人類及9種模式生物中ORAOV1蛋白的多維度特征分析

馬子洋，姚靖歆，周萍(首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，北京00069;首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院)

人類及9種模式生物中ORAOV1蛋白的多維度特征分析

馬子洋1，姚靖歆1，周萍2
(1首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，北京100069;2首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院)

摘要:目的分析比較口腔癌過度表達(dá)序列1(ORAOV1)蛋白在人類與獼猴、大鼠、小鼠、家貓、家犬、金倉鼠、豚鼠、原雞、非洲爪蟾9種模式生物中的特征，尋找宜用于建立口腔鱗狀細(xì)胞癌(OSCC)動物模型的模式動物。方法采用生物信息學(xué)技術(shù)對人類ORAOV1蛋白提取以下特征:氨基酸序列、基本理化性質(zhì)、親疏水性、亞細(xì)胞定位、立體結(jié)構(gòu)，并與9種模式生物ORAOV1蛋白的上述特征進(jìn)行比較。結(jié)果在9種模式生物中，豚鼠ORAOV1蛋白在氨基酸序列、基本理化性質(zhì)、親疏水性、亞細(xì)胞定位及立體結(jié)構(gòu)與人類最為接近，最宜于建立OSCC動物模型。結(jié)論人類ORAOV1蛋白具有137個(gè)氨基酸，位于微體，親水，性質(zhì)穩(wěn)定;豚鼠與人類ORAOV1蛋白各特征相近，最宜用于建立OSCC動物模型。

關(guān)鍵詞:口腔鱗狀細(xì)胞癌;口腔癌過度表達(dá)序列1蛋白;動物模型;生物信息學(xué)

口腔癌在各種癌癥中發(fā)病率占第6位，以口腔鱗狀細(xì)胞癌(OSCC)為主，其惡性程度高［1，2］。從分子水平進(jìn)行研究和治療，有利于提高患者的生存率和生存質(zhì)量［3］?？谇话┻^度表達(dá)序列1(ORAOV1) 是OSCC的重要候補(bǔ)癌基因，參與口腔黏膜的癌變、癌細(xì)胞生長和血管生成的調(diào)控［4］。生物信息學(xué)可用于研究序列、進(jìn)行蛋白質(zhì)分析，在腫瘤發(fā)生發(fā)展的研究中尤其重要［5，6］。2013年10月～2014年11月，我們采用生物信息學(xué)技術(shù)對人類與獼猴、大鼠、小鼠、家貓、家犬、金倉鼠、豚鼠、原雞、非洲爪蟾共9種模式生物OSCC細(xì)胞中的ORAOV1基因及蛋白進(jìn)行分析，以尋找適于OSCC研究的動物模型。

1　材料與方法

1.1材料采用美國國立生物技術(shù)信息中心的核苷酸檢索工具Nucleotide進(jìn)行多物種ORAOV1核苷酸序列檢索，得到人類及9種模式生物ORAOV1序列，人類NM_153451.2，獼猴NM_001194174.1，大鼠NM_001107565.1，小鼠NM_028184.3，家貓XM_ 006937628.1，家犬XM_005631376.1，金倉鼠XM_ 005064111.1，豚鼠XM _003468322.2，原雞NM _ 001031186.1，非洲爪蟾NM_001097853.1。

1.2方法使用ncbi nuccore獲取ORAOV1序列，ebi fasta、ebi clustalw2分析ORAOV1基因進(jìn)化的親緣關(guān)系，expasy protparam分析ORAOV1蛋白理化性質(zhì)，expasy protscale分析蛋白親疏水區(qū)，hgc psort分析蛋白亞細(xì)胞定位，ibcp sopma、expasy swissmodel分析蛋白立體結(jié)構(gòu)。

2　結(jié)果

2.1ORAOV1蛋白氨基酸序列的同源性豚鼠、獼猴、家貓、大鼠、小鼠、金倉鼠、原雞、家犬、非洲爪蟾的ORAOV1蛋白氨基酸序列長度分別為137、232、 206、222、151、136、140、112、137個(gè)氨基酸，比對分?jǐn)?shù)分別為90.51、83.94、79.56、78.1、77.37、76.47、66.42、60.71、52.55。根據(jù)clustalw2工具繪制分析人類與9種模式生物ORAOV1蛋白氨基酸序列同源性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在進(jìn)化同源性上獼猴和人類接近，在氨基酸序列長度及相似程度上豚鼠和人更為接近。

2.2ORAOV1蛋白的基本理化性質(zhì)分析結(jié)果及綜合比對分?jǐn)?shù)見表1，其中綜合比對分?jǐn)?shù)越接近0，該生物ORAOV1蛋白整體性質(zhì)與人類越接近。豚鼠、原雞、金倉鼠、小鼠ORAOV1蛋白的基本理化性質(zhì)與人類更加接近，家貓、獼猴相差較遠(yuǎn)。在同源性上，人與獼猴較接近，但癌變蛋白長度相差較大，氨基酸的組成和數(shù)量相差甚遠(yuǎn)，從根本上造成了它們基本理化性質(zhì)的不同。

