盘基网柄菌早衰蛋白结构与功能生物信息学分析

早衰蛋白(presenilin, PS)是γ分泌酶的组成成分,其突变可造成阿尔兹海默病(Alzheimer disease,AD)的形成。因PS所造成AD的发病机理较复杂,因而我们想探究一下模式生物盘基网柄菌(Dictyostelium discoideum)是否能够作为研究早衰蛋白的模型。从NCBI网站中得到盘基网柄菌早衰蛋白DdPsenA和DdPsenB氨基酸序列,随后利用ProtScale、ProtParam理化性分析工具、保守结构域、TMHMM2跨膜区分析网站、进化树软件MEGA6.0、二级结构PredictProtein以及三级结构SWISS-Model服务器对上述蛋白进行生物信息学分析。DdPsenA的氨基酸长度为622,是亲水性蛋白,其相对分子质量为69 502.79,等电点为4.53。DdPsenB的氨基酸长度为473,属于疏水性蛋白,其相对分子质量为52 558.74,等电点为4.49,与DdPsenA同属于Peptidase_A22B超家族。跨膜分析出DdPsenA和DdPsenB均有8个跨膜区。DdPsenA与人类presenilin-2序列相似性为67%,Dd PsenB与人类presenilin-1序列相似性分别为60%。盘基网柄菌可以作为研究早衰蛋白功能和作用机制的模型。     

盘基网柄菌肌动蛋白的生物信息学分析

盘基网柄菌Dictyostelium discoideum是目前黏菌中研究最清楚的模式生物,其捕食过程与肌动蛋白的多聚化密切相关。为探讨盘基网柄菌肌动蛋白的序列特征,本研究利用生物信息学方法分析了盘基网柄菌32条肌动蛋白的蛋白-蛋白相互作用(protein-protein interaction)和可能含有的保守基序。结果表明:盘基网柄菌32条肌动蛋白与其他蛋白存在一组复杂相互作用关系和5组比较简单的相互作用关系;利用MEME SUITE分别分析盘基网柄菌32条肌动蛋白序列的保守基序和与actin17呈最佳匹配的21种生物肌动蛋白的保守基序,结果共获得6个保守基序,即motif1,motif2,motif3,Motif1,Motif2,Motif3。其中motif1,Motif1,Motif3为本研究新发现的保守基序,这3个保守基序可定位于Profilin-actin-VASP202–244(PDB ID:3CHW)三维结构的重要位置。以上结果表明actin3,actin10,actin14,actin15,actin17,actin31可能为盘基网柄菌比较重要的肌动蛋白;motif1,Motif1,Motif3可能是盘基网柄菌肌动蛋白在进化中重要的保守基序。     

盘基网柄菌DJ-1蛋白的原核表达及抗体制备

盘基网柄菌(Dictyostelium discoideum)是研究神经退行性病变的模式生物,可用以研究帕金森病相关基因DJ-1的作用和致病机理。本研究设计特异性引物扩增了人类DJ-1的盘基网柄菌同源基因片段DAM,并利用酶切位点Bam HⅠ和HindⅢ将DAM插入质粒载体p QE-30产生重组载体pPROF696,序列测定后对DJ-1进行了生物信息学分析。同时,通过电穿孔法将pPROF696转入大肠杆菌M15,并利用IPTG诱导DJ-1蛋白表达。经SDS-PAGE分析、Western-blot印迹和His标签树脂对DJ-1粗蛋白纯化后进行抗体制备,并在大肠杆菌M15转化株和盘基网柄菌转化株与野生型内对抗体进行检验。结果表明:本研究成功构建了盘基网柄菌DJ-1的原核表达载体pPROF696,所制备的盘基网柄菌DJ-1多克隆抗体能成功检测大肠杆菌M15和盘基网柄菌野生型与转化株中的DJ-1蛋白。这为今后检测盘基网柄菌细胞内DJ-1的表达水平,建立其与盘基网柄菌表现型相关性,标记DJ-1的亚细胞定位和进一步研究DJ-1在帕金森病中的作用机理奠定了基础。     

