牛带绦虫膜联蛋白B3基因的生物信息学分析

牛带绦虫膜联蛋白B3基因的生物信息学分析

戴佳琳蓝磊黄江

戴佳琳蓝磊黄江

（贵阳医学院法医学系贵州贵阳550002）

【摘要】目的识别牛带绦虫新基因,分析和预测该基因及其编码蛋白的结构及特性,为其生物学功能研究提供依据。方法利用生物信息学在线分析网站、工具进行序列分析、预测其编码的膜联蛋白B3的理化特性、翻译后的修饰、功能域、亚细胞定位、拓扑结构、二级结构、三维空间构象等。结果该基因全长1259bp,编码区为106-1074bp,编码322个氨基酸,为全长基因;无跨膜区;蛋白质在溶液中的性质不稳定,理论分子量为36415.1;没有质体、线粒体定位序列。结论运用生物信息学方法从牛带绦虫成虫cDNA文库中识别出了牛带绦虫成虫膜联蛋白B3基因,并对其所编码的蛋白质的结构与功能进行预测分析。

【关键词】牛带绦虫膜联蛋白B3生物信息学

【中图分类号】R318【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2014）12-0059-02

【Abstract】Objectiverecognitioncattlebelttapewormnewgenes,analysisandforecastthegeneanditscodingproteinstructureandpropertiesforitsbiologicalfunctionprovidesthebasisfortheresearch.Methodsusingbioinformaticsonlineanalysisofsite,toolsforsequenceanalysis,forecastingthecodedannexinB3physicalandchemicalcharacteristics,antigenepitope,translationmodifications,functiondomain,thesubcellularlocalization,thetopologystructure,secondarystructure,thethreedimensionalspaceconformation,evolutionarytree,etc.Resultsthegene(1259bp,codingregionfor106-1074bp,code322aminoacids,brokegroundforthegenes;Nocrossmembranearea;Proteininsolutionofthenatureisnotstable,theorymolecularweightwas36415.1;Noplastid,mitochondrialpositioningsequence.ConclusionusingbioinformaticsmethodsfromcattlebelttapewormimagocDNAlibraryusedtoidentifythecowswithtapewormimagoannexinB3gene,andtheencodedproteinstructureandfunctionofforecastinganalysis.

【Keywords】TaeniasaginataannexinB3bioinformatics

带绦虫是常见的人兽共患寄生虫，人是猪带绦虫、牛带绦虫和亚洲带绦虫的唯一终宿主，牛和猪是其主要的中间宿主。本课题组2006年以来相继构建了以上3种人体带绦虫的cDNA质粒文库[1]，获得了大量的人体带绦虫功能基因，并把这些基因陆续登录到GenBank中，以期从分子水平探讨3种带绦虫的起源、演化和宿主选择性等问题。从牛带绦虫成虫cDNA质粒文库中挑选出膜联蛋白B3的同源基因,通过对该基因及其编码的蛋白结构和特征进行全面的生物信息学分析,为研究其生物学功能及其在牛带绦虫病的诊断、药物及疫苗研究中的应用提供依据。

1材料和方法

1.1材料

与上海联合基因有限公司合作完成牛带绦虫成虫全长cDNA质粒文库的构建、EST测序及Unigene分析，Unigene通过Wu-blastx方法进行识别[2]。编码牛带绦虫成虫膜联蛋白B3基因文库质粒编号为NDTC000-E09。

1.2方法

1.2.1通过NCBI网站的BLASTx程序(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)，将目的基因序列与GenBank中的序列进行比对，判断该基因是否是全长基因，目的基因序列测序是否正确。

1.2.2VectorNTIsuite软件包中的ORFFinder确定其完整的编码序列(cds)，然后Translation程序推导并输出氨基酸序列。

1.2.3通过蛋白分析专家系统Expasy(http://ca．expasy．org/)所提供的蛋白组学和序列分析工具对该蛋白进行分析。

1.2.3.1ProtParam预测蛋白质的理化性质，如分子量、等电点、氨基酸组成、摩尔消光系数以及重组产物在细菌、酵母和哺乳动物细胞中的半衰期、在溶液中的稳定性等。

1.2.3.2Motifsca预测翻译后修饰、TargetP分析亚细胞定位序列等特征序列。

1.2.3.3InterProScan扫描一级结构中包含的结构和功能域特征序列。

1.2.3.4PredictProtein预测氨基酸序列的跨膜区和拓扑结构以及二级结构、分子的亲水性、溶液中的分子形态等。

1.2.3.5利用SWISS-MODEL同源建模服务器进行同源建模。

2结果

2.1BLASTx的分析结果从BLASTx分析看出，该基因是膜联蛋白B3的同源基因，与GenBank中猪带绦[Taeniasolium]annexinB3基因的一致性达58%、相似性为75%。从比对结果来看，该克隆基因的5’端序列长于猪带绦虫完整膜联蛋白B3编码序列，所以推测为牛带绦虫成虫膜联蛋白B3的全长基因序列，其最大的ORF就是其完整的编码区，该基因全长1259bp,编码区为106-1074bp,编码323个氨基酸，在5’端和3’端均有非翻译区。见图1。

