生物合成硒蛋白机制的研究进展

作为第 2 1种氨基酸 ,硒代半胱氨酸在翻译阶段由核糖体介导 ,在mRNA编码区的UGA密码子处参入多肽链。研究表明硒代半胱氨酸的参入需要一个顺式作用元件SECIS和 4个基因产物 :SelA、SelB、SelC、SelD。原核生物和真核生物的SECIS在mRNA中的位置和结构特征差异显著。在利用Escherichiacoli硒代半胱氨酸的参入机制合成硒蛋白方面 ,研究人员进行了有益的探索。     

硒蛋白P的研究进展

硒蛋白P最初在血浆中发现,占血浆总硒的60%,在其多肽链中有10个硒半胱氨酸。由10个读码框内的UGA编码,而UGA一般是作为终止密码子起作用,故硒蛋白P的生物合成需要多个特异的因子。如特异的tR-NA,延伸因子和mRNA上的特异的二级结构等。硒蛋白P的功能尚不清,初步的研究结果提示可有转运硒,抗氧化,结构重金属和神经营养等作用。     

富硒酵母中硒赋态的研究

硒是人体必需的一种微量元素,参与合成硒代半胱氨酸、硒代甲硫氨酸以及多种硒代蛋白(酶),具有抗肿瘤、抗氧化、增强人体免疫等多种生物学活性,与人体的健康有着密切关系.硒以不同的形式存在于自然界中,大致可分为无机硒和有机硒两种,其生物活性与毒性也各有不同.富硒酵母作为补充硒元素的主要形式之一,具有生物利用度高、食用安全、毒性低等优点.研究富硒酵母中的硒的赋态,对合理摄取硒元素,促进人体健康具有重要意义,因此成为近年来研究的热点.     

硒蛋白合成的特殊机制

硒蛋白含有一种特殊氨基酸--硒代半胱氨酸。在翻译阶段,该氨基酸从硒蛋白ｍＲＮＡ编码区的ＵＧＡ密码子处掺入多肽链。已证明它由丝氨酸和活性硒供体分子合成。一种独特的ｔＲＮＡ、某些特殊蛋白质因子以及硒蛋白ｍＲＮＡ的特殊二级结构是ＵＧＡ解读为硒代半胱氨酸所必需的。     

通过新基因计算机识别与实验确认对NCBI人类基因数据库一些模式参考序列错误的分析与纠正

采用生物信息学分析与实验确认相结合的技术路线,通过所识别的基因在非冗余数据库比对发现了网上公布的计算机注释人类基因组编码序列存在各种类型的多处错误,包括cDNA水平的一个或一段碱基插入、缺失或突变,或是这些错误的不同排列组合,其中以错误插入为多,往往导致编码氨基酸的移码突变。最先举证了NCBIGENOME Annotation Project预测人类新基因的下列错误类型：(1)开放读码框架(0RF)中错误插入一个碱基造成编码氨基酸移码;(2)错误拼接;(3)开放读框中错误插入一个或一段碱基造成该读框提前终止。只编码N-端氨基酸的cDNA序列而不完整;(4)只有编码c一端氨基酸序列的cDNA而不完整;(5)只是正确基因0RF中间的一段编码蛋白cDNA序列而不完整,缺N-端与C-端氨基酸序列,并且将不完整蛋白氨基酸序列的第一个非起始码氨基酸错误地预测为起始码氨基酸,如将L错误地预测为M;(6)开放读框中错误插入一个或一段碱基造成前面出现不该有的终止码,因而编码蛋白缺开头部分氨基酸;(7)可能将污染基因组序列当作完整基因cDNA序列对待而预测出所谓单一外显子基因。即便真是基因,也只是较长单一外显子mRNA中有一小0RF,而0RF起始码上游同一相位确实存在终止码,无其他特点符合基因条件;(8)所预测基因只有0RF,而0RF两端没有任何EST证据,可据此0RF拼接出受EST和人类基因组双重支持的完整基因cDNA(开放读框上游同一相位有终止码),预示所预测0RF参考序列可能不正确;(9)有EST实验证据支持存在基因的人类基因组序列范围内又被预测出一条相似但更小的蛋白编码基因,因而新预测基因有可能是错误的。     

