入S-腺苷甲硫氨酸时,该酶与50S前体结合能力显著下降。冷冻电镜三维重构数据进一步阐明,缺失型菌株50S前体主要停滞在组装晚期两个PTC区域成熟程度不同的特定时段。综合上述结果表明,U2552位点的修饰发生在50S亚基组装晚期特定阶段,这一事件不仅会加速A环的RNA螺旋折叠,另有可能促进附近PTC区域结构成熟。     

麦洼牦牛TF基因的克隆及蛋白质结构分析

[目的]探讨麦洼牦牛转铁蛋白(Transferrin,TF)的结构及生理功能。[方法]采用RT-PCR方法,从麦洼牦牛心脏克隆出TF基因,并运用多种生物信息学软件对其进行核苷酸序列及蛋白质结构分析。[结果]克隆得到的麦洼牦牛TF基因开放阅读框为780 bp,编码259个氨基酸,分子质量为28.33 k Da,理论等电点8.57,不含跨膜区域,存在信号肽序列,二级结构以随机卷曲和α-螺旋为主,无β-折叠,同源建模预测出牦牛TF蛋白与猪血清转铁蛋白有相似的三级结构,同源性可达71.91%。[结论]成功克隆了麦洼牦牛TF基因并分析了其蛋白质结构,为进一步研究TF蛋白功能提供理论基础。     

竹节参鲨烯环氧酶基因的克隆与生物信息学分析

根据已报道的植物鲨烯环氧酶(SE)基因特异性引物克隆竹节参SE基因.结果表明,克隆得到竹节参SE全长为1 632 bp,编码539个氨基酸,命名为PjSE.生物信息学分析指出,PjSE基因的氨基酸序列与人参属植物人参、三七、越南人参的同源性依次为99％、98％和98％.推测PjSE基因定位于线粒体(mTP)、叶绿体(cTP)和分泌途径(SP).PjSE基因存在保守结构域FAD结合位点,含4个跨膜结构域和7个motif结构位点.PjSE蛋白二级结构以无规则卷曲(Random coli)和α-螺旋(Alpha helix)为主要结构元件,延伸链(Extended strand)和β转角(Beta turn)分散于整个蛋白质中,百分比依次占40.82％、37.48％、15.77％、5.94％;该蛋白能折叠形成典型的三维结构.     

竹节参鲨烯环氧酶基因的克隆与生物信息学分析

根据已报道的植物鲨烯环氧酶(SE)基因特异性引物克隆竹节参SE基因.结果表明,克隆得到竹节参SE全长为1 632 bp,编码539个氨基酸,命名为PjSE.生物信息学分析指出,PjSE基因的氨基酸序列与人参属植物人参、三七、越南人参的同源性依次为99％、98％和98％.推测PjSE基因定位于线粒体(mTP)、叶绿体(cTP)和分泌途径(SP).PjSE基因存在保守结构域FAD结合位点,含4个跨膜结构域和7个motif结构位点.PjSE蛋白二级结构以无规则卷曲(Random coli)和α-螺旋(Alpha helix)为主要结构元件,延伸链(Extended strand)和β转角(Beta turn)分散于整个蛋白质中,百分比依次占40.82％、37.48％、15.77％、5.94％;该蛋白能折叠形成典型的三维结构.     

