扎伊爾型埃博拉病毒GP蛋白的生物信息學分析

馮唐鍇

摘 要：為了進一步掌握扎伊爾型埃博拉病毒GP蛋白基本特性，文章運用生物信息學的一些專業在線分析軟件，選取序列號為AKG65268.1的GP蛋白序列數據作為研究對象，進行了深入的生物信息學分析。主要內容包括對該蛋白的理化性質、亞細胞定位、蛋白功能和二、三級結構等方面進行的分析。希望能夠通過利用生物信息學方法，挖掘更多GP蛋白數據信息，獲得一些病毒同源性及病毒與受體互作的線索，從而進一步探索該病毒進化發展及起源的可能。

關鍵詞：埃博拉病毒；GP蛋白；生物信息學；扎伊爾型；數據庫

中圖分類號：S852.65 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）13-0028-02

Abstract： In order to further grasp the basic characteristics of Ebola-Zaire Virus （ZEBOV） GP （Glycoprotein）， the GP （Glycoprotein） sequence data with sequence number of AKG65268.1 was selected as the research object using some professional online analysis software of bioinformatics， and a further bioinformatic analysis was carried out. The main contents include the analysis of physicochemical properties， subcellular localization， protein function and secondary and tertiary structures of the protein. It is hoped that through the use of bioinformatics， we can mine more data of GP （Glycoprotein） and obtain some clues of virus homology and interaction between virus and receptor， so as to further explore the possibility of evolution and origin of the virus.

Keywords： Ebola virus； GP （Glycoprotein）； bioinformatics； Ebola-Zaire； database

1 概述

埃博拉病毒（Ebola virus，EBOV）是一種能導致靈長類動物患出血熱疾病的致命性病毒，該病毒可分為多種類型，其中扎伊爾型埃博拉病毒的致死性最高。目前，多個埃博拉病毒株系的基因組都已完成測序[1]。GP蛋白（Glycoprotein）是埃博拉病毒包膜的唯一糖蛋白，參與受體結合和介導病毒進入。本研究期望通過對GP蛋白進行深入分析，從而進一步探索該其進化發展及起源的線索[2]。

2 研究方法

2.1 主要步驟

首先從Genbank數據庫下載典型的GP蛋白序列數據，其次運用生物信息學在線軟件較為全面的分析GP蛋白的性質、結構及功能，最后歸納總結分析結果并結合文獻開展分析討論。

2.2 扎伊爾型埃博拉病毒GP蛋白氨基酸序列信息的獲取

扎伊爾型埃博拉病毒GP蛋白的氨基酸序列下載自Genbank數據庫，登錄號（Accession）為AKG65268.1[3]，共有676個氨基酸[1]。

2.3 扎伊爾型GP蛋白生物信息學分析方法

本研究參考類似研究方法[4]，選用了ProtParam、CDD、PSORT II等十種在線分析預測軟件，分別對GP蛋白進行了生物信息學分析。

3 在線預測結果與分析

3.1 一級結構及理化性質預測

利用ExPASy ProtParam在線軟件分析GP蛋白一級結構及理化性質。結果顯示該蛋白含原子10375個，組成式為C3298H5127N919O1015S16，相對分子質量74404.5。共有676個氨基酸，其中丙氨酸最多，50個，占7.4%。負電荷氨基酸70個，正電荷氨基酸64個。理論預測等電點6.30，中性偏酸，帶正電荷。GP蛋白在280nm波長下水溶液（M-1cm-1）中的摩爾磷消光系數為101590（全胱氨酸）或100840（全半胱氨酸）。在哺乳動物網狀細胞中半衰期為30h，指示該蛋白在細胞中穩定?？偲骄H水性指數為-0.374。初步認定為親水性蛋白。

3.2 GP蛋白激酶磷酸化修飾位點分析

本研究利用KinasePhos在線軟件預測GP蛋白磷酸化位點，結果顯示有9個絲氨酸激酶作用位點。9個蘇氨酸激酶作用位點。5個酪氨酸激酶作用位點。其中263位的絲氨酸和420位的蘇氨酸作為磷酸化位點的預測分值（HMM Bit Score）較高，且E值（E-value）較小，都可視為較活躍的磷酸化位點。

3.3 GP蛋白信號肽預測

利用Signal P-4.1 Server 軟件分析GP蛋白（AKG652

68.1）中可能存在的類信號肽片段。GP蛋白氨基酸序列信號肽預測D值最高的片段為1-32號氨基酸序列，其D=0.317，顯示GP蛋白不含有顯著的信號肽序列片段。

3.4 GP蛋白亞細胞定位預測

利用PSORT Ⅱ工具對GP蛋白可能率屬的亞細胞位置進行了預測分析，結果如下：如果假設GP蛋白為胞內蛋白，則其位于細胞核的概率最大，預測分值高達30.4%，這或許表明該蛋白在結構上和某些核內蛋白較為接近。

