人白細(xì)胞介素-36α蛋白的二級結(jié)構(gòu)及其B細(xì)胞抗原表位的預(yù)測

陳少英，鄭堅，牛青霞

(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院炎癥與免疫性疾病研究所，廣東 汕頭 515041)

人白細(xì)胞介素-36α蛋白的二級結(jié)構(gòu)及其B細(xì)胞抗原表位的預(yù)測

陳少英，鄭堅，牛青霞

(汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院炎癥與免疫性疾病研究所，廣東 汕頭 515041)

目的預(yù)測并分析人白細(xì)胞介素-36α蛋白的二級結(jié)構(gòu)及其潛在的B細(xì)胞抗原表位。方法以人IL-36α蛋白的氨基酸序列為基礎(chǔ)，采用生物信息軟件和互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器預(yù)測人IL-36α蛋白的二級結(jié)構(gòu)及其親水性、可及性和柔韌性，根據(jù)預(yù)測結(jié)果綜合分析IL-36α蛋白可能的B細(xì)胞抗原表位。結(jié)果IL-36α蛋白潛在的B細(xì)胞抗原表位位于N端8～12、33～38、111～116和143～149氨基酸區(qū)段。結(jié)論預(yù)測了IL-36α蛋白的二級結(jié)構(gòu)和B細(xì)胞抗原表位，為進(jìn)一步研究IL-36α的生物學(xué)活性部位及利用合成肽制備抗IL-36α的多克隆抗體提供了理論依據(jù)。

白細(xì)胞介素-36α；生物信息學(xué)；二級結(jié)構(gòu)；表位

白細(xì)胞介素-1家族(Interleukin-1 family，IL-1F)的細(xì)胞因子與急性、慢性炎癥有關(guān)，在天然免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要的作用。IL-1家族由11個成員組成，即IL-1F1～I(xiàn)L-1F11，其中IL-1F5、IL-1F6，IL-1F8、IL-1F9、IL-1F10和IF11是通過分析序列同源性、蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)、基因位點和受體結(jié)合特征發(fā)現(xiàn)并鑒定的細(xì)胞因子[1-2]，2010年上述細(xì)胞因子被重新命名為IL-36Ra、IL-36α、IL-36β、IL-36γ、IL-38和IL-33[3]。

IL-36α(曾被命名為IL-1F6)主要表達(dá)于皮膚和上皮組織，在免疫和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要的作用。氣道上皮細(xì)胞表達(dá)IL-36α，炎癥刺激可增加氣道上皮細(xì)胞IL-36αmRNA的表達(dá)。Ramadas等[4]的研究顯示IL-36α刺激CD11c+細(xì)胞表達(dá)中性粒細(xì)胞特異性趨化因子CXCL1、CXCL2和TNFα，增加CD40的表達(dá)，增強(qiáng)CD11c+細(xì)胞誘導(dǎo)T細(xì)胞增殖的能力。IL-36α還可誘導(dǎo)CD4+T分泌IFN-γ、IL-4和IL-17[5]。體內(nèi)實驗顯示，支氣管灌注重組小鼠IL-36α后，可以引起野生型C57BL/6小鼠和IL-1αβ-/-小鼠肺部中性粒細(xì)胞侵潤和肺部中性粒細(xì)胞特異性趨化因子mRNA表達(dá)的增加。最近的研究顯示，腫瘤內(nèi)IL-36α表達(dá)減少與肝癌患者的不良預(yù)后有關(guān)，提示IL-36α有可能成為肝癌患者預(yù)后的一個Marker[6]。本文以IL-36α的氨基酸序列為基礎(chǔ)，利用生物信息學(xué)方法，預(yù)測IL-36α蛋白的二級結(jié)構(gòu)和B細(xì)胞抗原表位，為抗IL-36α抗體制備及結(jié)構(gòu)與功能研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 IL-36α的氨基酸序列IL-36α的氨基酸序列來自NCBI提供的蛋白數(shù)據(jù)庫(ACCESSION:NP_ 055255)，見圖1。

圖1 IL-36α的氨基酸序列

1.2 人IL-36α二級結(jié)構(gòu)的預(yù)測采用SOPMA計算工具分析IL-36α蛋白的二級結(jié)構(gòu)[7]。

1.3 人IL-36α B細(xì)胞抗原表位的預(yù)測以7個氨基酸殘基為一組，分別按Hopp&Woods親水性方案[8]、Emini可及性方案[9]和Bhaskaran-Ponnuswamy柔韌性方案[10]進(jìn)行單參數(shù)預(yù)測。綜合各分析方法，取各參數(shù)預(yù)測結(jié)果的重疊區(qū)域，即為可能的B細(xì)胞抗原表位。

2 結(jié)果

2.1 人IL-36 α二級結(jié)構(gòu)分析結(jié)果采用SOPMA服務(wù)器預(yù)測的IL-36α二級結(jié)構(gòu)見圖2。結(jié)果顯示：IL-36α的二級結(jié)構(gòu)由α-螺旋(15.19%)、β-折疊(35.44%)、β-轉(zhuǎn)角(7.59%)、無規(guī)則卷曲(41.77%)組成。IL-36α蛋白的無規(guī)卷曲和β-轉(zhuǎn)角主要位于第7～13、26～28、33～41、48～52、56～61、68～71、78～83、97～104、110～116、121～125、130～137、142～150位氨基酸(見圖2)。

