人抗增殖蛋白1生物信息學分析

陳 晨，趙小峰

（1.徐州市兒童醫院超聲醫學科，江蘇221002；2.徐州醫學院基礎醫學院醫學生物化學與分子生物學教學實驗中心，江蘇徐州221004）

人抗增殖蛋白1生物信息學分析

陳 晨1，趙小峰2

（1.徐州市兒童醫院超聲醫學科，江蘇221002；2.徐州醫學院基礎醫學院醫學生物化學與分子生物學教學實驗中心，江蘇徐州221004）

目的對人抗增殖蛋白1（PHB1）進行生物信息學分析，預測其結構和功能，為人PHB1的功能研究和利用奠定基礎。方法利用生物信息學工具對人PHB1的染色體定位、跨膜區域、空間結構、理化性質和功能區進行預測。結果人PHB1由272個氨基酸組成，其中丙氨酸含量最高。該蛋白等電點為5.57，相對分子質量為29 804.1，分子式為C1331H2154N370O400S2。該蛋白為非跨膜的疏水蛋白，主要由α-螺旋構成。結論人PHB1為細胞膜蛋白超家族成員，發揮相應的生物學功能，也參與了人類許多疾病的發生、發展過程。

人類；計算生物學；序列分析；基因；抗增殖蛋白1

抗增殖蛋白1（prohibitin-1，PHB1）是一種胞內蛋白，因其能阻止細胞周期從G1期向S期轉變，抑制細胞增殖和腫瘤細胞生長而得名[1-2]。有研究顯示，PHB1是一種多功能蛋白，具有多種生物活性，如參與基因轉錄調控、作為分子伴侶作用維持線粒體的結構與功能，保護細胞免受氧化應激損傷，介導細胞生長、分化與遷移及在抗凋亡和抗衰老中發揮重要作用[3-5]，但其中的分子機制仍不清楚。本研究利用生物信息學工具對人PHB1的染色體定位、跨膜區域、空間結構、理化性質和功能區進行研究，希望為今后深入研究人PHB1在疾病中的作用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象 將細胞膜蛋白超家族成員的人PHB1作為研究對象。

1.2 方法 登錄NCBI主頁進入Entrez網頁搜索并下載phb基因家族中人phb1基因和蛋白序列。以獲得的人phb1基因和蛋白序列信息為基礎，應用pfam、smart、EMBL、Ensembl等數據庫對人PHB1的基因結構、理化性質、空間結構及功能進行分析，然后應用STRING交互式數據庫構建相關蛋白相互作用網絡[6]。

2 結 果

2.1 人PHB1的基因結構 人phb1基因定位于染色體17q21，編碼蛋白為 29.804×103（圖 1），包含 7個外顯子。第1、2外顯子組成phb1基因的5′非翻譯區，第7外顯子具有約700 bp的3′非翻譯區[1]。人phb1基因有15種可變剪切形式，其中4種具有生物意義上的非冗余的基因和蛋白序列（表1）。

2.2 人PHB1理化性質分析 PHB1等電點為5.57，分子式為C1331H2154N370O400S2，相對分子質量為29 804.1，由272個氨基酸組成，其中含量較高的氨基酸有丙氨酸（11.40%）、亮氨酸（9.90%）、纈氨酸（9.20%），含量較少者為半胱氨酸（0.40%）、蛋氨酸（0.40%）、色氨酸（0.40%），帶負電荷的氨基酸殘基數（天冬氨酸、谷氨酸）為35個，帶正電荷的氨基酸殘基數（精氨酸、賴氨酸）為31個。不穩定指數為46.02，推定該蛋白為不穩定蛋白。人PHB1總的親水性平均系數為0.024，說明該蛋白為疏水蛋白（圖2），大部分氨基酸分值分布在0以上。

圖1 人phb1基因結構

表1 人phb1基因的可變剪切形式

圖2 protscale軟件分析結果

2.3 人PHB1的跨膜區分析 人PHB1為非跨膜蛋白，蛋白質419個氨基酸殘基全部在膜外（圖3）。

2.4 PHB1結構及相互作用分析 人PHB1由51.48%α-螺旋、11.76%折疊延伸鏈、36.76%無規卷曲構成（圖4），這些構件在多肽鏈上呈不均勻分布。該蛋白在N端（26～187氨基酸殘基處）有一高度保守的結構域（圖5）。在3級結構中N端折疊延伸鏈分布較多，而α-螺旋在C端分布較多，與2級結構中預測的結構元件分布大致相同（圖6）。利用STRING數據庫搜索能與人PHB1相互作用的蛋白質，對人PHB1可能的靶點形成初步認識（圖7）。