图1牛带绦虫膜联蛋白B3的最大的ORF就是其完整的编码区

2.2蛋白质的理化性质牛带绦虫膜联蛋白B3的理论分子量和等电点分别是36415.1和5.01。其中含酸性氨基酸（Asp+Glu）57个，碱性氨基酸(Arg+Lys)42个，含有4个半胱氨酸，假设形成1对二硫键时，280nm处的摩尔消光系数为23170M-1cm-1,0.1%浓度(1g/l)的Abs为0.636；假设二硫键全部打开时，280nm处的摩尔消光系数为22920M-1cm-1,0.1%浓度(1g/l)的Abs为0.629。若成熟肽N端为蛋氨酸时，在哺乳动物网状红细胞体外表达的半衰期为30小时,在酵母和大肠杆菌中体内表达的半衰期分别大于20小时和10小时。在溶液中的不稳定指数为45.67,大于阈值40，在溶液中性质不稳定。脂肪指数为87.92,总亲水性-0.436，蛋白质总体疏水性高。

2.3翻译后修饰、亚细胞定位预测用Motifscan分析牛带绦虫AnnexinsB3特定位点结果显示,牛带绦虫AnnexinsB3含有1个潜在的天冬氨酸糖基化点:249-252；2个潜在cAMP磷酸化位点:132-135,187-190；9个潜在的酪蛋白激酶Ⅱ(CK2)磷酸化位点:79-82，113-116,148-151，163-166,230-233,251-254,265-268,284-287,296-299；3个潜在的N-肉豆蔻酰位点:27-32,189-194,262-267;3个潜在的蛋白激酶C(PKC)磷酸化位点:43-45,69-71,259-261;8个膜联蛋白激活位点:14-77，86-159，175-241，251-316，14-79，86-159，175-241，251-316;该蛋白未发现有分泌性信号肽及线粒体、过氧化酶体、溶酶体、质体和细胞核等亚细胞定位序列。

2.4一级结构和功能域特征序列扫描一级结构中包含的结构和功能域特征序列，该氨基酸序列中含有膜联蛋白的功能结构域（见图2）。

图4利用SWISS-MODEL同源建模结果

3讨论

膜联蛋白(Annexins)是一类钙依赖的磷脂结合蛋白超家族，研究发现其普遍存在于除细菌外的动物、植物及菌类多种生物体内，几乎所有器官中均有表达[3-4]。Annexin在细胞中含量较高(占细胞蛋白质含量0.5%-2%)，主要功能是参与膜转运及膜表面一系列依赖于钙调蛋白的活动，包括囊泡运输、胞吐作用中的膜融合、DNA复制、信号传导、细胞增殖、凋亡以及离子通道的形成[5]。对牛带绦虫AnnexinsB3的结构和功能进行生物信息学预测分析后,获得了一些重要的息:

(1)利用Blastx从牛带绦虫成虫cDNA质粒文库中识别出一个编码AnnexinsB3的全长基因,预测该基因编码的蛋白的理论分子量为36415.1等理化性质有助于以后实验研究该基因的功能;

(2)该基因编码的蛋白未发现有跨膜区,推测可能不是膜蛋白，其二级结构主要以α螺旋为主,提示该蛋白结构紧密而稳定;

(3)AnnexinsB3的分子中没有信号肽,提示它一般不会分泌到细胞外,但是从很多文献看,该基因却具有许多细胞外的功能,此外它还不具有线粒体、过氧化酶体、质体、溶酶体等亚细胞定位序列,提示可能是胞浆蛋白。利用生物信息学工具和软件对该基因所编码蛋白质的结构和功能进行预测分析所得到的结果有助于更好地针对目的基因进行研究,避免实验的盲目性，可为该基因的克隆表达、生物学功能和免疫学特性的研究提供一定的理论指导。目的基因的结构及其编码蛋白的生物学功能等尚需通过后续实验来进行验证。

参考文献

[1]戴佳琳，黄江，廖兴江，等．牛带绦虫成虫全长cDNA质粒文库的构建及EST测序［J］中国人兽共患病学报，2010(4):364－366．

[2]乔纳森?佩夫斯纳.生物信息学与功能基因组学[M].北京:化学工业出版社.2008:80-213.

[3]PatelDM，AhmadSF，WeissDG，etal.Annexina1isanewfunctionallinkerbetweenactinfilamentsandphagosomesduringphagocytosis［J］.JCellSci，2011，124（Pt4）：578-588.

[4]HorlacherT，NotiC，dePazJL，etal.CharacterizationofannexinA1glycanbindingrevealsbindingtohighlysulfatedglycanswithpreferenceforhighlysulfatedheparansulfateandheparin［J］.Biochemistry，2011，50（13）：2650-2659.

[5]IsekiY，ImotoA，OkazakiT，etal.Identificationofannexin1asaPU.1targetgeneinleukemiacells［J］.LeukRes，2009，33（12）：1658-1663.