千里光β-微管蛋白基因结构与功能的生物信息学分析

β-微管蛋白是影响细胞新陈代谢和行使功能的重要结构物质,研究β-微管蛋白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。从千里光全长cDNA文库中分离得到β-微管蛋白基因,并采用生物信息学软件进行序列分析。结果显示,该基因长度为1750 bp,编码的蛋白质长度为448个氨基酸,与柚子β-微管蛋白的同源性最高,达96%;其蛋白质分子量为50.01 kD,理论等电点为4.83。β-微管蛋白二级结构主要组成为无规则卷曲结构和α螺旋结构;结构域分析发现该蛋白具有两个保守结构域;三级结构预测为相对稳固的类球形结构;信号肽分析将该蛋白主要定位于细胞质、过氧化物酶体、线粒体基质等亚细胞器位置。将该基因序列上传至GenBank所获得的登录号为KF887495。本实验结果为千里光β-微管蛋白的作用机制揭示和应用研究提供了基础数据,也为植物β-微管蛋白基因的分子研究提供了理论依据及基础资料。     

预测蛋白质间相互作用的生物信息学方法

后基因组时代的研究模式,已从原来的序列-结构-功能转向基因表达-系统动力学-生理功能。建立蛋白质间相互作用的完全网络,即蛋白质相互作用组(interactome),将有助于从系统角度加深对细胞结构和功能的认识,并为新药靶点的发现和药物设计提供理论基础。一系列系统分析蛋白质相互作用的实验方法已经建立,近年来,出现了多种预测蛋白质相互作用的生物信息学方法,这些方法不仅是对传统实验方法的有价值的补充,而且能够扩展实验方法的预测范围;同时,在开发这些方法的过程中建立了一些重要的分子进化和分子生物学慨念。本文综述了9种生物信息学方法的原理、方法评估、存在的问题．并分析了这个领域的发展前景。     

基于生物信息学方法分析人CREB结合蛋白的结构与功能

为了预测分析人CREB结合蛋白(CREB-binding protein,CBP)的结构和功能。本研究利用生物信息学相关数据库及软件对人CBP蛋白的理化性质、保守性、亚细胞定位、信号肽、跨膜结构域、二级结构、三级结构、相互作用蛋白及功能进行预测。结果表明,人CBP蛋白是一种定位于核内的不稳定亲水性蛋白质,无跨膜区和信号肽。其二级结构以无规卷曲和α-螺旋为主,并且该蛋白质HAT结构域在各物种间高度保守,推测与其酶活性密切相关的氨基酸残基为Tyr1433、Leu1434、Asp1435、Arg1664。此外,人CBP蛋白能够与TP53、CREB1、NCAO3等多种转录因子或转录辅激活因子发生相互作用,主要参与转录调控、细胞分化、组织发育、信号转导及细胞凋亡等生物学过程。本研究为进一步研究CBP在恶性肿瘤发生发展中的作用机制提供了理论依据。     

人Transgelin蛋白家族生物信息学分析

本研究通过对人Transgelin蛋白家族(Transgelins)3位成员(Transgelin,-2,-3)的生物信息学预测分析,显示Transgelin和-2等电点分别为8.87和8.41,Transgelin-3等电点为6.84,3位成员均为非分泌型蛋白,且极有可能是跨膜型蛋白.蛋白质稳定性分析结果显示,除Tr...     

嗜吞噬细胞无形体msp4蛋白的生物信息学分析及表达鉴定

分析预测嗜吞噬细胞无形体msp4蛋白的抗原性,对嗜吞噬细胞无形体的msp4蛋白采用生物信息学对其进行分析二级结构,亲水性,疏水性,B细胞线性表位;根据分析的优势抗原表位区,进行基因合成并亚克隆至p ET32a表达载体,在大肠埃希菌中获得重组蛋白。生物信息学分析结果显示msp4蛋白由283个氨基酸组成,分子量为29.8 ku,理论等电点为6.05,不稳定系数为32.79,总平均疏水性为0.063;二级结构预测msp4蛋白主要以无规卷曲、延伸链、α-螺旋为主;B细胞表位预测msp4蛋白有14个线性表位;根据分析的结果选取msp4蛋白亲水性高的膜外区的28-158位序列克隆至p ET32a进行原核表达,在34 ku出有目的蛋白的表达。成功对嗜吞噬细胞无形体的msp4蛋白原核表达及纯化,为无形体病血清学检测方法的建立奠定了物质基础。     