2.3ORAOV1蛋白的親疏水性人類ORAOV1蛋白親水性最強(qiáng)分值為－2.533，位于肽鏈第76位的絲氨酸;疏水性最強(qiáng)分值為2.000，位于肽鏈第85位的亮氨酸;在第16～45位、70～80位、91～115位有明顯親水區(qū)?？傮w來看，整條肽鏈呈現(xiàn)出較強(qiáng)的親水性，推測其為可溶性蛋白。人類與豚鼠、家貓、小鼠、大鼠的ORAOV1蛋白的總體親水性平均系數(shù)相近，這四者中豚鼠和人的該蛋白親疏水區(qū)域位置基本一致，親水性分值較接近。

2.4ORAOV1蛋白的亞細(xì)胞定位人類ORAOV1蛋白存在微體的概率為0.640，存在細(xì)胞質(zhì)的概率為0.450，存在線粒體基質(zhì)或存在溶酶體的概率均為0.100。因此該蛋白最有可能位于微體上。與其他9種生物的ORAOV1蛋白比對，同在微體上的有犬、豚鼠、大鼠。

2.5ORAOV1蛋白的立體結(jié)構(gòu)人類ORAOV1蛋白二級結(jié)構(gòu)有四種，分別為α-螺旋(占51.82%)、延伸鏈(占8.03%)、β-轉(zhuǎn)角(8.03%)和無規(guī)則卷曲(32.12%)。其與豚鼠、原雞、金倉鼠、小鼠、非洲爪蟾ORAOV1蛋白的二級結(jié)構(gòu)類似，非洲爪蟾與人最相似。人類、豚鼠、金倉鼠ORAOV1蛋白三維結(jié)構(gòu)極其類似，非洲爪蟾有相似度，獼猴差別極大。

3　討論

口腔癌是世界上發(fā)病率較高的癌癥，以O(shè)SCC為主，大多采用手術(shù)切除原發(fā)灶治療，5年生存率約50%［7，8］。近年來，OSCC在分子水平上的研究逐漸成為熱點(diǎn)，研究發(fā)現(xiàn)微小RNA、谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶基因片段、細(xì)胞周期依賴性激酶抑制蛋白等都對OSCC的發(fā)生發(fā)展有一定影響［9～11］。研究表明，ORAOV1、IKBKB、FADD等基因有助于OSCC的發(fā)展［12］。其中ORAOV1是一種OSCC候選基因，其蛋白對癌組織大小、惡性程度等起著關(guān)鍵作用，抑制ORAOV1的表達(dá)可以直接抑制OSCC癌細(xì)胞的生長［13］。模式生物是在生物、醫(yī)學(xué)等方面具有明顯性狀、繁殖力高等特征的生物，是建立動物模型、研究疾病的平臺，國內(nèi)外越來越多的模式生物被用于癌癥研究，如斑馬魚用于抗癌藥物研發(fā)［14］。本研究采用生物信息學(xué)技術(shù)對人類和9種購買飼養(yǎng)方便、口腔空間結(jié)構(gòu)宜于操作觀察的模式生物ORAOV1基因及蛋白進(jìn)行多維度分析與比較，其結(jié)果對OSCC動物模型建立與致病機(jī)理研究有重要意義。

本研究發(fā)現(xiàn)，人類ORAOV1基因序列長度2 544bp，其蛋白有137個(gè)氨基酸，位于微體，親水，性質(zhì)穩(wěn)定。將人類與獼猴、大鼠、小鼠、家貓、家犬、金倉鼠、豚鼠、原雞、非洲爪蟾共9種模式生物ORAOV1蛋白的各種性質(zhì)進(jìn)行對比，結(jié)果顯示，不同物種ORAOV1蛋白性質(zhì)上的差異與進(jìn)化上同源性的遠(yuǎn)近并無絕對聯(lián)系，且沒有一種生物的ORAOV1蛋白能在各種性質(zhì)上與人類完全相同。在9種模式生物中，獼猴ORAOV1蛋白同源性雖與人類最近，但該蛋白的其他特征與人類差別較大，因此不宜用于建立OSCC動物模型。經(jīng)過對比，我們發(fā)現(xiàn)鼠科動物尤其是金倉鼠、豚鼠和小鼠在ORAOV1蛋白的基本理化性質(zhì)、親疏水性、立體結(jié)構(gòu)上與人類相近，其中豚鼠最佳，其ORAOV1蛋白各種特征均與人類對應(yīng)特征相似，最宜于建立OSCC動物模型，其動物飼養(yǎng)成本低，有利于進(jìn)行大樣本實(shí)驗(yàn)，口腔結(jié)構(gòu)易于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，且已有用于癌癥研究的先例。

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(收稿日期:2014-12-26)

通信作者:周萍

基金項(xiàng)目:北京市教育委員會科技發(fā)展計(jì)劃面上項(xiàng)目(KM201510025009)。

文章編號:1002-266X(2015)18-0036-03

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

中圖分類號:R739.8

doi:10.3969/j.issn.1002-266X.2015.18.012