昆虫5-羟色胺及其受体的研究进展

5-羟色胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT）是昆虫体内一种重要的生物胺。5-HT在昆虫神经组织和非神经组织中均可合成,它可被5-HT转运体重吸收进入突触前结构中。5-HT通过结合特异性的G蛋白偶联受体在昆虫体内发挥不同的神经调控作用,调节昆虫主要的行为活动,比如取食、生物钟、聚集、学习和记忆等。昆虫体内5-HT受体有5种,分别为5-HT1A,5-HT1B, 5-HT2A,5-HT2B 和5-HT7。其中5-HT1A和5-HT1B偶联胞内cAMP的降低, 5-HT2A和5-HT2B偶联胞内Ca²⁺的释放, 5 HT7偶联胞内cAMP的升高。近年来,昆虫体内5-HT及其受体的研究有了很大的进展,昆虫体内越来越多的5-HT受体被克隆,并进行了功能和药理学性质分析。不同昆虫5 HT受体药理学性质存在差异,将为以5-HT受体为靶标,设计新型特异性杀虫剂提供理论基础。     

西红花MADS-box基因家族的生物信息学分析

西红花是中国传统中药材,以花柱入药,被誉为"植物黄金"。MADS-box转录因子家族在显花植物的花器官形成和分化过程中发挥重要作用,其有极大的可能影响西红花花器官的形成进而影响花柱发育。本研究采用生物信息学方法,对来自西红花转录组数据库中的17条MADS-box转录因子的核苷酸进行解读,及对其编码的氨基酸序列的组成成分、理化性质、信号肽、导肽、跨膜结构域、亚细胞定位、亲疏水性、蛋白质的二级、三级结构及功能域进行预测分析,并将西红花和其他植物的MADS-box蛋白进行同源比对,同时构建了西红花和模式植物拟南芥MADS-box蛋白家族的系统进化树。结果表明,西红花MADS-box基因的开放阅读框在630~750 bp左右,分子量在24~29 kD之间,理论等电点(pI)均大于7,介于8.69~9.54之间,表现为碱性疏水蛋白,既不含有信号肽也没有跨膜结构,二级结构主要原件为α-螺旋和无规则卷曲,含有一个MADS-MEF结构域和K-box结构域。氨基酸同源性比对结果表明西红花和石刁柏的MADS-box蛋白同源性较高。与拟南芥的进化树分析结果显示,西红花MADS-box蛋白可聚为两大类,分属于MIKC和Mβ亚家族。本工作可为今后进一步深入研究西红花MADS-box蛋白的生物学功能提供可靠的参考依据。     

不同昆虫泛素基因部分序列的生物信息学分析

采用比较基因组学和生物信息学方法系统分析了NCBI中已公布的二化螟、棉卷叶螟和草地贪夜蛾等13种昆虫Ub基因及其氨基酸序列的结构特点、差异和遗传多样性及进化关系。结果表明,Ieu、Thr、Ile和Lys作为13种昆虫Ub的主要氨基酸,多呈碱性,无前导肽、信号肽和跨膜结构域,延伸带和无规则卷曲为主要结构元件,第57和22位点分别发生Ser和Thr磷酸化,总体呈亲水性。同时检测出96个多态位点,共生成13个单倍型,昆虫种间该基因具较丰富的遗传多样性。     

肺动脉高压大鼠肺内5-HT1B受体的分布和表达变化

目的:观察低氧性肺动脉高压大鼠肺内5-HT1B受体的分布和表达变化,探讨低氧性肺动脉高压的形成机制.方法:40只健康雄性SD大鼠随机分为正常组(control)、低氧3周组(2w)、低氧4周组(4w)和低氧5周组(5w).除正常组外,其余3组大鼠分别在低氧环境中饲养3周、4周和5周.测定各组大鼠的平均肺动脉压力(mPAP)、右心室收缩压(RVSP)和右心室肥厚度[RV/(LV+S)%].应用免疫组织化学法观察大鼠肺组织中5-HT1B受体的分布和表达,Western blot法测定大鼠肺组织中5-HT1B受体的蛋白含量.结果:和正常组相比,低氧3周组大鼠的mPAP、RVSP和右心室肥厚度均显著升高(P均＜0.05),并且随着低氧时间的延长而持续升高(P均＜0.05).免疫组织化学结果显示:5-HT1B受体主要分布在正常大鼠肺动脉的内膜层,而平滑肌层中仅有少量表达:和正常组相比,低氧3周组大鼠肺动脉平滑肌层中5-HT1B受体的表达显著增多;随着低氧时间的延长,大鼠肺动脉平滑肌层中5-HT1B受体表达持续增多.Western blot结果表明,大鼠肺组织中5-HT1B受体的蛋白含量变化和免疫组织化学结果相一致.结论:低氧性肺动脉高压大鼠肺动脉中5-HT1B受体呈过度表达,这可能是低氧性肺动脉高压形成的分子机制之一.     