条斑紫菜SAMS基因克隆与生物信息学分析

干旱、高盐和低温是限制植物生长和农作物产量的主要逆境因子。S-腺苷甲硫氨酸合成酶（S-adenosylmethionine synthetase,SAMS）与植物抗逆境密切相关,而且超表达SAMS的转基因植物具有更高的抗干旱、高盐和低温能力。进行条斑紫菜（Porphyra yezoensis）S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因（PySAMS）cDNA的克隆及序列特征分析。首先利用电子克隆技术得到基因相关的contig,预测全长并设计引物,最后利用RT-PCR技术成功克隆了PySAMS的cDNA序列（GenBank accession：FJ404748）。该cDNA序列含有长1155nt的完整ORF,编码蛋白（PySAMS）分子量41.8kDa,长384AA。PySAMS与盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）、莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）、拟南芥（Arabidopsis thaliana）和水稻（Oryza sativa）等多种生物的SAMS具有较高的序列一致性,含有与SAMS酶活性密切相关的氨基酸残基和保守序列,与人（Homo sapiens）和大肠杆菌（Escherichia coli）的SAMS具有高度相似的三维结构。所以PySAMS与其它生物的SAMS一样,在条斑紫菜的抗逆过程中发挥重要作用。研究PySAMS有助于阐明条斑紫菜耐受非生物胁迫的作用机理,有助于获得高抗逆转基因植物。     

SM22-α蛋白结构与功能的生物信息学分析

[目的]通过生物信息学分析手段对SM22-α蛋白结构与作用进行系统性分析。[方法]从NCBI数据库中获取SM22-α蛋白的基本信息,应用NCBI GenBank、ExPAsy、TMHMM Server v.2.0、NetPhos 3.1 Server、IEDB、SIGNALP 5.0 Server等生物信息学分析软件对SM22-α蛋白的氨基酸序列、理化性质、跨膜结构、亲水/疏水性、功能位点、信号肽、序列同源性、糖基化和磷酸化位点、空间结构以及抗原表位进行分析。[结果]SM22-α蛋白编码201个氨基酸,为碱性蛋白,其等电点为8.85,不稳定指数为31.85,并将其归为稳定蛋白。其平均亲水系数为-0.607,为亲水性蛋白。根据IEDB在线软件发现SM22-α蛋白序列的第4-31、39-50、70-89、105-111、116-122、138-197存在B细胞抗原表位。利用HLA-A*0.2:0.1算法预测SM22-α蛋白序列第61和130位序列表面存在2个T细胞抗原表位;若利用HLA-DRBI*0401算法预测则第142位序列存在1个T细胞抗原表位。SM22-α蛋白的二级结构中α螺旋占46.77%,延伸链占6.47%,β-转角占4.48%,无规则卷曲占42.29%。且通过生物信息学分析可知SM22-α蛋白在不同物种之间的同源性为97.0%~68.7%。[结论]SM22-α为碱性、稳定、亲水性胞外蛋白,且蛋白表面含有T、B细胞抗原表位,可为其抗原性药物研究提供理论参考。     

DNA甲基化及其对植物发育的调控

DNA甲基化属于一种表观遗传修饰,主要发生在CpG双核苷酸序列中的胞嘧啶上,是在DNA甲基转移酶催化下,以S-腺苷甲硫氨酸为甲基供体,将甲基转移到胞嘧啶上,生成5-甲基胞嘧啶的一种反应。DNA甲基化在植物生长过程中具有极其重要的作用。综述了植物DNA甲基化的特征、调控机制,及其对植物基因表达影响的研究进展。     

猪肾果糖1,6-二磷酸酯酶N-端60肽的溶液构象

猪肾果糖1,6-二磷酸酯酶N-端60个氨基酸是结合AMP的别构部位的重要组成部分.这一段肽在天然酶中具有2段α-螺旋,不含β-折叠,螺旋含量占这段肽的60%左右.经枯草杆菌蛋白酶对果糖1,6-二磷酸酯酶限制性酶解可以专一地作用在这一位点.得到S-肽和S-蛋白,虽然S-肽与S-蛋白的肽键已经分开,但是它们依然缔合在酶的4个亚基之中.在9%的甲酸溶液中,用SephadexG-75柱(1.3×195cm)可以把S-肽与S-蛋白分开.除去甲酸后,用CD测定二级结构表明,S-肽有30%的α-螺旋和38.5%的转角或类似转角的二级结构,没有β-折叠.蛋白质的生物合成是从N-端开始向C-端延伸,新生肽在生物合成的过程中,它的构象由一级结构决定它自发形成某种结构的趋势,但是,其它部分的相互作用可以在较大程度上改变它的结构,使它最后形成天然状态的空间构象.用6mol/L盐酸胍破坏S-肽链的溶液构象,然后逐步透析去掉盐酸胍,重新测定CD的数值,所得结果与胍变性前的二级结构含量相同,用加入乙醇,环己烷,少量十二烷基磺酸钠等扰动方法都不能增加α-螺旋的含量.相反,随着加入量的增加,有序结构减少,说明当S-肽从酶上被分离下来后,在水溶液中只能形成其在该天然酶蛋白中的一半的螺旋,而另一半却变成转角或类似转角的有序结构的结果并不是由于分离过程产生的假象.     

