結(jié)核分枝桿菌Rv22的生物信息學分析

蔡麗娜 付陳增 尚偉

摘 要： 結(jié)核病是危害人類健康的主要傳染病之一，尋找新的抗結(jié)核藥物靶點亟待解決。本文Rv2032蛋白進行了生物信息學分析，結(jié)果顯示該蛋白含有NADPH硝基還原酶功能結(jié)構(gòu)域，參與細菌葉酸的合成，從而參與細菌相關(guān)蛋白質(zhì)的合成代謝過程，對該蛋白的進一步研究，將為構(gòu)建新的抗結(jié)核藥物靶點提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：結(jié)核分枝桿菌 Rv2032 生物信息學

中圖分類號：R394.3 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）07-0187-01

結(jié)核?。═uberculosis， TB）是危害人類健康的主要傳染病之一，結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis）是引起結(jié)核病的病原體[1]。結(jié)核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis） H37Rv菌株基因組測序工作的完成為加深理解這種病原菌的生物學特性以及研發(fā)新的抗結(jié)核藥物提供了基礎(chǔ)。結(jié)核分枝桿菌的細胞壁是其賴以生存的重要屏障，聚阿拉伯糖半乳糖（Arabinogalactan， AG）是細胞壁的重要組成成分，其合成代謝關(guān)鍵酶可以作為研發(fā)抗結(jié)核藥物的靶標[2]。

無致病性的恥垢分枝桿菌與結(jié)核分枝桿菌同屬分枝桿菌，二者具有相似的細胞壁結(jié)構(gòu)。我們將恥垢分枝桿菌聚阿拉伯糖水解酶的氨基酸序列與結(jié)核分枝桿菌基因組數(shù)據(jù)庫進BLAST分析，在結(jié)核分枝桿菌中未知功能的蛋白質(zhì)Rv2032與恥垢分枝桿菌聚阿拉伯糖水解酶有50%同源性，預測Rv2032蛋白具有聚阿拉伯糖水解酶的功能[3]。本文通過采用生物信息學分析軟件，對Rv2032的基因結(jié)構(gòu)和蛋白質(zhì)功能域進行分析，為后續(xù)的科研工作提供必要的數(shù)據(jù)支持[4]。

一、材料與方法

1.Rv2032基因結(jié)構(gòu)氨基酸序列及理化性質(zhì)分析

采用PredictProtein （http：//www.predictprotein.org/）和ProtParam （http：//web.expasy.org/protparam/）兩種分析軟件對Rv2032的氨基酸序列及理化性質(zhì)進行分析。

2.Rv2032蛋白質(zhì)酶切位點及信號肽位點分析

為了對Rv2032進行亞細胞定位，分別采用TargetP（http：//www.cbs.dtu.dk/services/TargetP/），TMHMM（http：//www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/） and SignalP（http：//www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/） 對其跨膜區(qū)域和信號肽位點進行預測分析。

3.Rv2032蛋白質(zhì)的同源序列、二級結(jié)構(gòu)及功能域分析

Rv2032蛋白質(zhì)與聚阿拉伯糖水解酶存在同源序列，對其同源序列和結(jié)構(gòu)功能域進行分析，分別采用PredictProtein，SOSUI（http：//bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/）， COILS（http：//embnet.vital-it.ch/software/COILS_form.html）， SOPMA（http：//npsa-pbil.ibcp.fr/） and ModBase software （http：//modbase.compbio.ucsf.edu/）軟件進行分析預測。

二、結(jié)果與分析

生物信息學軟件分析結(jié)果顯示，Rv2032蛋白質(zhì)含有331個氨基酸，分子量大小為36.6kD，等電點在5.28。二級結(jié)構(gòu)分析顯示，α螺旋和無規(guī)則卷曲為該蛋白主要二級結(jié)構(gòu)元件，其中α螺旋35%，無規(guī)則卷曲則占到55%，β折疊含量為9.82%，其中暴露在外的親水性氨基酸占48.64%。該蛋白在近N端含有一個信號肽序列，長度為18個氨基酸。功能域分析顯示，Rv2032為胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)，預測為NADPH硝基還原酶，在第28-32氨基酸和316氨基酸位置有兩個黃素單核苷酸（FMN）的結(jié)合位點。

三、討論

經(jīng)分析，Rv2032蛋白質(zhì)為胞內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)，含有大量無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)，并且含有一個信號肽。功能域預測顯示，該蛋白為NADPH硝基還原酶家族成員，含有兩個FMN結(jié)合位點，參與硝基芳香族化合物的代謝反應。

基因組學研究已經(jīng)確定了在微生物中有一類酶叫硝基還原酶家族，這一家族的成員利用FMN作為輔助因子，催化一系列的硝基芳香族化合物的還原反應，反應是以NADH或NADPH作為還原劑的電子轉(zhuǎn)移過程，通過還原對氨基苯甲酸（p-Aminobenzoic acid，PABA）來影響細菌葉酸的合成，從而參與結(jié)核分枝桿菌的代謝過程。Rv2032蛋白預測為NADPH硝基還原酶，其合成受阻將會影響細菌葉酸的合成，造成結(jié)核分枝桿菌蛋白質(zhì)合成受阻，使細菌不能繁殖[5]。而基因組數(shù)據(jù)庫BLAST比對分析顯示，該蛋白與恥垢分枝桿菌聚阿拉伯糖水解酶有較高的同源性，推測該蛋白參與細菌細胞壁聚阿拉伯糖相關(guān)代謝蛋白的合成，但還需要進一步的實驗進行鑒定。對Rv2032蛋白質(zhì)的研究，為尋找新的抗結(jié)核分枝桿菌藥物靶點提供了理論依據(jù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]丁海榕，秦川，占玲俊.部分抗結(jié)核分枝桿菌藥物的耐藥機理研究進展[J]， 中國防癆雜志2013（8）.

[2]陳淑丹， 賴煦卉.結(jié)核桿菌細胞壁相關(guān)潛在藥物靶標的生物信息學分析[J].第四軍醫(yī)大學學報，2008（22）

[3]關(guān)艷，楊延輝.以恥垢分枝桿菌為模式菌快速篩選新型抗結(jié)核藥物[J].中國新藥雜志，2014（10）.

[4]徐建華，朱家勇.生物信息學在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能預測中的應用[J]. 醫(yī)學分子生物學雜志. 2005（03）

[5]丁朋舉，分枝桿菌系統(tǒng)進化及其硝基還原酶基因克隆表達，河南工業(yè)大學，2013

作者簡介：蔡麗娜，女，（1988-），碩士研究生，畢業(yè)于大連醫(yī)科大學生物化學與分子生物學專業(yè)，現(xiàn)于漯河醫(yī)學高等?？茖W校工作。

付陳增，女，（1989-），河南漯河人，研究生畢業(yè)于南開大學，現(xiàn)于漯河醫(yī)學高等?？茖W校工作。