3.5 GP蛋白親水性/疏水性分析

運用ProtScale在線軟件預測GP蛋白的親水/疏水特性。該段肽鏈中獲正分氨基酸217個，獲負分氨基酸451個，結果顯示該蛋白親水性氨基酸數目多于疏水性氨基酸數目。GP蛋白兩端疏水性較強，中段親水性較強，整體上也傾向于認為GP蛋白親水性較強。

3.6 GP蛋白跨膜結構域預測

利用TMHMM Server version 2.0在線軟件預測GP蛋白是否為跨膜蛋白，結果顯示該蛋白確實存在一個可能性較高的跨膜螺旋區，其涉及的氨基酸期望數目（AAs）高達33.28796，可認為GP蛋白具有跨膜蛋白特征，其核心跨膜區范圍為650-672。

3.7 GP蛋白二級結構分析

利用SOPMA程序預測GP蛋白二級結構，結果顯示蛋白中158個氨基酸可形成α螺旋（h），占23.37%；169個氨基酸構成β-片層（又稱延伸鏈，e），占25.00%；295個氨基酸組成無規則卷曲（c），占43.64%；β-轉角（t）為7.99%。

3.8 GP蛋白保守結構域預測

用NCBI的保守結構域數據庫（Conserved Domain Database， CDD）分析GP蛋白顯示該其序列中具有一個顯著的保守結構域：Ebola-like_HR1-HR2（保守結構域編號：cd09850）。該結構域應該含有一個N-末端七肽重復區和一個C-末端七肽重復區，前者是一個類似于CKS-17的抑制免疫反應區，具有一個含有鏈內二硫鍵（C511-C556）的CX6C模體[5]。蛋白從N-末端到HR1-HR2區域是一個融合肽（FP），而C-末端則是一個跨膜區（MSR）。

3.9 GP蛋白三級結構預測

用SWISSMODEL軟件對GP蛋白三級結構進行比對分析，其與5個三級結構模型相匹配。其中模型03（編號5kel.1.A）描述為埃博拉病毒的表面糖蛋白GP1（33-308），模型04（編號為5jq7.1.B）描述為包膜糖蛋白2（GP2，502-632）。CDD軟件預測的埃博拉病毒GP蛋白保守結構域中顯示了三聚體結構。這與文獻中提到的GP蛋白在毒粒表面以三聚體的形式存在相吻合。

3.10 GP蛋白功能預測

運用Protfun 2.2對GP蛋白的功能進行預測。結果顯示，該蛋白作為細胞膜組成成分的可能性和機率最大，可能性（Prob）及機率（Odds）分值分別為0.794和13.024；其他功能類型所得的分值更低，未予列出。該蛋白屬于酶類，參與免疫反應的可能性稍大?？傮w而言GP蛋白功能上最接近于細胞中與免疫相關的膜蛋白。

4 結束語

GP蛋白是跨膜糖蛋白，與病毒的入侵過程及細胞毒性有關，CDD預測該GP2中含有非常保守的，構成跨膜亞基的七肽重復區HR1和HR2結構域：Ebola-like_HR1-HR2（保守結構域編號：cd09850），該結構域在絲狀蛋白中廣泛存在。病毒感染時會涉及一個三聚體的發夾結構的形成，在這個結構里，融合肽（插入宿主細胞膜中）和MSR（插入病毒包膜中）緊緊的靠在一起，絲狀病毒家族病毒可能需要這個結構進行橫向的感染。通過比較我們可知，SWISSMODEL軟件分析的GP1和GP2三維空間結構分析結果與文獻中描述的GP蛋白主體結構一致[5]。

參考文獻：

[1]Cheng Y，Liu J，Li Y，et al.Ebola Virus Disease：virology， pathogenesis， therapy， and vaccines[J]. Chinese Science Bulletin （Chinese Version），2014，59（30）：2889-2899.

[2]王國戧，趙英政，牛菊霞.埃博拉病毒包膜糖蛋白進化特征分析[J].中華臨床感染病雜志，2015，8（2）：143-146.

[3]Simon-Loriere E， Faye O， Faye O， etal. Distinct lineages of Ebola virus in Guinea during the 2014 West African epidemic[J]. Nature，2015，524（7563）：102-104.

[4]汪艷璐，羅玉萍，李思光，等.南豐蜜橘β-蘿卜素羥化酶的生物信息學分析[J].江西科學，2007，25（6）：688-692.

[5]Lee J E，Fusco M L， Hessell A J，etal.Structure of the Ebola virus glycoprotein bound to a human survivor antibody[J].Nature，2008，454（7201）：177-182.