结核分枝杆菌Rv0081基因编码蛋白的生物信息学分析

运用生物信息学分析软件预测结核分枝杆菌（Mycobacterium tuberculosis, Mtb）Rv0081蛋白的生物学特征及筛选潜在的优势抗原表位。 从NCBI数据库获取Mtb Rv0081蛋白的氨基酸序列，利用生物信息学分析软件ProtParam、ProtScale及TMPRED分析Rv0081蛋白的理化性质及亲疏水性；TMHMM、SignalP-5.0 Server预测蛋白的跨膜区及信号肽；NetNGlyc-1.0 Server、NetPhos 3.1 Server分别预测蛋白的糖基化位点及磷酸化位点；STRING预测能与Rv0081相互作用的蛋白；分别运用SOPMA、SWISS-MODEL预测蛋白的二、三级结构；综合运用softberry、WoLF PSORT预测蛋白的亚细胞定位；运用DNAStar预测蛋白的B细胞抗原表位；综合运用SYFPEITHI、NetCTL 1.2 Server、Net MHC pan 4.1 server预测蛋白的CTL细胞抗原表位；综合运用SYFPEITHI、Net MHCII pan 4.0 server预测蛋白的Th细胞抗原表位。 结果表明，Rv0081蛋白由114个氨基酸组成，相对分子质量为12 356.32，亚细胞定位于细胞质中，为稳定的疏水性蛋白，无跨膜区和信号肽，含有1个糖基化位点及9个磷酸化位点；二级结构主要由α-螺旋和无规则卷曲构成，结构较松散；与hycE、hycP、Rv0088、Rv0083、hycD、hycQ、Rv0082、devR、Rv0080及Rv0079蛋白存在相互作用关系；综合分析各软件预测结果筛选出6个优势B细胞抗原表位、6个优势CTL细胞抗原表位及7个优势Th细胞抗原表位。Mtb Rv0081蛋白具有较多潜在的候选B、T细胞抗原表位，可作为研发新型结核疫苗的候选抗原。     

黄瓜CsEXP10蛋白的结构构建和分析

利用一系列生物信息学软件预测了黄瓜CsEXP10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个跨膜区域和10个糖基化位点.     

SARS-CoV-2非结构蛋白NSP14的生物信息学分析

目的:通过生物信息学手段预测新型冠状病毒(SARS-CoV-2)中非结构蛋白NSP14的性质特征。方法:以SARS-CoV-2的NSP14氨基酸序列为研究对象,通过Blastp与SARS-CoV的NSP14进行比对,并利用ProtParam、ProtScale、PredictProtein和SWISS-MODEL等生物信息学软件工具对NSP14的理化性质、结构和活性区域等进行预测。结果:SARS-CoV-2的NSP14由527个氨基酸残基构成,是一种可溶性亲水蛋白,与SARS-CoV中NSP14氨基酸序列的一致率达到95%。NSP14二级结构中无规则卷曲含量最高,该蛋白质包含了N-糖基化位点、cAMP或cGMP依赖蛋白激酶磷酸化位点、蛋白激酶C磷酸化位点、酪蛋白激酶Ⅱ磷酸化位点和N-豆蔻酰化位点等5个保守基序。NSP14同时具备N端核糖核酸外切酶和N7-甲基转移酶2个结构域,其活性区域的总面积和体积分别为1469.712?~2和1708.967?~3。结论:基于SARS-CoV-2中NSP14的氨基酸序列,运用生物信息学相关软件分析和预测了NSP14蛋白的性质和结构,为新型冠状病毒疫苗研制和药物筛选提供理论依据。     

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。     

2019新型冠状病毒S蛋白的结构和功能分析

运用生物信息学,预测急性呼吸系统综合症冠状病毒2(SARS-CoV-2/2019-nCoV)的基本理化性质、结构、功能和抗原表位等,为新型冠状病毒肺炎(COVID-19)的防治提供思路。应用ExPASy分析S蛋白的消光系数、不稳定系数和半衰期等理化性质;利用SignaIP v5.0分析S蛋白的信号肽;应用TMHMM分析S蛋白的跨膜区;利用NetPhos3.1在线工具预测S蛋白的磷酸化位点;应用Pfam预测S蛋白的结构域;应用PSIPRED分析S蛋白的二级结构特征;利用SWISS-MODEL构建S蛋白的三级结构;利用BLAST分析SARS-CoV-2的S蛋白与其他物种的相似性;利用MEGA软件分析2019-nCoV的S蛋白与其他物种的进化关系。S蛋白由1 273个氨基酸组成,其相对分子质量为141 178.47,等电点为6.24,含有一个跨膜区,是低亲水性分泌蛋白;S蛋白的基本组成单位为纤突蛋白,其二级结构中以无规则卷曲和螺旋结构为主,三级结构中纤突糖蛋白和ACE2复合体具有重要的意义;2019-nCoV与蝙蝠冠状病毒和SARS-CoV同源;S蛋白存在多个潜在的线性T细胞和B细胞表位,1 202～1 210位氨基酸区域的抗原性和应答频率最高。生物信息学技术有利于了解S蛋白的理化性质、结构、功能和潜在的线性T细胞表位等,可为新型冠状肺炎的研究和防治提供参考依据。     

