大鼠單核細胞趨化蛋白-1基因的生物信息學分析

吳桂梅 趙小峰 汪瑤 金磊 賀玲

摘要[目的]對大鼠單核細胞趨化蛋白-1（MCP-1）基因編碼的蛋白質進行結構和性質分析。[方法]利用生物信息學方法對大鼠MCP-1基因編碼的蛋白質的理化性質和結構進行分析，并分析該基因與其他物種的生物進化關系。[結果]大鼠MCP-1基因與小鼠的親緣關系最近;大鼠MCP-1蛋白是一個穩定的親水性堿性蛋白，分子式為C721H1175N197O223S9，理論等電點為9.20，由8.78%的α-螺旋、35.81%的折疊延伸鏈、55.41%的無規則卷曲組成，有1個SCY結構域;該蛋白可能的信號肽剪切位點在第17位點處。[結論]MCP-1蛋白是一個穩定的親水性分泌蛋白。該研究結果可為MCP-1的進一步研究提供理論依據。

關鍵詞單核細胞趨化蛋白-1;生物信息學分析;大鼠;基因

中圖分類號Q343.1文獻標識碼A

文章編號0517-6611（2019）01-0093-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.01.029

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

單核細胞趨化蛋白-1（monocytechemotacticprotein-1，MCP-1/CCL2）是趨化細胞因子CC亞家族中的一員[1]。MCP-1由多種類型細胞生成，包括上皮、內皮、平滑肌、成纖維細胞、星形膠質細胞、單核細胞和小膠質細胞，并且它能募集單核細胞、記憶T細胞、樹突狀細胞至損傷和感染的組織，這些細胞對末梢循環和組織中的抗病毒免疫應答起著非常重要的作用。由此可見，MCP-1的分布比較廣泛，在不同的組織中都發揮著重要作用。研究顯示MCP-1在類風濕性關節炎、腎病綜合征、急性冠狀動脈綜合征、腫瘤等疾病的發生和發展過程中發揮重要作用[2-5]。此外，在癲癇、腦缺血、阿爾茨海默病、自身免疫性腦脊髓炎-1和創傷性腦損傷中，MCP-1在神經膠質細胞中的表達增加，但其具體病理生理機制尚不完全清楚[6-9]。

大鼠基因組與人類基因組相似度較高，且大鼠方便取材，被廣泛應用于各種醫學實驗研究。研究大鼠MCP-1的各種性質對研究MCP-1的功能具有重要的意義，目前尚無關于大鼠MCP-1蛋白結構的相關報道，對大鼠MCP-1進行生物信息學分析，以期為研究該基因的調控機制奠定基礎。

1材料與方法

1.1材料

登錄美國國家生物技術信息中心（NationalCenterforBioteehnologyInformation，NCBI）的GenBank（http：∥www.ncbi.him.nih.gov/Genbank/），檢索人Homosapiens（NP_002973.1）、貓Feliscatus（XP_003996605.1）、牛Bostaurus（NP_776431.1）、狼Canislupusfamiliaris（NP_001003297.1）、馬Equuscaballus（NP_00107500.1）、獼猴Macacamulatta（NP_001027993.1）、小鼠Musmusculus（NP_035463.1）、豬Susscrofa（NP_999379.1）、兔Oryctolaguscuniculus（NP_001075763.1）、大鼠Rattusnorvegicus（NP_113718.1）、豚尾猴Macacanemestrina（NP_001292836.1）的MCP-1基因的cDNA序列和蛋白序列。

1.2方法

利用Mega軟件程序對大鼠及其他物種的MCP-1基因的cDNA序列和蛋白序列進行同源比對;通過http：∥www.expasy.eh/tools/prot-param.html網站對大鼠MCP-1蛋白的理化性質進行分析;利用http：∥npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl？page=npsa_gor4.html網站分析大鼠MCP-1蛋白的二級結構;利用http：∥www.ebs.dtu.dk/servies/SignalP網站預測MCP-1蛋白的信號肽;利用http：∥smart.embl-heidelberg.de/網站預測蛋白質的結構域;利用http：∥swissmodel.expasy.Ors/網站預測MCP-1蛋白的高級結構;利用Strings數據庫做蛋白質相互作用分析。