圖3 人PHB1跨膜結構

圖4 人PHB12級結構

圖5 人PHB1結構域

圖6 人PHB13級結構

圖7 人PHB1相互作用

3 討 論

PHB1是一種高度保守的膜蛋白，廣泛分布于細菌、植物、酵母、原蟲及哺乳動物等生物體的細胞中，具有較高的同源性[7]，小鼠和大鼠的PHB1序列完全相同，與人PHB1只相差1個氨基酸殘基[8]。人PHB1定位于細胞膜、線粒體膜和細胞核，發揮多種生理功能。任哲等[9]研究發現，PHB1在過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）處理的心肌細胞中表達量升高，高表達的PHB1代償性增加并有向線粒體移位的趨勢，有利于維持線粒體膜通透性和保護細胞免受H2O2引起的損傷。Zhou等[3]研究發現，PHB1表達與腎間質性纖維變性、活性氧簇、轉化生長因子β1、細胞凋亡指數呈負相關。一些研究發現，在乳腺癌、前列腺癌、胃癌、肝癌中高表達的PHB1可抑制腫瘤生長[10-13]。Rajalingam等[14]研究發現，海拉（HeLa）細胞中PHB1是蛋白激酶激活Raf-MEK-ERK信號通路的必需蛋白。Sievers等[15]研究發現，PHB1在腫瘤細胞中具有維持細胞分裂、促進細胞黏附的作用，是腫瘤細胞增殖的必需蛋白。表明人PHB1在不同組織中存在差異表達，但其中的作用仍存在爭議。人PHB1差異表達可能與蛋白在細胞中的定位有關，其中的分子機制尚不清楚，還有待于進一步研究。

本研究采用生物信息學手段對人phb1基因的結構和功能進行了研究。主要對基因的染色體定位、蛋白的理化性質、跨膜結構、親（疏）水性、二級和三級結構、蛋白間相互作用等進行了預測。結果顯示，人PHB1不含跨膜區，是非跨膜蛋白，提示該蛋白可能定位在膜上或游離于胞質中，作為調節蛋白發揮作用。親（疏）水性分析發現，人PHB1是一個疏水蛋白，提示其活性部位在蛋白結構內部，對蛋白質2級結構的預測也具有重要的生物學意義。蛋白質2級結構是空間結構及蛋白功能的基礎，通過2級結構的預測能為3級結構的預測提供指導。本研究發現，PHB1由α-螺旋、折疊延伸鏈、無規卷曲3種結構元件構成，并含有1個保守的同源結構域。通過蛋白間相互作用的研究發現了幾種與人PHB1相互作用的蛋白質，顯示人PHB1作為一種調節蛋白可以與E2F1、Rb1等因子發揮作用，調節細胞生命活動。

總之，本研究不僅提供了人PHB1結構和功能的初步研究結果，也為下一步系統研究人PHB1在腫瘤中的作用奠定了基礎。

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Bioinformatics analysis of human prohibitin

Chen Chen1，Zhao Xiaofeng2
（1.Department of Ultrasound Medicine，Xuzhou Municipal Children′s Hospital，Jiangsu 221002，China；2.Experimental Center for Medical Biochemistry and Molecular Biology Teaching，School of Basic Medical Courses，Xuzhou Medical College，Xuzhou，Jiangsu 221004，China）

ObjectiveTo perform the bioinformatics analysis for predicting the structure and function of human prohibitin 1（PHB1）to lay the foundation for its functional research and application．MethodsThe bioinformatics tools were used to predict the chromosome location，transmembrane region，spatial structure，physical and chemical properties and functional regions of PHB1.ResultsThe bioinformatic analysis revealed that PHB1was composed of 272 amino acids，in which the alanine content was highest；the theoretical isoelectric point was 5.57，the molecular formula was C1331H2154N370O400S2with a relative molecular mass of 29 804.1.PHB1protein was a non-transmembrane hydrophobin，which was constituted by alpha-helix.ResultsHuman PHB1is a superfamily member of cellular membrane protein，plays the corresponding biological function and also participate in the occurrence and development of many human diseases.

Humans；Computational biology；Sequence analysis；Genes；Prohibitin-1

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.17.003

A

1009-5519（2015）17-2575-03

2015-05-21）

江蘇省大學生實踐訓練計劃項目（2012JSSPITP1871）。

陳晨（1985-），女，江蘇徐州人，主要從事兒童彩超臨床醫學診斷工作；E-mail：ccxz20@126.com。

趙小峰（E-mail：xxzh2020@163.com）。