硒蛋白P的研究进展

硒蛋白P（SeP)是从大鼠和人血浆中分离,纯化得到的一种糖蛋白,每个硒蛋白P多肽含有10个硒代半胱氨酸,硒蛋白P中的硒含量占大鼠和人血浆中硒含量的50%以上,在其mRNA开放阅读框架中克隆的cDNA的序列含有10个UGA密码子。硒代半胱氨酸在一个UGA密码子处嵌入蛋白的一级结构,尽管对硒蛋白P功能还没有彻底了解,它的一种非常可能的作用是作为一种胞外抗氧化剂,大鼠血浆中的硒蛋白P在体内实验中对Diquat诱导的脂质过氧化和肝损坏具有保护作用,人血浆中的硒蛋白P在体外实验中显示减少内作为一存活促进因子。     

硒蛋白P的研究进展

硒蛋白P(SeP)是从大鼠和人血浆中分离、纯化得到的一种糖蛋白 ,每个硒蛋白P多肽含有10个硒代半胱氨酸。硒蛋白P中的硒含量占大鼠和人血浆中硒含量的 5 0 %以上。在其mRNA开放阅读框架中克隆的cDNA的序列含有 10个UGA密码子。硒代半胱氨酸在一个UGA密码子处嵌入蛋白的一级结构 ,尽管对硒蛋白P功能还没有彻底了解 ,它的一种非常可能的作用是作为一种胞外抗氧化剂。大鼠血浆中的硒蛋白P在体内实验中对Diquat诱导的脂质过氧化和肝损坏具有保护作用 ,人血浆中的硒蛋白P在体外实验中显示减少内毒素过氧化硝酸盐和磷脂氢过氧化物的活性。牛血浆中的硒蛋白P在神经细胞的培养中作为一存活促进因子。     

硒蛋白的分子生物学研究进展

已有35种硒蛋白被分离和表征,但许多硒蛋白及其功能仍未完全阐明.硒半胱氨酸(Sec)作为参入蛋白质的第21种氨基酸,由硒蛋白mRNA上的UGA编码.在原核生物,Sec参入硒蛋白的复杂机制已经较为明确,需要四种基因产物（SELA、SELB、SELC和SELD）和一个存在于硒蛋白mRNA上的被称为Sec插入序列(SECIS)的茎环(stem loop)样二级结构.在真核生物,硒蛋白生物合成途径可能在SECIS的结构和位置、特异的延伸因子及其他RNA-RNA或RNA-蛋白质因子之间的相互作用等方面与原核生物不同.另外,哺乳动物硒蛋白mRNA上的UGA翻译为Sec的过程低效,特定位点的UGA密码子不同功能(终止密码和Sec密码)的调控可能是硒蛋白表达低效的关键.     

艾美游仆虫大核基因组与转录组测序及结构特征

为获得艾美游仆虫(Euplotes amieti)大核基因组结构特征、分析基因功能及其表达调控方式,研究采用高通量测序技术对艾美游仆虫进行了大核基因组与转录组测序,结果显示基因组测序最终得到原始reads数据为10.92 Gb,过滤后得到50287条Contigs。GC含量较低,为31%;其中两端同时具有端粒的微染色体数量为27542条,占54.76%,只含有一端端粒的基因数量为6118条。Contigs进行基因结构分析, 96.5%的基因能够被预测出功能,最终得到27650条基因,平均外显子长度为311.69 bp;内含子较短,平均长度为150 bp。转录组测序结果为76219898条,拼接后获得38588条转录组Unigenes,其平均长度为1189 bp。将转录组的38588条Unigenes比对发现有2%—3%基因发生了编程性移码,其中,绝大多数为+1PRF;除此之外,艾美游仆虫的终止密码子还存在重配现象,其终止密码子为UAA和UAG,而UGA编码半胱氨酸或硒代半胱氨酸。这与游仆虫属的编程性移码及终止密码子重配的特点一致。将27650条基因组Contigs与38588条转录组U...     