DCLK1的空间结构和理化性质分析

DCLK1(Doublecortin-like kinase 1)是胃肠道肿瘤干细胞的分子标志物,也是一个潜在的基因治疗分子靶点,但其致癌机制和预后价值仍未被完全阐明。为了全面认识DCLK1,本文利用生物信息学手段,对DCLK1蛋白的理化性质、组织表达、亚细胞定位、信号肽、跨膜结构域、空间结构、蛋白质相互作用网络及序列同源性进行分析。结果表明人DCLK1基因编码729个氨基酸组成的蛋白,在进化过程中高度保守,属于TGS超家族和PKc_like超家族,是碱性不稳定的亲水蛋白,无信号肽和跨膜区域。该蛋白定位于细胞核的可能性最大,主要二级结构为无规卷曲。经GO分析和KEGG通路分析可知,与DCLK1相互作用的蛋白中,NOTCH蛋白、PRDM8和PRUNE2值得深入研究,预示DCLK1存在更为复杂的作用机制。本文结果为进一步研究DCLK1的功能及致癌机制提供了一定的参考。     

谷子ARF基因家族的鉴定与生物信息学分析

生长素应答因子(ARF,auxin response factors)是一类可以结合在生长素应答基因启动子部位的转录因子,在植物的生长发育中起至关重要的作用。本研究以谷子为材料,共鉴定出24个ARF基因,命名为Si ARFs。利用生物信息学对谷子Si ARFs基因的结构、染色体分布、基因倍增模式、系统进化以及基因的表达模式进行分析。结果表明,Si ARF基因家族在染色体上呈不均匀分布,除2号染色体外,其他染色体上都有该家族基因,基因的扩增模式为分散复制与片段复制。Si ARFs基因家族具有相对保守的结构,即包含1个保守的B3 DNA结构域、ARF结构域和Aux/IAA结构域,ARF蛋白的3D结构含有3个α螺旋和7个β折叠结构。进化树分析表明谷子ARF蛋白和物种相近的高粱、玉米聚在一起。大多数ARF基因在谷子根、茎、叶和穗中都有表达,且不同基因表达量有较大差异。     

与PRRSV nsp11互作的宿主细胞蛋白鉴定及生物信息学分析

【目的】研究猪繁殖与呼吸综合征病毒(Porcine reproductive and respiratory syndrome virus,PRRSV)nsp11与宿主细胞蛋白之间的相互作用,对于揭示nsp11在病毒复制过程中发挥的功能至关重要。【方法】在病毒感染细胞的基础上,利用nsp11的单克隆抗体,采用免疫沉淀结合串联质谱的方法,筛选与PRRSV nsp11相互作用的宿主细胞蛋白,并对所筛选出的宿主细胞蛋白进行了GO注释、COG注释和KEGG代谢通路注释;选取筛选出的宿主细胞蛋白IRAK1,利用免疫共沉淀技术和激光共聚焦技术鉴定其与nsp11之间的相互作用。【结果】与空白对照组相比,病毒感染组中出现3条差异带;经质谱分析共筛选得到了201个与nsp11相互作用的宿主细胞蛋白,分别与蛋白质代谢、细胞信号通路转导以及病原致病性等密切相关;在生物信息学分析的基础上,实验验证了nsp11确与宿主细胞蛋白IRAK1进行相互作用。【结论】鉴定出与PRRSV nsp11相互作用的宿主细胞蛋白,生物信息学分析显示它们在病毒的复制和致病过程中发挥重要作用。研究结果为探究nsp11的生物学功能指明了方向,也为研究宿主细胞蛋白与病毒蛋白间的相互作用及其调控病毒复制和致病性的分子机制奠定了基础。     