昆虫卵黄原蛋白受体的研究进展

昆虫卵黄发生的一个重要过程是卵黄蛋白的摄取,已有的研究表明脂肪体合成的卵黄原蛋白(vitellogenin,Vg)是通过受体介导的内吞作用(receptor mediated endocytosis,RME)被正在发育的卵母细胞所摄取。昆虫卵黄原蛋白受体(vitellogenin receptor,VgR)是介导昆虫卵黄原蛋白胞吞作用主要受体,它属于低密度脂蛋白家族,在结构与特性上具低密度脂蛋白家族的共性。卵黄原蛋白及其受体在昆虫生殖过程中起着重要的作用,本文综述了昆虫VgR的基本特性、分子结构及表达调控等方面的研究进展。     

油棕等热带植物DXS基因的生物信息学分析

油棕等热带植物含有丰富的胡萝卜素和维生素E等类异戊二烯物质,类胡萝卜素和甾醇等类异戊二烯物质在植物生命活动中扮演重要角色,并且对保护人类健康具有重要意义,MEP途径是合成类异戊二烯的重要途径之一。DXS是MEP途径中的第一个限速酶,其功能在油棕等热带植物中极其保守。为了弄清油棕等热带植物DXS的结构和功能特点,该研究利用生物信息学工具和软件对以油棕等热带植物类异戊二烯合成关键基因DXS为对象,进行核酸和氨基酸序列的理化性质、蛋白质结构以及功能结构域等分析,探讨了不同物种间的亲缘关系。结果表明:DXS基因起始密码子均为ATG,终止密码子则分为TAG、TAA和TGA,DXS蛋白质属于不具有信号肽的亲水性蛋白,可能作为转运蛋白在叶绿体基质中发挥作用,未发现明显的跨膜结构域,磷酸化位点有36个,其中丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸位点分别为17、11和8个,无规则卷曲和α-螺旋是蛋白质二级结构主要的结构元件,三级结构预测具有DXS酶特征,硫胺素焦磷酸盐结合位点和PLN02582保守结构域,不同植物DXS功能结构域非常保守,可以作为判断不同物种间亲缘关系的重要依据。该研究结果为油棕等热带植物DXS的结构、功能分析和利用提供了进一步的信息,为其品质性状分子机制研究及遗传改良奠定了基础。     

海七鳃鳗(Petromyzon marinus)anoctaimin-1蛋白的生物信息学分析

七鳃鳗是现存的最原始的无颌类脊椎动物之一,也是连接无脊椎动物与脊椎动物的重要环节,对生物的起源与进化有很高的研究价值。anoctamin-1蛋白(ANO1)是一种重要的跨膜蛋白,与细胞内阴离子的跨膜运输相关。以海七鳃鳗为例,利用不同软件对海七鳃鳗ANO1蛋白的理化性质、结构域、蛋白结构特征、物种进化保守性以及系统进化关系进行生物信息学分析表明:海七鳃鳗ANO1的开放阅读框为2 373 bp,编码791个氨基酸,属于anoctamin蛋白家族,具有7个跨膜区;二级结构含有无规则卷曲、α螺旋和β折叠。将海七鳃鳗与其他物种的ANO1氨基酸序列进行同源比对,并构建系统进化树,以确认海七鳃鳗ANO1基因的保守性和进化地位。对ANO1基因及蛋白的生物信息学分析为ANO1基因及蛋白的相关研究提供了重要的信息基础。     