基于Ti4+-IMAC富集的分枝菌酸小杆菌深度覆盖磷酸化蛋白质组研究

【目的】本研究以分枝菌酸小杆菌(Mycolicibacterium smegmatis)为研究对象,探索适于原核微生物理想的磷酸化富集方法。【方法】我们比较了二氧化钛(TiO₂)、Fe³⁺-NTA和Ti⁴⁺螯合在磷酸酯修饰的固相微球(Ti⁴⁺-IMAC) 3种不同富集方法磷酸化肽段的富集效率,并用不同分辨率的质谱仪评估富集稳定性。【结果】Ti⁴⁺-IMAC富集效率最高,磷酸化位点数是TiO₂或Fe³⁺-NTA方法的7倍以上;TiO₂和Fe³⁺-NTA方法富集到的磷酸化位点数相差不大,与已报道的用TiO₂方法富集的磷酸化位点数目接近。Ti⁴⁺-IMAC富集结果稳定性很好,高分辨率Lumos质谱仪鉴定到的磷酸化位点数是Velos的2.6倍。【结论】本研究较高效地实现了分枝菌酸小杆菌磷酸化事件的鉴定,共鉴定到2 280个磷酸化蛋白、10 880个磷酸化肽段及4 433个可信磷酸化位点,有望用于其他微生物的磷酸化蛋白质组学研究。     

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。     

结核分枝杆菌rpoB基因的生物信息学分析

通过生物信息学的方法对rpoB基因及其蛋白质序列的理化性质、亲/疏水性、信号肽、糖基化位点、磷酸化位点、二级结构和三级结构等进行预测分析。结果表明,RNA聚合酶β亚基为富含Val、Glu及Leu的非稳定亲水性蛋白,其中不含信号肽,磷酸化程度较高。α螺旋和无规则卷曲是RNA聚合酶β亚基的主要二级结构元件。用同源建模方法构建三维结构,通过Ramachandran Plot对模型进行评估得到了合理的RNA聚合酶β亚基结构模型。分析rpoB基因及其编码蛋白质的特征对于研究结核杆菌致病及耐利福平药物机理有着重要的意义。     

GPC3基因的结构与功能生物信息学预测

磷脂酰肌醇蛋白聚糖3(Glypican 3,GPC3)作为原发性肝癌标志物,对其结构与功能进行生物信息学分析。借助生物信息学相关软件,对该基因所编码的氨基酸理化性质、信号肽、跨膜结构、蛋白质的二级结构,蛋白质翻译后修饰、蛋白三级结构及亚细胞定位及B细胞线性表位、蛋白质相互作用网络进行生物信息学分析。GPC3蛋白为稳定的亲水性蛋白,具有信号肽,主要定位于细胞质膜。二级结构元件只要以α螺旋,β折叠为主。有18个Ser、7个Thr、23个Tyr可成为蛋白激酶磷酸化位点。GPC3蛋白与Wnt信号家族蛋白具有相互作用。分析预测GPC3,为探究其参与原发性肝癌方面有重要意义。     