硒蛋白合成的特殊机制

硒蛋白含有一种特殊氨基酸－硒代半胱氨酸。在翻译阶段,该氨基酸从硒蛋白ｍＲＮＡ编码区的ＵＧＡ密码子处掺入多肽链。已证明它由丝氨酸和活性硒供体分子合成。一种独特的ｔＲＮＡ,某些特殊蛋白质因子以及硒蛋白ｍＲＮＡ的特殊二级结构是ＵＧＡ解读为硒代半胱氨酸所必需的。     

硒酶及硒化合物生理功能研究的新进展

硒是动物必需的微量元素,硒半胱氨酸是硒蛋白的组份并构成硒酶的活性中心,硒蛋白特别是硒酶是硒的主要功能形式,研究发现,硒半胱氨酸是参入到蛋白质分子中的第21种氨基酸,硒是唯一受基因调控的微量元素,最新研究表明,硒及其化合物还具有阻断某些炎症介质的生理活性,抑制蛋白激酶C,激活促分裂原活化蛋白激酶和S6核糖体蛋白激酶,免疫调节及与其它元素和维生素相互作用等多种生理功能,提示硒在人类健康中的作用及其机制比我们过去所预计的更为复杂。     

一株出芽短梗霉全基因组序列测定及其分析

出芽短梗霉因其发酵产物种类的多样性而具有广阔的工业应用前景。本研究利用下一代测序技术,对一株高产普鲁兰多糖的出芽短梗霉菌株(Aureobasidium pullulans CCTCC M 2012259)全基因组进行测序、组装和生物信息学分析。研究表明,该菌株的基因组全长约为26.37 Mb,共包含36条scaffolds和76 contigs,Gen Bank登录号:PRJNA350822。利用Gene Mark-ES软件对该基因组进行基因预测,共得到10 069个编码蛋白的基因。使用Blastp将其与Uniprot KB数据库中所有已知真菌蛋白进行比对,发现有6 218个预测蛋白与Uniprot KB数据库中的4 925个已知蛋白高度相似。利用DAVID工具对这些蛋白进行GO基因功能注释、KEGG通路注释和蛋白酶分析,分别注释得到4 444条GO功能条目、1 566条KEGG通路条目和1 740条蛋白酶信息。测定与分析为今后针对出芽短梗霉的功能基因挖掘以及分子遗传改造等工作的开展奠定了坚实的理论基础。     

硒蛋白P的研究进展

微量元素硒 (Ｓｅ)作为许多具有重要生物功能的硒酶的活性中心 ,不但与机体的免疫应答及抗氧化作用等生理功能密切相关 ,而且能够降低癌症的发生率[1,2 ] 。在流行病学和临床研究中 ,常用血浆或全血中Ｓｅ浓度作为衡量Ｓｅ状态的指标 ,而且血浆浓度能比全血浓度更迅速地反映Ｓｅ状态的变化。在哺乳动物血浆中 ,Ｓｅ主要结合在 3种蛋白质中 :硒蛋白Ｐ、胞外谷胱甘肽过氧化物酶和清蛋白。其中硒蛋白Ｐ所含Ｓｅ大约占血浆中全部Ｓｅ浓度的 5 0 %。硒蛋白Ｐ不同于目前所鉴定的所有其他硒蛋白 ,因为它含有 10～ 12个硒代半胱氨酸 (ＳｅＣｙｓ)残…     

谷胱甘肽过氧化物酶的硒代半胱氨酸插入元件

真核生物将硒代半胱氨酸插入蛋白质必需硒代半胱氨酸插入元件（ＳＥＣＩＳ）的参与,后者位于硒蛋白ｍＲＮＡ的３′非翻译区．采用ＲＮＡ折叠程序对１５个谷胱甘肽过氧化物酶基因进行计算机处理发现,其可能的ＳＥＣＩＳ中都具有３段保守碱基ＡＵＧＡ－Ａ（Ｇ）ＡＡ－ＧＡ．根据Ａ（Ｇ）ＡＡ位于顶环或者顶环上游５′臂的突环上,可将ＳＥＣＩＳ分为Ⅰ型和Ⅱ型结构     

