宮頸癌相關(guān)基因IRF7的生物信息學(xué)分析*

郝玉娟，賈克娟，郭玉琪（.許昌市中心醫(yī)院婦產(chǎn)科，河南46000；.河南省人民醫(yī)院婦產(chǎn)科，鄭州450003）

宮頸癌作為女性最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，近年來(lái)發(fā)病率不斷上升[1]，由于宮頸癌的發(fā)病受到多方面的調(diào)控，其發(fā)病機(jī)制尚未明確，且尚未找到有效的治療手段，導(dǎo)致宮頸癌的高病死率。從分子水平研究宮頸癌的發(fā)病機(jī)制，能夠?yàn)閷m頸癌的早期診斷提供有效的支持。朱明玥等[2]利用高通量芯片檢測(cè)與分析技術(shù)，篩選出部分在宮頸癌與正常宮頸中差異表達(dá)的基因，其中基因干擾素調(diào)節(jié)因子7（IRF7）的作用機(jī)制尚未明確。由于利用分子生物學(xué)試驗(yàn)研究基因IRF7需要耗費(fèi)較大的人力與物力，而生物信息學(xué)作為一門(mén)交叉學(xué)科，可以有效地對(duì)基因IRF7的相關(guān)功能進(jìn)行預(yù)測(cè)，為進(jìn)一步深入研究提供理論指導(dǎo)。因此，本文利用生物信息學(xué)手段分析基因IRF7，以期為宮頸癌的預(yù)防和治療奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料 從GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢到基因IRF7的核苷酸序列，編號(hào)為GI：98985818。

1.2 方法

1.2.1 基因IRF7及編碼蛋白質(zhì)的基本理化性質(zhì)分析利用ORFFinder（http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/projects/gorf/）查找開(kāi)放閱讀框。使用ExPaSy提供的在線軟件ProtParam（http：//web.expasy.org/protparam/）分析氨基酸的基本理化性質(zhì)。

1.2.2 IRF7蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)分析 使用InterPro-Scan[3]（http：//www.ebi.ac.uk/interpro/scan.html）預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)功能域與結(jié)構(gòu)域，使用Motif Scan（http：//hits.isb-sib.ch/cgi-bin/motif_scan/）搜索已知功能基序，使用Net-Phos 2.0 Server（http：//www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/）進(jìn)行磷酸化位點(diǎn)分析，使用 PSORTⅡ server（http：//www.genscript.com/psort.html）進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)，使用 TMHMM Server v.2.0（http：//www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/）進(jìn)行跨膜區(qū)預(yù)測(cè)。使用SignalP 4.1[4]（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/）進(jìn)行信號(hào)肽預(yù)測(cè)，物種選擇真核生物，其余使用默認(rèn)參數(shù)。使用BLASTP搜索其他物種的相似蛋白質(zhì)序列，使用MEGA6.0軟件構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)，系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)采用鄰接法（NJ），對(duì)構(gòu)建的進(jìn)化樹(shù)進(jìn)行自檢（bootstrap），重復(fù)設(shè)為1 000。使用SOPMA（https：//npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/npsa_sopma.html）分析蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。使用 SWISS-MODEL（http：//www.swissmodel.expasy.org）預(yù)測(cè)蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)。

2 結(jié) 果

2.1 基因IRF7及編碼蛋白質(zhì)的基本理化性質(zhì)分析 基因IRF7的GeneID為3 665，定位在11p15.5，含有9個(gè)外顯子，分別位于 1～632、633～843、844～902、903～1 128、1129～1215、1216～1296、1297～1686、1687～1805、1806～2 051，編碼 516個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)（NP_004022），ORF 閱讀框長(zhǎng)度為 1 551 bp（411～1 961 bp），使用 ExPaSy分析結(jié)果顯示，蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量為55.64×103，等電點(diǎn)為6.12，負(fù)電荷殘基總數(shù)為57個(gè)，正電荷殘基總數(shù)為52個(gè)，分子結(jié)構(gòu)式為C2475H3832N700O727S19，不穩(wěn)定系數(shù)為65.82，說(shuō)明蛋白質(zhì)不穩(wěn)定。通常脂肪系數(shù)越大的蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性越高，該蛋白質(zhì)脂肪系數(shù)為70.06，說(shuō)明熱穩(wěn)定性高?？偲骄H水性為-0.410，說(shuō)明為親水蛋白。