肺炎克雷伯菌Hfq蛋白特性及对耐药的影响

Hfq(host factor for RNA phage QB replicase)蛋白是一个全局性调节因子,广泛参与细菌生长、趋化、毒力、耐药及应对外界选择压力等方面的调节,但在肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumoniae,KP)中的功能尚不清楚。本研究从临床病例中分离到59株KP,将其hfq基因与11例常见临床感染菌株hfq基因〔从美国国立生物技术信息中心(National Center for Biotechnology Information, NCBI)数据库下载〕进行了比较。所有hfq基因经EMBOSS Transeq翻译成氨基酸序列,用MAFFT软件进行多序列比对,并通过NCBI数据库中的保守结构域预测Hfq蛋白结构域。分别采用ESPript3.0、Phyre2分析Hfq蛋白的二、三级结构。59株KP中仅3株hfq基因的5个密码子位点存在差异,而其蛋白质氨基酸序列完全一致。KP与大肠埃希菌、阴沟肠杆菌、痢疾志贺菌之间,Hfq蛋白的氨基酸序列相似度较高,主要区别在C末端上;与金黄色葡萄球菌、产单核细胞李斯特菌相比,KP Hfq蛋白在N末端和C末端上差别较大;所有菌株C末端均呈酸性。三级结构预测提示68(66.67%)个氨基酸与模板序列一致, 较为保守的功能结构为54-VYKHAI-59序列。采用CRISPR/Cas9同源重组技术敲除KP的hfq基因,并对其进行药物敏感性测试,结果显示,基因敲除菌株对抗生素的耐药性较野生株有显著下降(P<0.05),差异有统计学意义,提示KP的Hfq蛋白氨基酸序列非常保守,可能参与了KP的耐药调节。     

盘基网柄菌DJ-1蛋白的亚细胞定位研究

DJ-1基因的突变或缺失导致帕金森病相关症状,但其在帕金森病中的作用以及其亚细胞位置尚存在争议。盘基网柄菌是研究神经退化性疾病的模式生物,通过绿色荧光蛋白(GFP)标记DJ-1蛋白,利用荧光蛋白技术及DJ-1与GFP共定位技术在正常和氧化情况下研究其在盘基网柄菌的亚细胞定位,可以为探索DJ-1蛋白亚细胞位置与致病机制之间的联系奠定基础。研究结果表明,正常情况下盘基网柄菌DJ-1蛋白位于细胞质内,一旦受到氧化应激, DJ-1蛋白则转移至线粒体,这个亚细胞位置转移与DJ-1蛋白C117位点的氧化相关。该研究为探索DJ-1蛋白如何在氧化应激条件下完成对细胞的保护提供了实验依据。     

绵羊Wnt2蛋白生物信息学分析

Wnt2蛋白是Wnts蛋白家族的重要成员,参与卵巢的发育。本研究以NCBI蛋白质数据库中发布的Wnt2蛋白氨基酸序列为研究对象,采用生物信息学软件对Wnt2蛋白的理化性质、信号肽及跨膜结构域、糖基化和磷酸化位点、二级结构和功能结构域、亚细胞定位和功能结构分类、序列相似比对及聚类、三级结构进行预测分析。结果发现,绵羊Wnt2由360个氨基酸组成,其等电点为9.21,有糖基化位点和磷酸化位点,是一个有信号肽的稳定的蛋白;二级结构与三级结构一致,均显示Wnt2由α-螺旋、延伸链、无规则卷曲构成;绵羊Wnt2蛋白是细胞外蛋白,主要参与信号转导和转录调控。研究结果为深入探讨Wnt2基因及其编码蛋白的结构和功能提供相关依据。     

油棕WRKY转录因子的全基因组鉴定与分析

该研究从NCBI网站下载油棕全基因组序列信息,从The Arabidopsis Information Resource(TAIR)数据库中下载得到拟南芥WRKY转录因子序列,并在油棕基因组数据库中进行BLAST同源序列比对分析,通过NCBI在线工具CDD和PFAM数据库进行蛋白结构与分析,剔除无WRKY结构域的系列,利用生物信息学方法对油棕WRKY转录因子进行分析及功能预测。结果表明:(1)从油棕基因组数据库中发掘WRKY转录因子95个,该WRKY转录因子蛋白质所编码氨基酸大小为116～1 303 bp,95个均为亲水性蛋白,总体为不稳定蛋白(EgWRKY25和EgWRKY56除外),60个蛋白以α-螺旋为主要二级结构元件,35个以无规卷曲为主要二级结构元件。(2)保守结构域系统进化树结果表明,油棕WRKY转录因子家族蛋白主要分为三大类,即I、Ⅱ和Ⅲ类,其中I类分为I C、I N亚类,Ⅱ类分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc和Ⅱd亚类。(3)内含子和外显子结构显示,EgWRKY基因结构进化高度保守。以上结果为油棕WRKY转录因子的挖掘、功能分析及分子生物学研究奠定了基础,同时为分子育种和遗传改良提供了参考。     