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。     

三种隐孢子虫钙依赖蛋白激酶的生物信息学分析

对三种隐孢子虫(C.parvum Iowa II、C.hominis TU502和C.muris RN66)钙依赖蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinases,CDPKs)进行生物信息学分析,探索该蛋白的结构并预测其功能,为其基因功能的研究提供一定的理论基础。通过隐孢子虫基因组数据库收集数据,获得三种隐孢子虫CDPKs蛋白的序列信息,通过生物信息学软件进行分析,预测该蛋白的理化性质、翻译后修饰位点、功能域、亚细胞定位、二级结构、亲/疏水性、抗原表位等。隐孢子虫CDPKs的蛋白性质不稳定,理论分子量从59.76 k Da到76.63 k Da,p I值为5.33~6.09,CDPKs不具有跨膜区和信号肽,不是跨膜分泌性蛋白,都具有蛋白激酶C磷酸化位点、酪氨酸激酶Ⅱ磷酸化位点、酪氨酸激酶磷酸化位点、c AMP和c GMP依赖蛋白激酶磷酸化位点、N-端糖基化位点、N-端肉豆蔻酰化位点和EF-hand钙结合域,二级结构主要以α螺旋和无规卷曲为主;CDPKs主要存在虫体细胞内,均有20多个潜在的抗原表位。在隐孢子虫中,CDPKs蛋白不仅可单独发挥作用,而且还能通过相互结合发挥其生物学效应;同时,CDPKs有望成为候选疫苗及潜在药物靶点。     

八氢番茄红素合成酶(PSY)的生物信息学分析

目的:通过生物信息学方法对八氢番茄红素合成酶基因(PSY)及氨基酸序列分析,并构建三维结构。方法:运用生物信息学方法对八氢番茄红素合成酶基因及其蛋白质序列的理化性质、亲/疏水性、信号肽、跨膜结构域、糖基化位点,磷酸化位点,二级结构,功能结构域和三级结构进行预测分析。结果:PSY基因含1239bp的开放阅读框,编码氨基酸数为412,为碱性不稳定蛋白;八氢番茄红素合成酶富含Arg、Leu、Ala、Ser、Val等氨基酸,为亲水性蛋白质;PSY为非跨膜蛋白,不含信号肽,具有多个磷酸化位点,α螺旋和无规卷曲是其主要结构元件。结论:用同源建模的方法构建其三维结构,得到合理模型,为采用生物工程提高番茄红素产量提供理论依据。     

金纹细蛾几丁质酶基因生物信息学分析

本文从生物信息学角度对克隆获得的金纹细蛾几丁质酶进行分析,通过课题组提交到GenBank的数据,采用在线分析及相应软件分析预测金纹细蛾几丁质酶(LrCHI)基因核苷酸和氨基酸序列的组成、理化性质、信号肽、糖基化位点、磷酸化位点、疏水性、二级结构和三级结构等,并构建系统发育树。结果表明:LrCHI开放阅读框由1737bp组成,推导578个氨基酸;此序列所编码的蛋白属于几丁质酶18家族,其N端含有信号肽和几丁质酶18家族活性位点,C端为几丁质结合区,无跨膜结构域区域;预测LrCHI为亲水性蛋白;金纹细蛾与鳞翅目的棉铃虫、甜菜夜蛾进化关系最近。分析结果可为LrCHI的科学研究提供有价值的信息,为进一步研究其高级结构与功能的关系提供理论依据。     

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。     

绿脓杆菌外膜蛋白OprF的生物信息学分析

[目的]利用生物信息学方法预测绿脓杆菌外膜蛋白OprF的理化性质、高级结构和细胞表位。[方法]采用在线软件预测OprF蛋白的理化性质;Signal P 4.1软件预测OprF信号肽序列;利用TMHMM软件预测ACFA蛋白跨膜结构;SOPMA服务器预测蛋白的二级结构;Swiss-Model程序预测OprF三维结构;综合ABCpred与Bepi Pred方案预测OprF的B细胞表位;运用神经网络法预测OprF的CTL表位;使用MHC-Ⅱ类分子结合肽程序预测OprF的Th细胞表位。[结果]OprF为亲水性蛋白;1~24位氨基酸为信号肽序列;存在多个酶切位点;无跨膜结构并定位于细胞膜外;二级结构中含无规则卷曲34.36%、α-螺旋31.90%、β-转角11.66%、β-片层22.09%;并可能存在3个B细胞表位、2个CTL表位、4个Th细胞表位。[结论]系统分析了OprF蛋白的理化性质、信号肽、跨膜结构、二级与三级结构,以及B、T细胞抗原表位。     

