藻類熱休克蛋白HSP90家族的蛋白結構及系統發育研究

于千 黃濤

摘 要： 對Genbank數據庫中的43條長度在546-906個氨基酸之間的HSP90蛋白序列，采用生物信息學手段對HSP90家族蛋白序列標識和保守基序進行了分析，并結合這些信息對這些蛋白進行了分子系統發育分析表明：藻類HSP90蛋白高度保守，家族內可以分為幾個亞家族，亞家族內既有原核又有真核藻類HSP90蛋白序列。

關鍵詞： 藻類熱休克蛋白；HSP90；系統發育

【中圖分類號】 Q51 【文獻標識碼】 A 【文章編號】 2236-1879（2017）12-0013-01

大多數熱休克蛋白的研究是以微生物、動物材料為主，關于植物熱休克蛋白反應的研究起步較晚，80年代初期才開始研究高等植物中的熱休克蛋白[1]。HSP90蛋白存在于從低等的原核藻類到陸生高等的植物中，在高等植物中，有些HSP90在常溫下即有較高的表達，有些需要熱激誘導產生，此外，低溫、光照和高鹽脅迫亦能使其高表達[2]。因此，以HSP90蛋白作為貫穿原核藻類到真核藻類間的紐帶，除了可以了解原核藻類與真核藻類HSP90家族間的進化關系，也能為進一步探索HSP90蛋白在藻類中的分子系統學的研究提供有價值的參考依據。

1 材料與方法

1.1 蛋白序列的獲得：

數據資料來源于NCBI的蛋白質數據庫。共檢索到33種藻類的336條HSP90蛋白提交記錄。對這些蛋白序列下載到本地后通過人工和軟件篩選，去除重復記錄和長度不足500bp的序列后，共得到43條長度在546-906個氨基酸之間的HSP90蛋白序列。

1.2 HSPs蛋白序列結構分析：

蛋白序列標識的繪制和分析在網站上完成；運用MEME程序分析基因家族的氨基酸保守基序，程序在設置上選擇做大的基序數為50，不同的基序數為15，其它均采用默認的參數；利用TargetP和SignalP工具進行信號肽和導肽預測。

1.3 HSPs蛋白系統發育關系分析：

將得到的氨基酸序列， 用CLUSTAL_X軟件進行比對， 并進行人工調整以避免缺刻（gap）對結果的影響. 系統發育關系的構建和距離計算使用MEGA3.1 軟件包進行。

2 結果與討論

2.1 蛋白序列標識的繪制和Motif分析：

TargetP進行導肽預測結果顯示（表1），其中預測可靠性等級最高為一級（隱藻的HSP90可能性=0.947），但細胞內定位未顯示；隱藻門的四個HSP90預測等級為3-4級，可能性平均在0.7左右，定位于線粒體中；定位于葉綠體的只有萊茵衣藻的HSP90（可能性=0.741），該導肽位于葉綠體的可能性較高。

對HSP90基因家族的氨基酸序列做保守基序的分析，最短的序列有546個氨基酸殘基，最長的序列有906個氨基酸殘基。發現基序1-15在HSP90蛋白家族的大多數的蛋白序列中都有，并且基序6、8、2、7和10只是在保守的HATPase_C結構域內，其余基序都位于HSP90中。HSPs的高度保守性說明他們在生物生命活動中具有重要的作用（圖1）。

2.2 利用SignalP和TargetP工具進行信號肽和導肽預測：

熱休克蛋白HSP90的信號肽剪切位點位于第第22 和 第23位氨基酸之間，即： VSA-MC之間，可能為信號肽的各個參數值為：（max.C=0.380；max.Y=0.467；max.S=0.972），其成為信號肽的可能性非常高。通過查詢該蛋白所在數據庫信息發現，此蛋白序列恰好是一種內質網型蛋白，屬于一種分泌型蛋白。

2.3 蛋白序列分子系統發育分析：

用鄰接法構建了HSP90氨基酸序列的系統發育樹，得到的無根樹顯示分為4個群，群1-4分別包括蛋白個數為：15，14， 5和9。用鄰接法構建的有根樹也支持這一結果。我們推測所分析的43個HSP90蛋白序列可初步分為2-4個亞家族，并且亞家族之間對應的編碼基因可能為旁系同源基因，即HSP90基因的復制先于物種的分離。對HSP90蛋白的基因序列分析提示，其在由原核向真核細胞進化過程中發生過基因復制事件，出現了細胞質型和內質網型兩種HSP90蛋白，這與無根樹中的分為不同的群是相符合的，但目前對HSP90家族的亞家族劃分還不明確，因此，今后在考慮用HSP90蛋白序列對不同藻類進行分子系統學研究時，應該注意旁系同源基因的干擾，隨著公共數據庫中藻類HSP90蛋白序列的增多和藻類HSP90蛋白各個亞家族劃分的明晰，HSP90將會更加成熟地應用與藻類分子系統學的研究。

參考文獻

[1] 陳亞瓊，肖調江，周浙昆（2006）.熱激蛋白與生物環境適應及進化的關系.自然科學進展， 16（9）：1066-1073.

[2] Isaacs JS， Xu W， Neckers L （2003）. Heat shock protein 90 as a molecular target for cancer therapeutics. Cancer Cell. 3（3）：213-217.