生物信息学分析包膜与非包膜病毒的受体蛋白差异

病毒与受体相互作用对于病毒感染宿主细胞至关重要.为了深入理解病毒对于受体蛋白的选择机制,本研究从结构、功能、宿主蛋白相互作用网络以及组织表达量等四个方面系统性地分析和比较了哺乳动物中包膜与非包膜病毒的受体蛋白差异.结果表明,包膜病毒和非包膜病毒的受体蛋白具有相似的结构域组成和功能,但是非包膜病毒的受体蛋白相对于包膜病毒具有更多的结构域数目、更高的N-糖基化水平、在宿主蛋白相互作用网络中有更高的连接度和节点介数、以及在宿主中有更高的表达.本研究有助于加深我们对于哺乳动物中包膜与非包膜病毒受体选择机制的理解,同时也对病毒受体的鉴定具有一定的参考价值.     

大熊猫嗅觉受体基因家族的生物信息学分析

嗅觉受体(OR)在嗅觉系统识别气味的过程中起关键作用,哺乳动物OR蛋白由其最大的多基因家族编码。本研究深入分析了大熊猫Ailuropoda melanoleuca的OR基因家族,结果显示大熊猫有1 048个OR基因,包括645个完整基因、219个假基因和184个片段基因。大熊猫的OR基因根据序列相似性可划分为22个家族、240个亚家族,平均每个亚家族的成员不足5个,表明大熊猫的OR基因家族具有丰富的序列多样性。基于大熊猫、北极熊Ursus maritimus、家犬Canis lupus familiaris和小鼠Mus musculus的OR蛋白序列的多物种聚类分析显示它们具有267个直系同源基因簇,而大熊猫没有特有的OR基因,表明其嗅觉特异性不明显。大熊猫OR基因的数量明显比其近亲北极熊的少,显示其在进化过程中丢失了大量OR基因,这可能与其食性的显著改变有关。     

5-羟色胺受体基因多态性位点与海洛因依赖的关联性研究

目的：5-HT（5-hydroxytryptamine,5-HT）参与了多种中枢神经活动的生理过程,其功能异常可以影响很多行为障碍,已有研究显示,5-HT水平与多种精神疾病密切相关。5-HT受体及其转运体基因在海洛因依赖发生发展中起到了重要的作用,是海洛因依赖的主要候选基因。探讨5羟色胺2A受体（Serotonin 2A receptor,HTR2A）基因启动子区-1438A/G（rs6311）、外显子区102T/C（rs6313）与5羟色胺1B受体（Serotonin 1B receptor,HTR1B）基因外显子区861G/C（rs6296）3个单核苷酸多态性和海洛因依赖的关联性分析。方法：严格按照诊断标准,选取无亲缘关系的海洛因依赖个体616例及健康个体600例提取基因组DNA,采用PCR-RFLP方法检测rs6311、rs6313和rs6296 3个SNPs位点的基因型频率,采用SPSS16.0软件分析各位点等位基因、基因型频率在病例-对照组间差异。结果：HTR2A基因rs6311和HTR1B基因rs6296位点的等位基因及基因型频率分布在2组间存在统计学差异（P〈0.05）,病例组rs6311位点的等位基因A频率显著高于对照组（X2=5.436,P=0.020,OR=1.208,CI=1.031~1.417）,rs6296位点的等位基因C频率显著高于对照组（X2=12.116,P=0.000,OR=1.329,CI=1.132~1.560）。连锁不平衡检验结果显示,HTR2A基因rs6311、rs6313位点处于不连锁状态,D＇〈0.5。结论：HTR2A基因rs6311和HTR1B基因rs6296多态性可能与海洛因成瘾有关,携带有rs6311 A等位基因与rs6296 C等位基因的人可能更容易对海洛因产生依赖。我们的研究为海洛因依赖易感人群筛选及药物靶向治疗提供了理论依据。     

