腫瘤壞死因子受體的生物信息學(xué)研究ぜ捌浼撲慊技術(shù)開發(fā)

于岸洲 劉天珩

摘要：本文通過計算機科學(xué)、生物信息學(xué)技術(shù)研究了腫瘤壞死因子的生物學(xué)特點，找到了其發(fā)揮功能的基因蛋白互作通路。在結(jié)構(gòu)分析上發(fā)現(xiàn)該因子含有死亡結(jié)構(gòu)域，形成一種類似于螺旋環(huán)螺旋的結(jié)構(gòu)與TNFR1的胞內(nèi)死亡結(jié)構(gòu)域相互作用。在進化分析上發(fā)現(xiàn)人類與大猩猩、穴居人的死亡結(jié)構(gòu)域有相似性。最后通過計算機軟件設(shè)計出該因子對應(yīng)基因的引物用于后續(xù)研究。

關(guān)鍵詞：腫瘤壞死因子；生物信息學(xué)；計算機科學(xué)；死亡結(jié)構(gòu)域

腫瘤壞死因子受體是定位于細胞膜上的能夠接受細胞外環(huán)境中的腫瘤壞死因子TNF的跨膜蛋白。該受體有兩種類型，一種類型為TNFR1，這種類型胞質(zhì)區(qū)具有死亡結(jié)構(gòu)域DD。胞外區(qū)域接受TNF刺激后可以與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子TRADD結(jié)合，引起后續(xù)細胞凋亡反應(yīng)。

1 基因互作通路及其蛋白結(jié)構(gòu)

根據(jù)文獻資料，TNFR1在胞質(zhì)區(qū)存在死亡結(jié)構(gòu)域DD，我們進入stringdb數(shù)據(jù)庫，選擇Protein Sequence search 粘貼TNFR1的氨基酸序列，得到以下基因蛋白互作通路。我們發(fā)現(xiàn)其中一條通路為TNF——TNFR1——TRADD——FADD——CASP8。

根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的已知數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)TNFR1的死亡結(jié)構(gòu)域可以和腫瘤壞死因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子TRADD的死亡結(jié)構(gòu)域相互作用，引起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，并繼續(xù)引發(fā)細胞凋亡。TRADD也存在死亡結(jié)構(gòu)域。我們EBI的Pfam數(shù)據(jù)庫中檢索TRADD氨基酸序列。[2]為了探究該信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子是否在每個物種中都具有類似的保守的結(jié)構(gòu)域，我們在NCBI數(shù)據(jù)庫中下載多種動物的TRADD的氨基酸序列。

我們得到pfam數(shù)據(jù)庫中的不同物種的TRADD氨基酸序列后發(fā)現(xiàn)TRADD的死亡結(jié)構(gòu)域位于215到301位置。我們的目的有兩個，1.探究TRADD蛋白在不同物種中的死亡結(jié)構(gòu)域哪些位點具有相似性；2.找出TRADD的Motif判斷其功能。而要尋找死亡結(jié)構(gòu)域DD，我們需要進行局部比對的保守序列比對。這樣才能找到恰當(dāng)?shù)腡RADD的motif。對于蛋白的motif通常有兩個，一個是一級結(jié)構(gòu)，一個是高級結(jié)構(gòu)，我們需要找出一級結(jié)構(gòu)通常由那些氨基酸序列，同時找到這些氨基酸構(gòu)成了什么樣的空間結(jié)構(gòu)，這樣有利于后續(xù)研究，所以我們需要使用軟件DNAMAN來進行多序列比對。[1]將下載好的不同物種的TRADD氨基酸序列導(dǎo)入DNAMAN中進行多序列比對。

選擇動態(tài)比對，起始空位罰分設(shè)置為20，延伸空位罰分設(shè)置為1，打分矩陣選擇BLOSUM。

我們的目的是對TRADD的氨基酸序列進行局部比對，分析它的DD死亡結(jié)構(gòu)域是否在不同物種中都具有保守的序列，并且找到Motif。所以我們將比對參數(shù)的起始空位罰分增大，減小延伸空位罰分，盡可能地將保守序列匹配。另外選擇BLOSUM打分矩陣是因為我們選擇的物種之間的遺傳距離較大，BLOSUM62矩陣適合于遠緣物種之間序列比對。比對后，我們找到了死亡結(jié)構(gòu)域DD所在區(qū)域[5]，不同物種的TRADD氨基酸序列在該區(qū)域有很高的相似性，我們找出有三段保守的氨基酸序列VGRSLQ，CRALRDFVIDL，REGLYEQAYFQLL。主要是以疏水氨基酸為主。且富含亮氨酸。通過二級結(jié)構(gòu)分析，我們找到該死亡結(jié)構(gòu)域由4個α螺旋和一個無規(guī)則卷曲組成，我們分析，該區(qū)域在空間上形成一種類似于螺旋環(huán)螺旋的結(jié)構(gòu)與TNFR1的胞內(nèi)死亡結(jié)構(gòu)域相互作用。

2 進化分析

通過前面的分析，我們得到了TRADD的死亡結(jié)構(gòu)域通過形成類似于螺旋環(huán)螺旋的空間結(jié)構(gòu)與腫瘤壞死因子受體TNFR1的死亡結(jié)構(gòu)域相互作用，改變構(gòu)象后引起后續(xù)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。在NCBI數(shù)據(jù)庫中，我們搜索到許多物種的TNFR1編碼死亡結(jié)構(gòu)域的mRNA序列。我們準(zhǔn)備選擇mRNA作為進化樹構(gòu)建的序列。在NCBI上下載26條不同物種的TNFR1的編碼死亡結(jié)構(gòu)域的mRNA序列，利用Mega7做進化樹。載入數(shù)據(jù)后選擇ClusterW進行對齊，對齊參數(shù)選擇，起始空位罰分20，延伸空位罰分0.1分。[3]

通過進化樹我們發(fā)現(xiàn)，人類的TNFR1與大猩猩和穴居人的TNFR1很相似，人類和大猩猩與穴居人的遺傳距離很近。這說明三者的死亡結(jié)構(gòu)域也具有一定的相似性。

不能產(chǎn)生功能性的腫瘤壞死因子。[4]為此，我們可以克隆該基因進行研究。在NCBI數(shù)據(jù)庫中檢索到TNF的DNA序列。使用Primer設(shè)計引物得到以下結(jié)果

[JZ][XCimage25.tif]

[BT6]圖4 引物設(shè)計結(jié)果

4 結(jié)論

TNF——TNFR1——TRADD——FADD——CASP8是其發(fā)揮功能的主要基因蛋白互作通路。死亡結(jié)構(gòu)域由4個α螺旋和一個無規(guī)則卷曲組成，該區(qū)域在空間上形成一種類似于螺旋環(huán)螺旋的結(jié)構(gòu)與TNFR1的胞內(nèi)死亡結(jié)構(gòu)域相互作用。人類的TNFR1與大猩猩和穴居人的TNFR1很相似，人類和大猩猩與穴居人的遺傳距離很近。這說明三者的死亡結(jié)構(gòu)域也具有一定的相似性。

參考文獻：

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