寿命调控同源蛋白Sch9与S6K1的结构与功能分析

芽殖酵母Sch9与哺乳动物S6K1是保守的寿命调控同源蛋白,利用生物信息学手段比较分析了Sch9与S6K1的理化性质、亚细胞定位、信号肽和跨膜区、空间结构、蛋白质相互作用网络、序列同源性及进化关系,以期对Sch9与S6K1的结构功能的深入研究提供线索和基础。结果表明Sch9为酸性稳定性亲水蛋白,而S6K1为酸性不稳定的亲水蛋白,均无信号肽和跨膜区域,两者定位于细胞核的可能性最大。Sch9与S6K1的主要二级结构均为无规卷曲,在进化上相当保守,Sch9属于C2超家族和PKc_like超家族,S6K1属于PKc_like超家族。Sch9相互作用蛋白主要有Cyr1、Tor1、Tor2、Pkh1/2,而S6K1相互作用蛋白主要有PIK3CA、RHEB、Rps6、RPTOR、mTOR,显示两者的相互作用蛋白保守性也较强。同时,分析显示Sch9与S6K1均具有利于蛋白间相互作用的结构特点,为进一步深入研究Sch9与S6K1的分子功能及调控机制提供了一定的理论参考。     

FOXD3的空间结构和理化性质分析

FOXD3(Forkhead box D3)作为一个有价值的肿瘤预后标志物,其抑癌机制和预后价值仍未被完全阐明。为了全面认识FOXD3,本研究利用生物信息学手段,对FOXD3蛋白的氨基酸序列同源性、理化性质、组织表达、亚细胞定位、空间结构及蛋白质相互作用网络进行了预测和分析。结果表明:人FOXD3蛋白是酸性不稳定的亲水蛋白,在进化过程中高度保守,无信号肽和跨膜区域,属于FH超家族。该蛋白定位于细胞核的可能性最大,主要二级结构为无规卷曲。经GO分析和KEGG通路分析可知,与FOXD3相互作用的蛋白主要是转录因子,参与调控细胞干性的蛋白质和调控肿瘤细胞特性的蛋白质。本文结果为进一步研究FOXD3的功能及抑癌机制提供一定的参考。     

海水小球藻磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因(Chpepc2)克隆和生物信息学分析

为了进一步了解藻类PEPC酶的特征,对海水小球藻pepc2基因进行了克隆并通过生物信息学方法分析了海水小球藻PE PCase2的结构和功能特征。结果表明,海水小球藻pepc2基因与莱茵衣藻pepc2基因相似度为90%,且其对应的氨基酸序列的特征与莱茵衣藻PE PCase2特征相同,可见该基因编码的是海水小球藻细菌型PEPC酶。海水小球藻PEPCase2二级结构主要包括α螺旋、β转角、无规则卷曲和伸展链,其三级结构外部为α螺旋结构,中心为平行β桶结构。海水小球藻PEPCase2具有多种重要的生理功能,主要与多种重要的物质合成有关。     

氨基甲酸乙酯水解酶的家族生物信息学分析

氨基甲酸乙酯(Ethyl carbamate,EC)是酒精饮料生产过程中自然产生的副产物,具有潜在的致癌性和遗传毒性,成为影响人们健康的隐患.利用氨基甲酸乙酯水解酶(Urethane hydrolase,UH)消除酒精饮料中已存在的EC具有直接、高效的作用.为了进一步探索EC水解酶的功能与作用,本实验利用生物信息学的方...     

Bioinformatics perspective on rhomboid intramembrane protease evolution and function

Endopeptidase classification based on catalytic mechanism and evolutionary history has proven to be invaluable to the study of proteolytic enzymes. Such general mechanistic- and evolutionary- based groupings have launched experimental investigations, because knowledge gained for one family member tends to apply to the other closely related enzymes. The serine endopeptidases represent one of the most abundant and diverse groups, with their apparently successful proteolytic mechanism having arisen independently many times throughout evolution, giving rise to the well-studied soluble chemotrypsins and subtilisins, among many others. A large and diverse family of polytopic transmembrane proteins known as rhomboids has also evolved the serine protease mechanism. While the spatial structure, mechanism, and biochemical function of this family as intramembrane proteases has been established, the cellular roles of these enzymes as well as their natural substrates remain largely undetermined. While the evolutionary history of rhomboid proteases has been debated, sorting out the relationships among current day representatives should provide a solid basis for narrowing the knowledge gap between their biochemical and cellular functions. Indeed, some functional characteristics of rhomboid proteases can be gleaned from their evolutionary relationships. Finally, a specific case where phylogenetic profile analysis has identified proteins that contain a C-terminal processing motif (GlyGly-Cterm) as co-occurring with a set of bacterial rhomboid proteases provides an example of potential target identification through bioinformatics. This article is part of a Special Issue entitled: Intramembrane Proteases.     