水稻螟虫神经肽PBAN及其受体序列的生物信息学分析

【目的】性信息素合成激活肽(PBAN)是控制昆虫产生性信息素的激素,本文旨在分析水稻螟虫神经肽PBAN及其受体的序列。【方法】通过t Blastn同源检索从水稻螟虫基因组和转录组数据库中鉴定水稻螟虫PBAN神经肽及其受体序列,在此基础上进行序列比对及系统发生分析。【结果】发现二化螟Chilo suppressalis、三化螟Tryporyza incertulas和大螟Sesamia inferens的PBAN成熟肽序列均含有33个氨基酸残基,其C端五肽序列完全相同,3种水稻螟虫PBAN多肽相似度为54.55%~63.64%;发现二化螟PBAN受体3个异构体全长氨基酸序列(PBANR-A、PBANR-B和PBANR-C),均含有7个跨膜区域。【结论】进化树分析发现不同昆虫PBAN神经肽及其受体存在一定的保守性和多样性,并且在进化树上的位置几乎与昆虫系统发育分类一致,推测PBAN神经肽和PBAN受体在昆虫系统进化过程中可能存在协同进化现象。本研究为水稻螟虫PBAN神经肽及其受体的结构和功能分析提供基础。     

真菌类过氧化物酶体增殖因子PEX11基因家族生物信息学研究

PEX11基因家族成员是参与过氧化物酶体增殖调控的关键因子,文章利用生物信息学方法对26种代表性真菌的PEX11基因家族成员进行了检索和进化分析。研究发现:(1)26种真菌中共有66个可能的PEX11p。酵母类真菌有1个或2个PEX11p,而大多数丝状真菌中包含2到3个,其中子囊菌中PEX11p的个数偏多,个别种类达到5个;(2)真菌PEX11p可分为3类,大多数真菌含有类型Ⅰ和类型Ⅲ的PEX11p,类型Ⅱ是盘菌亚门真菌所特有的,可能与类型Ⅰ和类型Ⅱ在功能上有冗余;(3)通过MEME分析,发现PEX11p含有多个保守区域,其中C末端的Motif8具有很高的保守性,推测可能对PEX11p发挥功能具有重要作用。文章对进一步研究真菌PEX11p的进化与功能以及过氧化物酶体的增殖具有重要意义。     

云锦杜鹃NRT基因序列的生物信息学分析

通过转录组测序,获得在接种 ERM 真菌的云锦杜鹃苗根系中显著差异表达的基因,其中硝酸根转运蛋白(NRT )基因是硝态氮吸收转运的关键基因。利用生物信息学方法,分析云锦杜鹃根转录组的硝酸根转运蛋白(NRT )基因序列,对其推导的氨基酸的理化性质、亲水性/疏水性、跨膜结构、导肽、二级结构、高级结构进行预测,并对硝酸根转运蛋白的氨基酸做进化发育分析。为进一步了解 NRT 基因在云锦杜鹃接种苗根系氮素吸收的作用奠定了基础。     

昆虫抗冻蛋白的分离纯化及特性分析

昆虫抗冻蛋白具有很高的热滞活性,可保护机体免受结冰引起的伤害。昆虫抗冻蛋白的分离纯化多采用凝胶过滤层析、离子交换层析及HPLC等技术,已用于鱼类抗冻蛋白纯化的冰亲和纯化(IAP)技术也可考虑应用于昆虫抗冻蛋白的分离提纯。昆虫抗冻蛋白具有高活性,规则的一级结构及类似的冰晶结合表面等特性。     

Ligand sensitivity in dimeric associations of the serotonin 5HT2c receptor

G-protein-coupled receptors (GPCRs) respond to external stimuli by activating heterotrimeric G proteins inside the cell. There is increasing evidence that many GPCRs exist as dimers or higher oligomers, but the biochemical nature of such dimers and what roles they have, if any, in signal transduction remains unclear. We conducted a comprehensive study of dimerization of the 5HT2c serotonin receptor using disulphide-trapping experiments. We found a dimer interface between transmembrane (TM) helices IV and V that is markedly sensitive to the state of receptor activation. This dimer seems to be quasisymmetrical in interfacial geometry and asymmetrical in its association with its cognate G alpha protein. We also found a second interface at TM I helices, which is insensitive to the state of activation.     