紫色红曲霉Mp-21 MpMcrA基因的克隆与生物信息学分析

McrA为最近在构巢曲霉(Aspergillus nidulans)中发现的全局调控因子，具有调控丝状真菌生长发育和次级代谢的作用，利用生物信息学分析方法找到并克隆紫色红曲霉（Monascus purpureus）中mcrA基因，将其命名为MpMcrA。分析MpMcrA蛋白质理化性质、亲疏水性、亚细胞定位、信号肽、跨膜区域及磷酸化位点、转录因子结合位点以及蛋白质二级结构。利用ProtParam、ProtScale、PSORTII、SignalP4.1等生物信息学软件对MpMcrA进行系统分析。 结果表明，MpMcrA基因长1 356 bp，其中含有3个外显子，2个内含子，编码410个氨基酸，与构巢曲霉序列比对蛋白相似性高达64％。预测结果显示，MpMcrA属于亲水蛋白，位于细胞核可能性大，不存在跨膜区域，不属于膜蛋白；不存在剪切位点，不属于分泌蛋白；基因含有54个潜在的磷酸化位点；可能存在5个转录因子结合位点；蛋白结构大部分为无规则卷曲，整体结构较松散。对MpMcrA基因进行了生物信息学分析，得到了基因特征和分析结果。初步确定MpMcrA基因为构巢曲霉同源mcrA基因，在红曲霉中未见有报道。     

范可尼贫血互补群E基本特性及抗原表位的生物信息学分析

范可尼贫血互补群E(FANCE)属于FA家族的重要成员之一，参与DNA链间交联损伤修复并在某些肿瘤中起重要作用。本研究运用生物信息学方法对FANCE的同源性、理化性质、亲/疏水性、信号肽、亚细胞定位、跨膜结构、蛋白结构、蛋白质互相作用、B/T细胞优势抗原表位以及肿瘤相关性进行预测。FANCE为无信号肽和跨膜区的疏水性蛋白，主要分布在细胞核和细胞质，具有较高的保守性。其二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主，含有2个N-糖基化、9个O-糖基化以及48个磷酸化位点，与FANCM、FANCD2、FANCC等蛋白发生相互作用。FANCE具有多个潜在的B/T细胞优势抗原表位和17个抗原决定簇，在急性髓性白血病（LAML）和皮肤黑色瘤（SKCM）中低表达，其低表达显著影响患者总生存率。这为深入研究FANCE在肿瘤中的分子机制提供理论依据，使FANCE可能成为新的治疗靶点。     

MAP30蛋白结构功能的生物信息学研究

使用protparam、PHDhtm、PredictProtein等生物信息学在线服务器,对MAP30蛋白进行全面分析预测,研究MAP30蛋白具有的抗HIV活性,为临床应用提供抗科学依据和理论基础。结果表明:MAP30蛋白为稳定的碱性疏水蛋白,序列上存在三段跨膜螺旋结构和一段无序化位区域,肽链上的二硫键可使分子间形成聚集体,是一种分泌蛋白。MAP30蛋白序列包含信号肽、低复杂度区域和RIP样活性区域3个区域,具有细胞外被膜、异构酶、免疫应答三种功能。序列上分布着N-糖基化位点、N-豆蔻酰化位点、Shiga/ricin核糖体失活蛋白活性位点和多段蛋白激酶磷酸化位点。     

黑鲷ELO基因编码蛋白结构与功能的生物信息学分析

黑鲷是一种抗逆性强的海水经济鱼类,但在长江以北无法在室外自然越冬,每年进行室内越冬又耗时耗力。为了培育黑鲷耐低温品系,探究黑鲷低温耐受的分子机制,研究了黑鲷脂肪酸延长酶（fatty acid elongase,ELO）基因编码蛋白的结构和功能。首先,运用DNAman 8软件对黑鲷、金头鲷、鱖鱼、斜带石斑鱼、鲤鱼等5种鱼类的ELO蛋白进行氨基酸序列比对,分析其同源性和进化关系;随后,利用生物信息学工具对黑鲷ELO蛋白的理化性质、亚细胞定位、信号肽、跨膜区、剪切位点、蛋白磷酸化、糖基化、二级结构、结构域、分子功能及蛋白质相互作用等进行分析,并进行同源建模与三维结构预测。氨基酸序列比对结果显示,黑鲷与其他鱼类之间序列的同源性较高,在所分析的5种鱼类中,黑鲷与金头鲷亲缘关系最近,与鲤科鱼类亲缘关系最远。生物信息学分析结果表明,ELO蛋白为碱性、小分子、稳定、非分泌型亲水蛋白质,亚细胞定位于细胞质、细胞核和线粒体;该蛋白质中存在22个剪切位点、19个磷酸化位点和 9个赖氨酸糖化作用位点,没有糖基化位点和信号肽;其包含多种二级结构,其中以α-螺旋为主,存在1个结构域及7个跨膜区域;ELO蛋白与其他10个蛋白质可能存在直接的相互作用关系,有可能影响雌激素合成。通过对黑鲷ELO基因编码蛋白结构与功能的生物信息学分析,初步判定其与低温耐受相关。研究结果为黑鲷耐低温品系选育提供了基础理论依据。