大鼠單核細(xì)胞趨化蛋白-1基因的生物信息學(xué)分析

吳桂梅 趙小峰 汪瑤 金磊 賀玲

摘要[目的]對(duì)大鼠單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）基因編碼的蛋白質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性質(zhì)分析。[方法]利用生物信息學(xué)方法對(duì)大鼠MCP-1基因編碼的蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并分析該基因與其他物種的生物進(jìn)化關(guān)系。[結(jié)果]大鼠MCP-1基因與小鼠的親緣關(guān)系最近;大鼠MCP-1蛋白是一個(gè)穩(wěn)定的親水性堿性蛋白，分子式為C721H1175N197O223S9，理論等電點(diǎn)為9.20，由8.78%的α-螺旋、35.81%的折疊延伸鏈、55.41%的無規(guī)則卷曲組成，有1個(gè)SCY結(jié)構(gòu)域;該蛋白可能的信號(hào)肽剪切位點(diǎn)在第17位點(diǎn)處。[結(jié)論]MCP-1蛋白是一個(gè)穩(wěn)定的親水性分泌蛋白。該研究結(jié)果可為MCP-1的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞單核細(xì)胞趨化蛋白-1;生物信息學(xué)分析;大鼠;基因

中圖分類號(hào)Q343.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2019）01-0093-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.029

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

單核細(xì)胞趨化蛋白-1（monocytechemotacticprotein-1，MCP-1/CCL2）是趨化細(xì)胞因子CC亞家族中的一員[1]。MCP-1由多種類型細(xì)胞生成，包括上皮、內(nèi)皮、平滑肌、成纖維細(xì)胞、星形膠質(zhì)細(xì)胞、單核細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞，并且它能募集單核細(xì)胞、記憶T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞至損傷和感染的組織，這些細(xì)胞對(duì)末梢循環(huán)和組織中的抗病毒免疫應(yīng)答起著非常重要的作用。由此可見，MCP-1的分布比較廣泛，在不同的組織中都發(fā)揮著重要作用。研究顯示MCP-1在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、腎病綜合征、急性冠狀動(dòng)脈綜合征、腫瘤等疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用[2-5]。此外，在癲癇、腦缺血、阿爾茨海默病、自身免疫性腦脊髓炎-1和創(chuàng)傷性腦損傷中，MCP-1在神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞中的表達(dá)增加，但其具體病理生理機(jī)制尚不完全清楚[6-9]。

大鼠基因組與人類基因組相似度較高，且大鼠方便取材，被廣泛應(yīng)用于各種醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。研究大鼠MCP-1的各種性質(zhì)對(duì)研究MCP-1的功能具有重要的意義，目前尚無關(guān)于大鼠MCP-1蛋白結(jié)構(gòu)的相關(guān)報(bào)道，對(duì)大鼠MCP-1進(jìn)行生物信息學(xué)分析，以期為研究該基因的調(diào)控機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料

登錄美國國家生物技術(shù)信息中心（NationalCenterforBioteehnologyInformation，NCBI）的GenBank（http：∥www.ncbi.him.nih.gov/Genbank/），檢索人Homosapiens（NP_002973.1）、貓F(tuán)eliscatus（XP_003996605.1）、牛Bostaurus（NP_776431.1）、狼Canislupusfamiliaris（NP_001003297.1）、馬Equuscaballus（NP_00107500.1）、獼猴Macacamulatta（NP_001027993.1）、小鼠Musmusculus（NP_035463.1）、豬Susscrofa（NP_999379.1）、兔Oryctolaguscuniculus（NP_001075763.1）、大鼠Rattusnorvegicus（NP_113718.1）、豚尾猴Macacanemestrina（NP_001292836.1）的MCP-1基因的cDNA序列和蛋白序列。

1.2方法

利用Mega軟件程序?qū)Υ笫蠹捌渌锓N的MCP-1基因的cDNA序列和蛋白序列進(jìn)行同源比對(duì);通過http：∥www.expasy.eh/tools/prot-param.html網(wǎng)站對(duì)大鼠MCP-1蛋白的理化性質(zhì)進(jìn)行分析;利用http：∥npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl？page=npsa_gor4.html網(wǎng)站分析大鼠MCP-1蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu);利用http：∥www.ebs.dtu.dk/servies/SignalP網(wǎng)站預(yù)測(cè)MCP-1蛋白的信號(hào)肽;利用http：∥smart.embl-heidelberg.de/網(wǎng)站預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域;利用http：∥swissmodel.expasy.Ors/網(wǎng)站預(yù)測(cè)MCP-1蛋白的高級(jí)結(jié)構(gòu);利用Strings數(shù)據(jù)庫做蛋白質(zhì)相互作用分析。

2結(jié)果與分析

2.1MCP-1蛋白分子進(jìn)化分析

將不同來源的基因編碼蛋白序列調(diào)入Mega軟件程序進(jìn)行系統(tǒng)進(jìn)化分析，其結(jié)果見圖1，進(jìn)化樹總體分為兩支，大鼠和小鼠成為一支，親緣關(guān)系最為密切，人類與其他8個(gè)物種成為獨(dú)立的大分支。