Metabolic depletion of sphingolipids inhibits agonist-induced endocytosis of the serotonin1A receptor

G protein-coupled receptors (GPCRs) are vital cellular signaling machinery and currently represent ~40% drug targets. Endocytosis of GPCRs is an important process that allows stringent spatiotemporal control over receptor population on the cell surface. Although the role of proteins in GPCR endocytosis is well addressed, the contribution of membrane lipids in this process is rather unexplored. Sphingolipids are essential functional lipids in higher eukaryotes and are implicated in several neurological functions. To understand the role of sphingolipids in GPCR endocytosis, we subjected cells expressing human serotonin_1A receptors (an important neurotransmitter GPCR involved in cognitive and behavioral functions) to metabolic sphingolipid depletion using fumonisin B₁, an inhibitor of sphingolipid biosynthetic pathway. Our results, using flow cytometric analysis and confocal microscopic imaging, show that sphingolipid depletion inhibits agonist-induced endocytosis of the serotonin_1A receptor in a concentration-dependent manner, which was restored when sphingolipid levels were replenished. We further show that there was no change in the internalization of transferrin, a marker for clathrin-mediated endocytosis, under sphingolipid-depleted condition, highlighting the specific requirement of sphingolipids for endocytosis of serotonin_1A receptors. Our results reveal the regulatory role of sphingolipids in GPCR endocytosis and highlight the importance of neurotransmitter receptor trafficking in health and disease.     

Bioinformatic analysis of structural proteins of paramyxovirus Tianjin strain

The amino acid sequences of the NP,P, M, F,HN and L proteins of the paramyxovirus Tianjin strain were analyzed by using the bioinformatics methods. Phylogenetic analysis based on 6 structural proteins among the Tianjin strain and 25 paramyxoviruses showed that the Tianjin strain belonged to the genus Respirovirus, in the subfamily Paramyxovirinae, and was most closely related to Sendal virus (SeV). Phylogenetic analysis with 14 known SeVs showed that Tianjin strain represented a new evolutionary lineage. Similarities comparisons indicated that Tianjin strain P protein was poorly conserved, sharing only 78.7%-91.9% amino acid identity with the known SeVs, while the L protein was the most conserved, having 96.0%-98.0% amino acid identity with the known SeVs. Alignments of amino acid sequences of 6 structural proteins clearly showed that Tianjin strain possessed many unique amino acid substitutions in their protein sequences, 15 in NP, 29 in P, 6 in M, 13 in F, 18 in HN, and 29 in L. These results revealed that Tianjin strain was most likely a new genotype of SeV. The presence of unique amino acid substitutions suggests that Tianjin strain maybe has a significant difference in biological, pathological, immunological, or epidemiological characteristics from the known SeVs.     

昆虫激肽的生理功能及机制

昆虫激肽是一类高度保守的小分子神经活性物质,自其从马德拉蟑螂脑中分离得到至今,人们在多种无脊椎动物体内均发现了这一激肽家族成员。它们具有促进昆虫后肠收缩、马氏管扭动、原尿分泌,调节血淋巴量和水盐平衡,使马氏管跨膜电位去极化,抑制昆虫体内消化酶释放、幼虫体重增长等功能。然而,天然的昆虫激肽很容易被蛋白酶所降解,因此须对其进行结构改造及构效关系研究,以开发出更有潜力的假肽和非肽模拟抗酶解昆虫激肽类似物,对今后实现环境友好型害虫防治策略具有重要意义。     

Bioinformatic identification of genes encoding Clq-domaincontaining proteins in zebrafish

C1q is the first subcomponent of classical pathway in the complement system and a major link between innate and acquired immunities. The globular （gC1q） domain similar with C1q was also found in many non-complement C1q-domain-containing （C1qDC） proteins which have similar crystal structure to that of the multifunctional tumor necrosis factor （TNF） ligand family, and also have diverse functions. In this study, we identified a total of 52 independent gene sequences encoding C1q-domain-containing proteins through comprehensive searches of zebrafish genome, cDNA and EST databases. In comparison to 31 orthologous genes in human and different numbers in other species, a significant selective pressure was suggested during vertebrate evolution. Domain organization of C1q-domain-containing （C1qDC） proteins mainly includes a leading signal peptide, a collagen-like region of variable length, and a C-terminal C1q domain. There are 11 highly conserved residues within the C1q domain, among which 2 are invariant within the zebrafish gene set. A more extensive database searches also revealed homologous C1qDC proteins in other vertebrates, invertebrates and even bacterium, but no homologous sequences for encoding C1qDC proteins were found in many species that have a more recent evolutionary history with zebrafish. Therefore, further studies on C1q-domain-containing genes among different species will help us understand evolutionary mechanism of innate and acquired immunities.