2結果與分析

2.1MCP-1蛋白分子進化分析

將不同來源的基因編碼蛋白序列調入Mega軟件程序進行系統進化分析，其結果見圖1，進化樹總體分為兩支，大鼠和小鼠成為一支，親緣關系最為密切，人類與其他8個物種成為獨立的大分支。

2.2MCP-1理化性質分析

蛋白質的某些理化性質是蛋白質鑒定、提取、純化的基本依據。對大鼠MCP-1的理化性質預測，結果顯示，MCP-1分子式為C721H1175N197O223S9，由148個氨基酸組成，相對分子質量為16459.9，理論等電點為9.20，該蛋白由20種氨基酸組成，其中Thr、Ser、Val含量較高，分別占12.2%、11.5%、9.5%。帶負電荷的氨基酸殘基數（天冬氨酸、谷氨酸）為11個，帶正電荷的氨基酸殘基數（精氨酸、賴氨酸）為17個。不穩定指數為39.13，推定該蛋白為穩定蛋白。總平均親水性為-0.110，預測該蛋白是親水蛋白。

2.3MCP-1二級結構分析

利用在線蛋白質分析系統得到大鼠MCP-1的二級結構預測結果。由圖2可知，大鼠MCP-1由8.78%的α-螺旋、35.81%的折疊延伸鏈、55.41%的無規則卷曲組成。這為預測其三級結構及蛋白質的功能提供了一定的參考依據。

2.4MCP-1結構域分析

通過結構域預測可知大鼠MCP-1含有1個SCY結構域。由圖3結構域預測結果可知，大鼠MCP-1在31～90位置處有1個SCY結構域。

2.5MCP-1信號肽分析

對大鼠MCP-1的信號肽預測結果見圖4。由圖4的預測結果可以看出第17～18位點處S值陡峭，Y值最高并且具有高C值，是最可能的剪切位點。

2.6MCP-1三級結構預測

對大鼠MCP-1的三級結構進行預測，結果見圖5。

2.7MCP-1蛋白相互作用分析

對大鼠MCP-1與其他蛋白質的相互作用進行分析，結果見圖6。

3討論

MCP-1促進單核細胞的趨化，以及其他一些和趨化相關的細胞事件，包括Ca2+流出和整合素表達。MCP-1還是單核細胞細胞因子表達的弱誘導物，在高濃度時，能引發呼吸道破裂，導致活性氧的生成[10-12]。此外，MCP-1還是一個連接外圍炎癥與神經興奮過度的關鍵分子。MCP-1通過與其受體CCR2結合參與炎癥反應、血管生成和損傷修復等過程[12]。不過MCP-1在各種疾病中的信號轉導機制還需要更深入的研究。該研究通過蛋白質相互作用分析發現MCP-1與CCL3、CCL7、CCL22、CCR5等分子存在相互作用，這為進一步研究MCP-1在不同疾病中的信號轉導機制提供了一定的基礎。

蛋白質的某些理化性質是蛋白質鑒定、提取、純化的基

本依據。通過蛋白質理化性質預測結果推測，大鼠MCP-1

是一個穩定的親水性堿性蛋白。蛋白質二級結構是空間結

構及蛋白功能的基礎，通過二級結構的預測能為三級結構的預測提供指導。此外，使用預測的二級結構信息進行二硫鍵預測能夠提高二硫鍵結構的準確率[13]，這將有利于今后蛋白質三維結構的預測。從對信號肽分析結果中可知，大鼠MCP-1有信號肽并且預測出信號肽的剪切位點在第17位點處。信號肽是蛋白質的一部分，位于分泌蛋白N端。對信號肽進行改造能夠提高外源蛋白表達量[14]，該分析為大鼠MCP-1蛋白表達量提高的設計提供了參考依據。

MCP-1是炎癥反應的一個關鍵因子，通過生物信息學方法對其進行研究，可為研究MCP-1在不同條件下的功能及其在信號轉導調節中的作用提供必要的信息，也可為MCP-1相關的疾病研究和疾病治療奠定一定的基礎。

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