基于序列相似性和Z曲线方法重注释原核生物蛋白编码基因

随着测序技术的不断发展,产生了海量的基因组测序数据,极大地丰富了公共遗传数据资源。同时为了应对大量基因组数据的产生,基因组比较和注释算法、工具不断更新,使得联合多种注释工具得到更准确的蛋白编码基因的注释信息成为可能。目前公共数据库的原核生物基因组测序和装配有些是10多年前的,存在大量预测的功能未知的编码基因。为了提升美国国家生物信息中心(National Center for Biotechnology Information,NCBI)数据库中基因组的注释质量,本研究联合使用多种原核基因识别算法/软件和基因表达数据重注释1587个细菌和古细菌基因组。首先,利用Z曲线的33个变量从177个基因组原注释中识别获得3092个被过度注释为蛋白编码基因的序列;其次,通过同源比对为939个基因组中的4447个功能未知的蛋白编码基因注释上具体功能;最后,通过联合采用ZCURVE 3.0和Glimmer 3.02以及Prodigal这3种高精度的、广泛使用且基于算法不同而互补的基因识别软件来寻找漏注释基因。最终,从9个基因组中找到了2003个被漏注释的蛋白编码基因,这些基因属于多个蛋白质直系同源簇(clusters of orthologous groups of proteins, COG)。本研究使用新的工具并结合多组学数据重新注释早期测序的细菌和古细菌基因组,不仅为新测序菌株提供注释方法参考,而且这些重注释后得到的细菌基因序列也会对后续基础研究有所帮助。     

应用蛋白质组学方法完善福氏志贺菌基因组注释的研究

常规的应用计算机软件注释基因存在缺陷,目前对基因组的准确注释依然是一项富有挑战性的任务本研究旨在应用蛋白质基因组学(proteogenomics)方法完善福氏志贺菌的基因组注释。提取福氏2a志贺菌301株(Sf2a301)的全菌蛋白,胰蛋白酶水解的肤混合物经二维液相色谱分离、在线ESI串联质谱分析,质谱数据检索Sf2a301的6个读码框数据库,鉴定结果进一步经过生物信息学分析和实验验证。本研究共验证了729个Sf2a301已注释基因的蛋白编码产物,鉴定蛋白在分子量、等电点和疏水性等理化性质方面的分布与Sf2a301基因组已注释蛋白的趋势一致。共发现了6个未注释的新基因,新基因得到了RT-PCR在转录水平上的进一步验证。蛋白质基因组学能够有效的完善志贺菌的基因组注释,不仅验证了已注释基因,而且能够发现新的基因补充其原有基因组注释库,这种策略有望被推广到其他经过测序的生物体基因组注释工作中。     

富硒产品中硒的形态分析及化学评分模式的建立

采用微波水解、HPLC-HG-AFS法测定了硒蛋白粉、硒蛋白片、肽粉、富硒原料等19种硒产品中的总硒、硒代氨基酸和亚硒酸根离子[Se(IV)],分析了硒代氨基酸、Se(IV)和其他形态硒占总硒的百分比及不同形态硒代氨基酸的组成比例。以此为依据,将硒产品分为硒蛋白型、单一硒代氨基酸型、其它形态硒型及有机无机硒混合型。根据DBS42/002-2014规定建立了富有机硒产品评分模式,其中18种为富有机硒产品;根据适硒地区母乳中硒代氨基酸的组成比例提出了硒代氨基酸的化学评分模式,评分结果显示13种以蛋白态硒为主的硒产品中硒代氨基酸的组成比例均与母乳相差甚远,不利于人体平衡吸收利用,其中10种SeMet含量远远超过人体所需,SeCys_2为限制硒代氨基酸。该评分模式的建立对硒产品的开发具有指导意义。     