真菌中G蛋白信号调控因子蛋白类型与其理化性质的关系

【目的】G蛋白信号调控因子(RGS)作为G蛋白信号转导途径的负调控因子,在植物病原菌的致病性和有性生殖调控方面发挥着重要作用。研究真菌中RGS蛋白类型与其理化性质及特征的关系,为今后深入开展不同真菌中具有不同类别RGS的功能解析打下坚实的理论基础。【方法】前期对模式生物、病原菌、非致病菌等49个真菌中229个RGS蛋白序列进行找寻,并根据其保守结构域和同源性确定RGS类型有DEP-RGS、RGS-TM、PXA-RGS-PX、RGS、RGS-PAS-PAC、TM-RGS等6类。利用蛋白质数据库、ProtComp v9.0、PHD以及MEME等网站对上述RGS蛋白进行理化性质、亚细胞定位以及二级结构、基序等特征分析。【结果】上述不同类别的RGS蛋白具有明显的类别特征性,同时,也具有以下共同特征:理论等电点集中在6.01–7.00;不稳定性系数集中在40.01–60.00;95%以上的RGS蛋白属于亲水性蛋白;亲水性最强氨基酸残基存在较多的是R、D、E、Q、N;疏水性最强氨基酸残基存在较多的L、A、V、F、I;二级结构组成特征为b折叠较少;转运肽情况尚未明确;亚细胞定位多集中在细胞核。【结论】真菌中6类RGS蛋白的理化性质具有一定的共同特征,但不同类别的RGS蛋白也具有明显的类别特征,主要表现在保守结构域、二级结构、等电点、转运肽和亚细胞定位情况。     

非生物逆境胁迫相关NAC转录因子的生物信息学分析

通过生物信息学手段,对22种NAC蛋白(14种非生物逆境胁迫相关NAC蛋白、8种涉及不同生物学功能的NAC蛋白)进行氨基酸序列比对和系统发生树构建,对14种非生物逆境胁迫相关NAC蛋白氨基酸组成、理化性质、亲/疏水性、保守结构域、亚细胞定位、二级结构及三级结构等进行了分析、预测。结果显示,22个NAC蛋白中,非生物逆境相关的NAC蛋白聚成一类,其余NAC蛋白聚为另一类;非生物逆境胁迫相关的NAC蛋白序列分析显示,N-端具有A、B、C、D、E 5个保守的亚结构域,共同组成NAC结构域,C-端含有多个保守的酸性氨基酸位点,具有转录激活功能,同时蛋白中含有多个丝氨酸(S)、苏氨酸(T)和酪氨酸(Y)磷酸化位点;非生物逆境胁迫相关NAC蛋白主要亲水区域位于A、C、D亚域,大多定位于细胞核,个别定位于细胞质或线粒体,二级结构则以α-螺旋和β-折叠片为主;拟南芥RD26和ANAC三级结构上的一致性暗示了功能上的相似。     

盘基网柄菌(Dictyostelium discoideum)用于本科"细胞膜功能蛋白"探究性实验教学研究

该研究对细胞生物学经典教学实验"细胞膜渗透性实验"进行重新设计.通过比较兔红细胞和盘基网柄菌细胞的"细胞膜渗透性"实验结果,配合细胞生物学"细胞质膜结构与功能"一章的教学,引导学生初步探究盘基网柄菌水孔蛋白(aquaporins,AQPs)在细胞抗低渗环境中的作用,加深理解细胞质膜中的功能蛋白对于细胞生存的重要意义.     