圖2 人IL-36α二級結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果

2.2 人IL-36α B細(xì)胞抗原表位的單參數(shù)預(yù)測結(jié)果IL-36α的親水性、可及性和柔韌性預(yù)測結(jié)果見圖3～圖5。應(yīng)用不同的參數(shù)預(yù)測的B細(xì)胞抗原表位出現(xiàn)的位置有所不同(見表1)，但8～12、33～38、111～116和143～149肽段用多種參數(shù)分析得到了基本一致的結(jié)果，這些肽段可能為人IL-36α的B細(xì)胞抗原表位。

圖3 IL-36α的親水性分析

圖4 IL-36α的柔韌性分析

圖5 IL-36α的可及性分析

表1 應(yīng)用不同方法預(yù)測人IL-36αB細(xì)胞抗原表位的肽段位置

3 討論

B細(xì)胞表位是指抗原中可被B細(xì)胞抗原受體(B cell receptor，BCR)或抗體特異性識別并相互結(jié)合的線性片段或空間構(gòu)象型結(jié)構(gòu)。應(yīng)用生物信息學(xué)方法預(yù)測蛋白質(zhì)的B細(xì)胞表位，并通過體外合成其肽段進(jìn)行驗證，是目前獲得B細(xì)胞抗原表位肽段的重要方法。

本研究以人IL-36α的一級結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，采用ProScale、Bcepred服務(wù)器上的相應(yīng)軟件和SOPMA軟件，通過多參數(shù)分析預(yù)測人IL-36α的B細(xì)胞抗原表位。通過對二級結(jié)構(gòu)、親水性、柔韌性和可及性的綜合分析，結(jié)果顯示，人IL-36α蛋白可能的B細(xì)胞抗原表位位于N端8～12、33～38、111～116和143～149氨基酸區(qū)段，這些肽段具有較高的親水性，在二級結(jié)構(gòu)上位于或富含無規(guī)卷曲，符合表位分布的特點，并且與柔韌性參數(shù)和可及性參數(shù)預(yù)測的結(jié)果也相符。

由于IL-36α在炎癥免疫過程中發(fā)揮重要作用，并且與T細(xì)胞免疫，特別是CD8+T細(xì)胞免疫應(yīng)答的活化有關(guān)，腫瘤內(nèi)IL-36α表達(dá)減少與肝癌患者的不良預(yù)后有關(guān)，因此，IL-36α有可能成為治療炎癥性疾病和癌癥的新靶點。本文結(jié)果為人工合成IL-36α的B細(xì)胞抗原表位，進(jìn)而制備抗IL-36α的抗體奠定了基礎(chǔ)。

[1]Van de Veerdonk FL,Netta MG.New Insights in the Immunobiology of IL-1 Family Members[J].Front Immunol,2013,8(4):167.

[2]Smith DE,Renshaw BR,Ketchem RR,et al.Four new members expand the interleukin-1 superfamily[J].J Biol Chem,2000,275(2): 1169-1175.

[3]Dinarello C,Arend W,Sims J,et al.IL-1 family nomenclature[J]. Nat Immunol,2010,11(11):973.

[4]Ramadas RA,Ewart SL,Iwakura Y,et al.IL-36α exerts pro-inflammatory effects in the lungs of mice[J].PLoS One,2012,7(9): e45784.

[5]Vigne S,Palmer G,Lamacchia C,et al.IL-36R ligands are potent regulators of dendritic and T cells[J].Blood，2011,118(22): 5813-5823.

[6]Pan QZ,Pan K,Zhao JJ,et al.Decreased expression of interleukin-36α correlates with poor prognosis in hepatocellular carcinoma [J].Cancer Immunol Immunother,2013,62(11):1675-1685.

[7]Geourjon C,Deléage G.SOPMA:significant improvements in protein secondary structure prediction by consensus prediction from multiple alignments[J].ComputAppl Biosci,1995,11(6):681-684.

[8]Hopp TP.Protein surface analysis:methods for identifying antigenic determinants and other interaction sites[J].J Immunol Methods, 1986,88(1):1-18.

[9]Emini EA,Hughes JV,Perlow DS,et al.Induction of hepatitis A virus-neutralizing antibody by a virus-specific synthetic peptide[J].J Virol,1985,55(3):836-839.

[10]Bhaskaran R,Ponnuswamy PK.Positional flexibilities of amino acid residues in globular proteins[J].Int J Pept Protein Res,1988,32 (3):241-255.

Prediction of the secondary structure and B-cell epitopes of human interleukin-36 α.

CHEN Shao-ying,

ZHENG Jian,NIU Qing-xia.
Institute of Inflammation and Immune Diseases,Shantou University Medical College,Shantou 515041,Guangdong,CHINA

ObjectiveTo predict the secondary structure and B-cell epitopes of human interleukin(IL)-36α.MethodsBased on the IL-36α amino acid sequence,the secondary structure,hydrophilicity,flexibility and accessibility indexes of human IL-36α were analyzed with bioinformatics tool and network servers.Combined the results according to these methods,the B-cell epitopes of IL-36α were predicted.ResultsThe predicted B-cell epitopes of human interleukin-36α were probably located in or adjacent to 8～12,33～38,111～116 and 143～149 aa in the N-terminal.ConclusionThe secondary structure and B-cell epitopes predicted provide the basis for estimating the activity sites and developing antibodies against human IL-36α.

Interleukin-36α;Bioinformatics;Secondary structure;Epitope

R392.11

A

1003—6350（2014）08—1097—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.08.0428

2013-11-05)

國家自然科學(xué)基金項目(編號:81072941)

牛青霞。E-mail：chenshaoying222@163.com