結(jié)核分枝桿菌Rv22的生物信息學(xué)分析

蔡麗娜 付陳增 尚偉

摘 要： 結(jié)核病是危害人類健康的主要傳染病之一，尋找新的抗結(jié)核藥物靶點(diǎn)亟待解決。本文Rv2032蛋白進(jìn)行了生物信息學(xué)分析，結(jié)果顯示該蛋白含有NADPH硝基還原酶功能結(jié)構(gòu)域，參與細(xì)菌葉酸的合成，從而參與細(xì)菌相關(guān)蛋白質(zhì)的合成代謝過程，對(duì)該蛋白的進(jìn)一步研究，將為構(gòu)建新的抗結(jié)核藥物靶點(diǎn)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：結(jié)核分枝桿菌 Rv2032 生物信息學(xué)

中圖分類號(hào)：R394.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）07-0187-01

結(jié)核病（Tuberculosis， TB）是危害人類健康的主要傳染病之一，結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）是引起結(jié)核病的病原體[1]。結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis） H37Rv菌株基因組測(cè)序工作的完成為加深理解這種病原菌的生物學(xué)特性以及研發(fā)新的抗結(jié)核藥物提供了基礎(chǔ)。結(jié)核分枝桿菌的細(xì)胞壁是其賴以生存的重要屏障，聚阿拉伯糖半乳糖（Arabinogalactan， AG）是細(xì)胞壁的重要組成成分，其合成代謝關(guān)鍵酶可以作為研發(fā)抗結(jié)核藥物的靶標(biāo)[2]。

無致病性的恥垢分枝桿菌與結(jié)核分枝桿菌同屬分枝桿菌，二者具有相似的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)。我們將恥垢分枝桿菌聚阿拉伯糖水解酶的氨基酸序列與結(jié)核分枝桿菌基因組數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)BLAST分析，在結(jié)核分枝桿菌中未知功能的蛋白質(zhì)Rv2032與恥垢分枝桿菌聚阿拉伯糖水解酶有50%同源性，預(yù)測(cè)Rv2032蛋白具有聚阿拉伯糖水解酶的功能[3]。本文通過采用生物信息學(xué)分析軟件，對(duì)Rv2032的基因結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)功能域進(jìn)行分析，為后續(xù)的科研工作提供必要的數(shù)據(jù)支持[4]。

一、材料與方法

1.Rv2032基因結(jié)構(gòu)氨基酸序列及理化性質(zhì)分析

采用PredictProtein （http：//www.predictprotein.org/）和ProtParam （http：//web.expasy.org/protparam/）兩種分析軟件對(duì)Rv2032的氨基酸序列及理化性質(zhì)進(jìn)行分析。

2.Rv2032蛋白質(zhì)酶切位點(diǎn)及信號(hào)肽位點(diǎn)分析

為了對(duì)Rv2032進(jìn)行亞細(xì)胞定位，分別采用TargetP（http：//www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/），TMHMM（http：//www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/） and SignalP（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/） 對(duì)其跨膜區(qū)域和信號(hào)肽位點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。

3.Rv2032蛋白質(zhì)的同源序列、二級(jí)結(jié)構(gòu)及功能域分析

Rv2032蛋白質(zhì)與聚阿拉伯糖水解酶存在同源序列，對(duì)其同源序列和結(jié)構(gòu)功能域進(jìn)行分析，分別采用PredictProtein，SOSUI（http：//bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/）， COILS（http：//embnet.vital-it.ch/software/COILS_form.html）， SOPMA（http：//npsa-pbil.ibcp.fr/） and ModBase software （http：//modbase.compbio.ucsf.edu/）軟件進(jìn)行分析預(yù)測(cè)。

二、結(jié)果與分析

生物信息學(xué)軟件分析結(jié)果顯示，Rv2032蛋白質(zhì)含有331個(gè)氨基酸，分子量大小為36.6kD，等電點(diǎn)在5.28。二級(jí)結(jié)構(gòu)分析顯示，α螺旋和無規(guī)則卷曲為該蛋白主要二級(jí)結(jié)構(gòu)元件，其中α螺旋35%，無規(guī)則卷曲則占到55%，β折疊含量為9.82%，其中暴露在外的親水性氨基酸占48.64%。該蛋白在近N端含有一個(gè)信號(hào)肽序列，長(zhǎng)度為18個(gè)氨基酸。功能域分析顯示，Rv2032為胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)，預(yù)測(cè)為NADPH硝基還原酶，在第28-32氨基酸和316氨基酸位置有兩個(gè)黃素單核苷酸（FMN）的結(jié)合位點(diǎn)。

三、討論

經(jīng)分析，Rv2032蛋白質(zhì)為胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)，含有大量無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)，并且含有一個(gè)信號(hào)肽。功能域預(yù)測(cè)顯示，該蛋白為NADPH硝基還原酶家族成員，含有兩個(gè)FMN結(jié)合位點(diǎn)，參與硝基芳香族化合物的代謝反應(yīng)。

基因組學(xué)研究已經(jīng)確定了在微生物中有一類酶叫硝基還原酶家族，這一家族的成員利用FMN作為輔助因子，催化一系列的硝基芳香族化合物的還原反應(yīng)，反應(yīng)是以NADH或NADPH作為還原劑的電子轉(zhuǎn)移過程，通過還原對(duì)氨基苯甲酸（p-Aminobenzoic acid，PABA）來影響細(xì)菌葉酸的合成，從而參與結(jié)核分枝桿菌的代謝過程。Rv2032蛋白預(yù)測(cè)為NADPH硝基還原酶，其合成受阻將會(huì)影響細(xì)菌葉酸的合成，造成結(jié)核分枝桿菌蛋白質(zhì)合成受阻，使細(xì)菌不能繁殖[5]。而基因組數(shù)據(jù)庫(kù)BLAST比對(duì)分析顯示，該蛋白與恥垢分枝桿菌聚阿拉伯糖水解酶有較高的同源性，推測(cè)該蛋白參與細(xì)菌細(xì)胞壁聚阿拉伯糖相關(guān)代謝蛋白的合成，但還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行鑒定。對(duì)Rv2032蛋白質(zhì)的研究，為尋找新的抗結(jié)核分枝桿菌藥物靶點(diǎn)提供了理論依據(jù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]丁海榕，秦川，占玲俊.部分抗結(jié)核分枝桿菌藥物的耐藥機(jī)理研究進(jìn)展[J]， 中國(guó)防癆雜志2013（8）.

[2]陳淑丹， 賴煦卉.結(jié)核桿菌細(xì)胞壁相關(guān)潛在藥物靶標(biāo)的生物信息學(xué)分析[J].第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008（22）

[3]關(guān)艷，楊延輝.以恥垢分枝桿菌為模式菌快速篩選新型抗結(jié)核藥物[J].中國(guó)新藥雜志，2014（10）.

[4]徐建華，朱家勇.生物信息學(xué)在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預(yù)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)雜志. 2005（03）

[5]丁朋舉，分枝桿菌系統(tǒng)進(jìn)化及其硝基還原酶基因克隆表達(dá)，河南工業(yè)大學(xué)，2013

作者簡(jiǎn)介：蔡麗娜，女，（1988-），碩士研究生，畢業(yè)于大連醫(yī)科大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)專業(yè)，現(xiàn)于漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校工作。

付陳增，女，（1989-），河南漯河人，研究生畢業(yè)于南開大學(xué)，現(xiàn)于漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校工作。