黑腹果蝇CG18853基因编码蛋白的生物信息学分析

目的:利用生物信息学方法分析黑腹果蝇CG18853基因编码蛋白的结构和功能。方法:基于NCBI数据库中黑腹果蝇CG18853基因编码蛋白的氨基酸序列,从蛋白质的理化性质、跨膜区、信号肽、亚细胞定位、结构域、三维结构及不同物种间同源蛋白进化关系等方面进行分析。结果:果蝇CG18853蛋白的理论分子量约38.5 kDa,理论等电点为8.80。CG18853蛋白为不稳定亲水性蛋白,无跨膜区和信号肽,具有DNA光修复酶FAD结合结构域。果蝇CG18853蛋白与模板3umv.1.A有60.87%的氨基酸序列一致;CG18853蛋白与长鼻袋鼠、金鱼、拟南芥、粳稻的编码产物高度同源。结论:黑腹果蝇CG18853蛋白具有DNA光修复酶家族的典型结构,可能在细胞核中参与DNA损伤修复过程。     

嗜酸氧化亚铁硫杆菌中铁氧还蛋白的生物信息学分析

从NCBI数据库中下载了3种铁氧还蛋白(ACK79261.1,ACK79281.1和ACK80954.1)序列,利用网站在线预测结合软件分析,对其基本理化性质、蛋白修饰、保守结构域、亚细胞定位、二级和三级结构预测和蛋白相互作用网络等方面进行分析和预测。所得数据表明,3种蛋白质均为不稳定的亲水性蛋白质,等电点偏酸性,不含信号肽,均在细胞质中发挥作用;蛋白相互作用分析预测ACK79261.1在核酸代谢过程中发挥重要作用,ACK79281.1主要参与了细胞内的2Fe-2S簇的组装,ACK80954.1对于能量和电子传递必不可少。本研究利用生物信息学预测了铁氧还蛋白结构和功能,为后续研究嗜酸氧化亚铁硫杆菌中的电子传递过程以及菌株改良、应用推广提供理论上的依据。     

利用生物信息学方法对人类(Homo sapiens)肌肉增强因子2(MEF2)的特性比较及进化分析

肌肉增强因子2(Myocyte enhancer factor 2,MEF2)是MADS(MCM1,agamous,deficiens和serum response factor)家族成员之一,在动物发育过程中起到重要的调节作用。为了进一步了解其调控的复杂性,本文根据NCBI中已有的人类MEF2相关数据,应用ExPASy在线序列分析工具、CBS在线分析服务器软件、Conserved Domain Database(CDD)数据库、SABLE在线分析软件等对人类MEF2蛋白的不同亚型序列进行比较分析,同时,根据相关序列的比对结果构建系统进化树进行分析。结果表明,MEF2在人体内以多种蛋白形式存在,其理化性质存在一定差别,可能的翻译后糖基化修饰多为O型糖基化且均存在较多磷酸化位点。人类各MEF2蛋白具明显MADS结构域,多数具有MEF2结构域和HJURP_C结构域。各MEF2蛋白二级结构均包括了螺旋、折叠和无规则卷曲等多种形式,其三级结构模式相似。系统进化树显示MEF2B蛋白与其他蛋白有着较大的序列差异及较远进化关系,可能较为原始。     

罗非鱼无乳链球菌α蛋白基因的克隆、鉴定及分子特性分析

本研究克隆了罗非鱼源无乳链球菌HN0101分离株的α蛋白基因,通过生物信息学对其序列分析结果显示:α蛋白基因的ORF由1341个碱基组成,编码一个长度为446个氨基酸的多肽,N-端具有一个保守的YSIRK信号肽序列和一个AlphaC_N超家族结构域,C-末端含有1个保守Gram_pos_anchor超家族结构域,而在中间具有2个重复的Rib结构域;比较不同来源分离株的α蛋白结构,发现主要区别在于Rib结构域重复数目的不同;同源性及系统进化树分析,发现本株菌的α蛋白与已报道的人源A909和鱼源GD201008-001α蛋白聚为一簇,同源性达100%;罗非鱼源无乳链球菌α蛋白为亲水性蛋白,存在一个跨膜区,有37个潜在的磷酸化位点和1个潜在的N-糖基化位点;二级结构分析发现存在较多的无规则卷曲,推测有12个氨基酸区域可能是B细胞抗原表位;当选择大肠杆菌为表达宿主时,该重组蛋白的溶解度高达100%,亚细胞定位显示该蛋白位于细胞壁上。     