忽地笑酌-生育酚甲基转移酶基因LaTMT的克隆与表达分析

采用RACE技术从忽地笑也Lycoris aurea ( L'Hér.) Herb.页叶片中克隆获得γ-生育酚甲基转移酶(γ-TMT)基因,命名为LaTMT。序列分析结果显示：该基因cDNA全长1458 bp,其中开放阅读框( ORF)长1017 bp,编码338个氨基酸残基。 LaTMT基因编码蛋白质的理论相对分子质量37560,理论等电点pI 8.70,为亲水性蛋白,无跨膜结构但具有信号肽结构;并具有S-腺苷甲硫氨酸( SAM)甲基转移酶保守结构域,包含3个SAM结合位点;该蛋白的二级结构中包含44.08%的α-螺旋、32.84%的无规则卷曲、12.72%的延伸链和10.36%的β-转角。序列比对和系统进化树分析结果显示：LaTMT蛋白属于S-腺苷甲硫氨酸-依赖性γ-生育酚甲基转移酶家族,与其他植物γ-TMT蛋白的一致性为64%~75%;在 NJ系统树上, LaTMT蛋白与单子叶植物γ-TMT蛋白聚为同一大类,并与油棕( Elaeis guineensis Jacq.) EgTMT和美洲油棕也Elaeis oleifera ( Kunth) Cortés页EoTMT聚为同一类,亲缘关系最近。基因表达分析结果显示：LaTMT基因可在大肠杆菌中成功表达,且表达量随异丙基硫代半乳糖苷( IPTG)诱导时间的延长而增加;在忽地笑的根、叶片、花苞、子房、雄蕊、花瓣和鳞茎中LaTMT基因均可表达,其中在叶片中的相对表达量最高,在子房、雄蕊和鳞茎中的相对表达量相对较低,具有明显的组织特异性。研究结果表明：忽地笑LaTMT基因在进化过程中具有很高的保守性;该基因主要定位于叶绿体中,并与忽地笑对非生物逆境胁迫的抗性相关。     

23S rRNA甲基转移酶RrmJ促进大肠杆菌50S亚基后期组装

核糖体是所有细胞中负责蛋白质合成的分子机器。它自身在细胞内的组装成熟过程受到严密调控,需要诸多组装因子的参与。Rrm J是原核生物中一类保守的甲基转移酶,能够甲基化修饰核糖体上肽基转移酶中心(peptidyl transferase center,PTC)内A环的U2552位点。敲除rrm J基因的大肠杆菌表现出显著的生长缺陷及50S亚基组装前体的累积,因而Rrm J在50S亚基组装中具有重要作用。本研究对细菌生长实验与核糖体图谱分析表明,回补表达Rrm J的质粒对于Δrrm J菌株生长缺陷有显著改善,50S前体累积现象也得到有效缓解。通过共沉淀实验证明,Rrm J与Δrrm J菌株中提取的50S前体结合能力显著强于缺失型或野生型菌株中纯化的成熟50S;当加入S-腺苷甲硫氨酸时,该酶与50S前体结合能力显著下降。冷冻电镜三维重构数据进一步阐明,缺失型菌株50S前体主要停滞在组装晚期两个PTC区域成熟程度不同的特定时段。综合上述结果表明,U2552位点的修饰发生在50S亚基组装晚期特定阶段,这一事件不仅会加速A环的RNA螺旋折叠,另有可能促进附近PTC区域结构成熟。