2.2 IRF7蛋白質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)分析 InterProScan預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，20～141aa為側(cè)翼螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋DNA結(jié)合域，288～514 aa為類SMAD結(jié)構(gòu)域，Motif Scan分析結(jié)果表明存在多個(gè)cAMP、CK2、PKC磷酸化位點(diǎn)和N端豆蔻?；稽c(diǎn)。磷酸化位點(diǎn)分析結(jié)果顯示，以0.5為閾值，存在19個(gè)絲氨酸（Ser）磷酸化位點(diǎn)、9個(gè)蘇氨酸（Thr）磷酸化位點(diǎn)、4個(gè)酪氨酸（Tyr）磷酸化位點(diǎn)（圖 1）。將序列提交到PSORT中利用k-NN法進(jìn)行預(yù)測(cè)，有43.5%的可能性位于核中，說(shuō)明有可能位于細(xì)胞核中?？缒^(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果顯示不存在跨膜區(qū)（圖2），信號(hào)肽預(yù)測(cè)結(jié)果顯示不存在信號(hào)肽（圖3），親水性分析結(jié)果表明，其總親水性應(yīng)為負(fù)值（圖4），為親水蛋白，與ExPaSy分析結(jié)果保持一致。使用BLASTP搜索其他物種的相似蛋白質(zhì)序列，多序列比對(duì)及系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)結(jié)果見(jiàn)圖5。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果表明，α-螺旋為24.61%，延伸鏈為16.47%，β-轉(zhuǎn)角為5.62%，無(wú)規(guī)則卷曲為53.29%（圖6）。三級(jí)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖1 磷酸化位點(diǎn)分析

圖2 跨膜區(qū)預(yù)測(cè)結(jié)果

圖3 信號(hào)肽預(yù)測(cè)結(jié)果

圖4 親水性分析結(jié)果

圖5 多序列比對(duì)及系統(tǒng)發(fā)生樹(shù)分析結(jié)果

圖6 二級(jí)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

圖7 三級(jí)結(jié)構(gòu)分析結(jié)果

3 討 論

生物信息學(xué)作為一門(mén)生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)等多學(xué)科交叉的學(xué)科，能夠利用軟件程序和公共數(shù)據(jù)庫(kù)信息為分子生物學(xué)提供一條新的研究途徑[5]。研究發(fā)現(xiàn)，IRF7在肝細(xì)胞感染病毒時(shí)其具有抵御病毒作用，很好地保護(hù)肝細(xì)胞[6]。劉路路[7]研究發(fā)現(xiàn)，腸道病毒通過(guò)3C蛋白酶切割I(lǐng)RF7并抑制IRF7介導(dǎo)的干擾素啟動(dòng)子激活功能，從而逃逸宿主天然免疫。劉愛(ài)美[8]通過(guò)對(duì)尖銳濕疣體組織分別用免疫組織化學(xué)法在蛋白水平及應(yīng)用實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)在基因水平上檢測(cè)IRF7的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)IRF7能調(diào)節(jié)干擾素的表達(dá)，參與機(jī)體抗人乳頭狀瘤病毒（HPV）的局部免疫反應(yīng)。而宮頸癌的發(fā)生發(fā)展也與人乳頭瘤病毒的感染密切相關(guān)，因此，推測(cè)IRF7在宮頸癌的發(fā)病過(guò)程中起著重要作用。本文從生物信息學(xué)角度對(duì)基因IRF7進(jìn)行分析。IRF7蛋白質(zhì)屬于親水蛋白，不含有信號(hào)肽，不屬于跨膜蛋白，亞細(xì)胞定位結(jié)果顯示可能位于核中。蛋白質(zhì)翻譯后修飾對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能起著關(guān)鍵作用，IRF7蛋白質(zhì)有多個(gè)磷酸化位點(diǎn)，磷酸化和去磷酸化是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的重要方式，推測(cè)其應(yīng)該與信號(hào)傳導(dǎo)有關(guān)；蛋白質(zhì)通過(guò)磷酸化和去磷酸化而發(fā)生構(gòu)象改變，導(dǎo)致其活性或性質(zhì)的改變，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞中各個(gè)生命活動(dòng)過(guò)程[9]，推測(cè)其是一個(gè)有功能的比較活躍的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)顯示，無(wú)規(guī)則卷曲占有較大的比例。屈宜笑[10]通過(guò)對(duì)青魚(yú)的研究發(fā)現(xiàn)，青魚(yú)IRF7基因的cDNA全長(zhǎng)為1 901 bp，磷酸化的IRF3和IRF7進(jìn)入細(xì)胞核內(nèi)誘導(dǎo)干擾素的分泌，從而誘發(fā)宿主天然免疫抗病毒反應(yīng)。本文利用生物信息學(xué)手段分析了基因IRF7的染色體定位、蛋白質(zhì)的基本理化性質(zhì)、結(jié)構(gòu)及功能，為深入研究基因IRF7對(duì)宮頸癌的作用機(jī)制奠定了理論基礎(chǔ)。

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