疟蚊Anopheles gambiae和A. arabiensis嗅觉结合蛋白基因的鉴定和表达谱分型

嗅觉在疟蚊寄主发现行为过程中起主要作用. 基于生物信息学技术, 对按蚊嗅觉结合蛋白基因进行了全基因组分析, 结果总共鉴定了32条嗅觉结合蛋白(OBP)候选基因序列. 进一步采用半定量反转录聚合酶链反应(semi-quantitative RT-PCR), 以疟蚊激动蛋白基因为内部表达参照标准, 研究了冈比亚按蚊所有嗅觉结合蛋白候选基因的组织特异性表达谱. 结果显示: 其中20个OBP候选基因在嗅觉组织(雌蚊触角)中有强的表达, 这说明OBP在疟蚊嗅觉行为中起重要作用. 还研究了冈比亚按蚊复合体(A. gambiae complex)中两种最重要的疟蚊, 即冈比亚按蚊(A. gambiae)和阿拉伯按蚊(A. arabiensis)的蚊种嗅觉特异性表达型, 结果发现其中12个OBP候选基因显示种间差异表达, 同时发现阿拉伯按蚊触角中OBP的累积相对表达强度高于冈比亚按蚊, 其比例为1441.45︰1314.12. 这可能是由二者的不同寄主偏好行为所致, 因为冈比亚按蚊高度嗜吸人血, 而阿拉伯按蚊则介于嗜吸人血和嗜畜血之间, 因此后者需要表达更多的OBPs以支持其寄主选择行为模式. 疟蚊OBP基因的鉴定及其组织和蚊种特异性表达型的确定, 是分析疟蚊嗅觉探测的分子机制的第一步, 如嗅觉结合蛋白重组表达及其配体鉴定.     

赤红球菌SD3全基因组测序及其热休克蛋白DnaK的表达分析

红球菌属微生物因其自身较强的有机物耐受性和较宽的降解谱,能够适应多种生境而被广泛应用于生物脱硫、石油污染修复、有毒有机化合物降解、污水处理等领域。本研究利用单分子PacBio测序技术,对一株耐有机溶剂的赤红球菌SD3 (Rhodococcus ruber SD3)全基因组进行测序并进行生物信息学分析。该菌株的全基因组长度大约为5.37 Mb,GC含量为70.63%,GenBank序列登录号为CP029146。使用Barrnap0.4.2和tRNAscan-SEv1.3.1软件对基因组中包含的rRNA基因和tRNA基因进行预测,发现有12个rRNA基因和53个tRNA基因。利用Glimmer3.02软件对该基因组进行基因预测,共得到5 120个编码蛋白的基因。将预测的蛋白序列同时与KEGG、STRING和GO三类数据库进行Blastp比对,共计2 836个蛋白基因获得COG功能注释,并且注释得到3 130条GO功能条目和2 190条KEGG通路条目。此外,基于荧光定量PCR的分析表明在甲苯和苯酚胁迫下,赤红球菌SD3中热休克蛋白DnaK的表达分别上调了29.87倍和3.93倍。这些研究结果为赤红球菌的遗传改造和揭示赤红球菌的有机溶剂耐受性机制提供了理论依据。     

大肠杆菌tRNASec关键核苷酸位点

在原核生物中,硒蛋白合成需要tRNA~(Sec) (SelC)与硒代半胱氨酸合成(Sec synthase, SelA)、硒代半胱氨酸特异性延伸因子(Sec-specificelongationfactor,SelB)之间相互作用。【目的】基于大肠杆菌掺硒机器,寻找tRNA~(Sec)骨架上关键核苷酸位点,为解决硒蛋白目前面临的掺硒效率较低、产量低的问题提供新思路。【方法】以大鼠细胞质型硫氧还蛋白还原酶(thioredoxinreductase1,TrxR1)为掺硒模式蛋白为定点突变tRNA~(Sec),转化至BL21 (DE3) gor-获得阳性重组菌株(携带pET-TRSter/pSUABC’),用于表达大鼠硒蛋白TrxR1,然后使用2￠,5￠ADP-Sepharose亲和层析和凝胶过滤两步法分离纯化TrxR1,最后利用经典硒依赖型DTNB还原反应测定TrxR1的酶活,分析关键核苷酸位点,评价掺硒效率。【结果】在存在SECIS元件的前提下,当SelA、SelB、tRNA~(Sec)共表达时,与野生型相比,携带突变型tRNA~(Sec)所共表达的TrxR1酶活力呈现不同程度的降低,其中E.colitRNA~(Sec)的G18、G19这两个位点的所有的TrxR1酶活远低于野生型(10%);然而,a26和b7的酶活相对较高。【结论】E. coli tRNA~(Sec)骨架上G18和G19位点对于维持tRNA稳定性和灵活性发挥了关键作用,位点突变引起tRNA结构变化会影响tRNA~(Sec)与掺硒元件的互作,因此有望通过改造tRNA核苷酸位点来提高硒蛋白的掺硒效率。