牛NAD(+)异柠檬酸脱氢酶生物信息学分析

异柠檬酸脱氢酶(IDH)是三羧酸循环中的关键酶。为了进一步探索IDH的结构与功能,利用生物信息学方法对牛NAD(+)IDH进行分析。结果表明,该蛋白为亲水性蛋白,呈碱性,无跨膜区,在β亚基N端存在长度为16个氨基酸的信号肽,亚细胞定位在线粒体。二级结构预测结果显示该蛋白的三个亚基均以α螺旋为主,并且其上的螺旋和折叠均紧密有序排列,这有助于形成特定的结构域并发挥特定的生物学功能。对α和γ两个亚基采用同源建模法预测其三级结构模型,β亚基采用折叠识别法预测其三级结构模型,预测结果质量评估均较好。此外,分析了不同亚基的表面电荷分布,并预测了最可能的异柠檬酸和ADP的结合位点。通过生物信息学方法进行合理预测,为进一步研究IDH家族尤其是哺乳动物NAD(+)IDH提供了重要理论依据。     

新型冠状病毒PLpro蛋白酶结构与功能的生物信息学分析

2019年12月,由新型冠状病毒(SARS-CoV-2)引起的新型冠状病毒肺炎(COVID-19)在中国武汉暴发。SARS-CoV-2的基因组编码2种病毒蛋白酶,即木瓜样蛋白酶(Papain-like protease,PLpro)和3C样蛋白酶(3C-like protease)。其中PLpro是SARS-CoV-2复制酶复合体(RC)形成的重要调节蛋白分子,对于病毒基因组转录和复制至关重要。因此,将SARS-CoV-2 PLpro作为药物的靶点对COVID-19的治疗具有积极意义。本研究应用生物信息学工具分析新型冠状病毒的木瓜样蛋白酶的结构和功能,首先利用BLAST和BioEdit获取SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶(SC2-PLpro)及其同源蛋白的氨基酸序列,并利用BLAST和MEGA 6.0进行同源性分析。之后,利用ProParam和Proscale分别对SC2-PLpro蛋白酶的理化性质、亲水性和疏水性进行分析。然后,通过SOMPA、ScanProsite和InterPro分别预测SC2-PLpro蛋白酶的二级结构和功能区域,进一步利用SignalP 4.0和TMHMM对SC2-PLpro蛋白酶的信号肽和跨膜区进行分析。最后,通过SWISS-MODEL对SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶进行三级结构同源建模。结果显示,对SARS-CoV-2 PLpro蛋白酶与已报道的PLpro蛋白酶进行多序列比对后,发现SARS-CoV-2 nsp3的746~1063段氨基酸与多种冠状病毒PLpro蛋白酶氨基酸序列高度相似。同时,同源性分析发现SARS-CoV-2与蝙蝠冠状病毒的PLpro蛋白酶具有同源性,其中与QHR63299、AVP78030相似性最高。对SC2-PLpro进行理化性质预测结果显示,其由318个氨基酸所组成,为稳定亲水性蛋白。二级结构预测结果显示SC2-PLpro主要含有α-螺旋、延伸链、β-转角、无规卷曲,四种结构贯穿整条氨基酸链。进一步进行功能分析,发现其具有完整的催化三联体、锌结合域、泛素样N末端结构域,故推测该蛋白具有去泛素化的功能。然后,信号肽假说和跨膜结构域分析结果表明,SC2-PLpro既不是分泌蛋白,也不属于跨膜蛋白。本研究提示,生物信息学分析SC2-PLpro为稳定性亲水蛋白,属于非跨膜蛋白,比较保守,具有去泛素化的功能,利用此功能可以进一步规避宿主的固有免疫反应。通过制备PLpro蛋白酶小分子抑制剂,可能有助于治疗新型冠状病毒肺炎。     

蛋白质酶功能分析和预测方法的进展和前瞻

蛋白质酶是生物体内最重要的生物分子之一。对酶的功能进行系统研究具有重要的科学研究价值和工业应用意义,近年来,以计算机技术为基础的酶功能预测的方法不断发展与完善。基于此背景,本文总结了基于计算方法的酶功能分析与预测的主要方法,包括酶结合位点、分子对接、动力学模拟以及分子设计等内容。同时,本文也对相应的发展趋势进行讨论和展望。