聚氨酯泡沫半固定化培养盘基网柄菌

研究了聚氨酯泡沫应用于固定化盘基网柄菌的可行性,发现以简单处理过的聚氨酯泡沫为载体,能够高效实现盘基网柄菌的固定化培养。考察了载体粒径大小、载体量和摇床转速等对固定化培养的影响,在优化的培养条件和固定化条件下,盘基网柄菌的最大细胞密度是悬浮培养的2~4倍。     

杜仲Dirigent蛋白编码基因的克隆及序列分析

分别以杜仲基因组DNA和cDNA为模板克隆DIRs基因,并分析其序列及其蛋白的遗传特性。以杜仲为研究对象,利用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术获得杜仲DIRs序列,并结合生物信息学方法对杜仲DIRs的序列进行深入分析。从杜仲中克隆DIRs基因序列,利用生物信息手段分析DIRs基因与其它物种的同源性、结构域、功能域、蛋白质理化特性、蛋白质序列跨膜区、亚细胞定位、磷酸化位点、糖基化位点以及编码蛋白二级结构等进行分析。克隆的杜仲DIRs片段序列有468bp,不含内含子,编码155个氨基酸。推测的编码蛋白的氨基酸序列与芝麻、五味子同源性最高,分别达71%和70%,具有的5个保守基序,第1～148位之间是个高度保守的结构功能域—Dirigent,为亲水性蛋白,相对分子质量为17kD,理论等电点为4.91,不具有跨膜区;亚细胞定位在细胞质中,不属于分泌蛋白;序列预测具有13个磷酸化位点,未预测到糖基化位点,二级结构主要以无规则卷曲结构组成。以上研究为进一步探讨DIRs基因在木脂素生物合成途径中的功能提供了理论依据。     

gp150蛋白在盘基网柄菌发育中的作用及粘附分子间关系的分析

饥饿的盘基网柄菌进入多细胞发育期 ,在发育早期 ,AK12 7细胞 (gp150突变细胞 )能表达DdCAD 1和 gp80两种粘附分子 ,但它们不足以促进细胞继续发育 ,发育停留在细胞疏松结合阶段。粘附分子 gp150调节的细胞与细胞间的粘着影响了细胞丘“突出”的形成 ,由此影响了盘基网柄菌多细胞发育的形态发生。TL93细胞 (DdCAD 1和gp80突变细胞 )能完成发育。主要原因是在细胞流发育阶段就表达了gp150分子 ,在细胞粘着的功能上有替代DdCAD 1和 gp80的作用。因此 gp150蛋白对盘基网柄菌多细胞发育有着不可或缺的作用     

BRCA1蛋白的序列及空间结构的分析

查询人的BRCA1蛋白的氨基酸序列,利用生物信息学的方法进行相似性搜索,获得一系列BRCA1蛋白的氨基酸序列。选择了其中的11条序列,对BRCA1蛋白进行了多重序列分析和进化分析,对BRCA1蛋白的BRCT结构域进行三维同源模型的构建与比较分析。分析结果表明:BRCA1中某些特定部位的氨基酸序列高度保守;确定氨基酸的保守位点并联合进化分析可对基因错义突变的致病性做初步地猜测;相近物种来源的BRCA1具有较近的亲缘关系,而且具有极其相似的三维空间结构。这些为研究BRCA1蛋白的结构与功能关系提供指导意义。     

拟南芥冷诱导CBF/DREB类结合因子的克隆及其生物信息学分析

CBF/DREB结合因子广泛存在于植物中,主要参与诸如干旱、高盐以及冷胁迫等相关基因的表达调控.以拟南芥DNA为模板,PCR扩增出3个冷诱导的CBF/DREB结合因子,即CBF1、CBF2及CBF3,利用生物信息学手段对三者的cDNA序列、氨基酸序列的相似性、组成成分、理化性质、疏水性/亲水性、功能域、进化树、二级结构及DNA保守域的三级结构等进行了较为全面的分析.结果显示,CBF1、CBF2和CBF3的氨基酸序列同源性很高,达到91.4%,且都属于亲水性蛋白,三者在理化性质以及蛋白质二级结构乃至三级结构上也极为相似.另外, CBF1和CBF2都不具跨膜结构,CBF3含有1个跨膜螺旋.