2.2MCP-1理化性質(zhì)分析

蛋白質(zhì)的某些理化性質(zhì)是蛋白質(zhì)鑒定、提取、純化的基本依據(jù)。對(duì)大鼠MCP-1的理化性質(zhì)預(yù)測(cè)，結(jié)果顯示，MCP-1分子式為C721H1175N197O223S9，由148個(gè)氨基酸組成，相對(duì)分子質(zhì)量為16459.9，理論等電點(diǎn)為9.20，該蛋白由20種氨基酸組成，其中Thr、Ser、Val含量較高，分別占12.2%、11.5%、9.5%。帶負(fù)電荷的氨基酸殘基數(shù)（天冬氨酸、谷氨酸）為11個(gè)，帶正電荷的氨基酸殘基數(shù)（精氨酸、賴氨酸）為17個(gè)。不穩(wěn)定指數(shù)為39.13，推定該蛋白為穩(wěn)定蛋白。總平均親水性為-0.110，預(yù)測(cè)該蛋白是親水蛋白。

2.3MCP-1二級(jí)結(jié)構(gòu)分析

利用在線蛋白質(zhì)分析系統(tǒng)得到大鼠MCP-1的二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)結(jié)果。由圖2可知，大鼠MCP-1由8.78%的α-螺旋、35.81%的折疊延伸鏈、55.41%的無規(guī)則卷曲組成。這為預(yù)測(cè)其三級(jí)結(jié)構(gòu)及蛋白質(zhì)的功能提供了一定的參考依據(jù)。

2.4MCP-1結(jié)構(gòu)域分析

通過結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)可知大鼠MCP-1含有1個(gè)SCY結(jié)構(gòu)域。由圖3結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)結(jié)果可知，大鼠MCP-1在31～90位置處有1個(gè)SCY結(jié)構(gòu)域。

2.5MCP-1信號(hào)肽分析

對(duì)大鼠MCP-1的信號(hào)肽預(yù)測(cè)結(jié)果見圖4。由圖4的預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出第17～18位點(diǎn)處S值陡峭，Y值最高并且具有高C值，是最可能的剪切位點(diǎn)。

2.6MCP-1三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

對(duì)大鼠MCP-1的三級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)，結(jié)果見圖5。

2.7MCP-1蛋白相互作用分析

對(duì)大鼠MCP-1與其他蛋白質(zhì)的相互作用進(jìn)行分析，結(jié)果見圖6。

3討論

MCP-1促進(jìn)單核細(xì)胞的趨化，以及其他一些和趨化相關(guān)的細(xì)胞事件，包括Ca2+流出和整合素表達(dá)。MCP-1還是單核細(xì)胞細(xì)胞因子表達(dá)的弱誘導(dǎo)物，在高濃度時(shí)，能引發(fā)呼吸道破裂，導(dǎo)致活性氧的生成[10-12]。此外，MCP-1還是一個(gè)連接外圍炎癥與神經(jīng)興奮過度的關(guān)鍵分子。MCP-1通過與其受體CCR2結(jié)合參與炎癥反應(yīng)、血管生成和損傷修復(fù)等過程[12]。不過MCP-1在各種疾病中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制還需要更深入的研究。該研究通過蛋白質(zhì)相互作用分析發(fā)現(xiàn)MCP-1與CCL3、CCL7、CCL22、CCR5等分子存在相互作用，這為進(jìn)一步研究MCP-1在不同疾病中的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制提供了一定的基礎(chǔ)。

蛋白質(zhì)的某些理化性質(zhì)是蛋白質(zhì)鑒定、提取、純化的基

本依據(jù)。通過蛋白質(zhì)理化性質(zhì)預(yù)測(cè)結(jié)果推測(cè)，大鼠MCP-1

是一個(gè)穩(wěn)定的親水性堿性蛋白。蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)是空間結(jié)

構(gòu)及蛋白功能的基礎(chǔ)，通過二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)能為三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)提供指導(dǎo)。此外，使用預(yù)測(cè)的二級(jí)結(jié)構(gòu)信息進(jìn)行二硫鍵預(yù)測(cè)能夠提高二硫鍵結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確率[13]，這將有利于今后蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)。從對(duì)信號(hào)肽分析結(jié)果中可知，大鼠MCP-1有信號(hào)肽并且預(yù)測(cè)出信號(hào)肽的剪切位點(diǎn)在第17位點(diǎn)處。信號(hào)肽是蛋白質(zhì)的一部分，位于分泌蛋白N端。對(duì)信號(hào)肽進(jìn)行改造能夠提高外源蛋白表達(dá)量[14]，該分析為大鼠MCP-1蛋白表達(dá)量提高的設(shè)計(jì)提供了參考依據(jù)。

MCP-1是炎癥反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵因子，通過生物信息學(xué)方法對(duì)其進(jìn)行研究，可為研究MCP-1在不同條件下的功能及其在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)中的作用提供必要的信息，也可為MCP-1相關(guān)的疾病研究和疾病治療奠定一定的基礎(chǔ)。

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