基于生物信息學分析F13A1基因及蛋白質

王淮 楊健康

摘要：目的 ?利用生物信息學方法對F13A1及其編碼蛋白質進行分析，為F13A1的實驗研究提供理論基礎和新線索。方法 ?從UCSC（http：//genome.ucsc.edu/index.html）數據庫檢索“F13A1”，下載F13A1蛋白序列，截取轉錄起始點上游2000 bp堿基序列作為啟動子區域進行分析，分析F13A1編碼蛋白的理化性質、亞細胞定位、信號肽和跨膜區域、蛋白質結構、相互作用網絡及GO注釋。結果 ?F13A1包含多個啟動區域，不存在CpG島，但存在SRF、Sp1和AP-1等轉錄因子結合位點。F13A1編碼蛋白是由732個氨基酸組成的無信號肽、無跨膜區域的親水蛋白，其主要定位于細胞核，二級結構以隨機卷曲為主。另外蛋白F13B、FGA、FGG、F2、FGB、FN1、SERPINF2、VWF、VEGFA、F5可能與F13A1存在相互作用。結論 ?F13A1基因存在多個啟動子區域，擁有多個轉錄因子結合位點;F13A1蛋白與F13B、FGA、FGG、F2等多個蛋白質相互作用，其參與組成內質網腔、血小板α顆粒內腔以及細胞內細胞器腔等多種細胞成分，同時在血液凝固、纖維蛋白溶解和血小板活化等多種生理過程發揮重要作用。

關鍵詞：F13A1;啟動子;蛋白質;生物信息學

中圖分類號：R394.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.11.017

文章編號：1006-1959（2020）11-0052-06

Abstract：Objective ?To analyze F13A1 and its encoded protein using bioinformatics methods， and provide theoretical basis and new clues for the experimental study of F13A1. Methods ?Search "F13A1" from the UCSC （http：//genome.ucsc.edu/index.html） database， download the F13A1 protein sequence， and intercept the 2000 bp base sequence upstream of the transcription start point as a promoter region for analysis，the physicochemical properties， subcellular localization， signal peptide and transmembrane region， protein structure， interaction network and GO annotation of F13A1 encoded protein were analyzed.Results ?F13A1 contains multiple promoter regions， there is no CpG island， but there are transcription factor binding sites such as SRF， Sp1 and AP-1. The protein encoded by F13A1 is a hydrophilic protein composed of 732 amino acids with no signal peptide and no transmembrane region. It is mainly located in the nucleus， and the secondary structure is dominated by random coils. In addition， proteins F13B， FGA， FGG， F2， FGB， FN1， SERPINF2， VWF， VEGFA， F5 may interact with F13A1.Conclusion ?The F13A1 gene has multiple promoter regions with multiple transcription factor binding sites; the F13A1 protein interacts with multiple proteins such as F13B， FGA， FGG， and F2， and is involved in the formation of the endoplasmic reticulum cavity， platelet αparticle cavity， and cells Various cellular components such as the inner organelle cavity play an important role in various physiological processes such as blood coagulation， fibrinolysis and platelet activation.

Key words：F13A1;Promoter;Protein;Bioinformatics

人凝血因子XⅢ（CoagulationFactor XⅢ，FXⅢ）又稱纖維蛋白穩定因子，主要功能是共價交聯纖維蛋白纖維，穩定纖維蛋白凝塊[1]。F13A1基因編碼人凝血因子XⅢ的A鏈。遺傳性凝血因子XⅢ純合或復合雜合缺乏癥是一種罕見的嚴重出血性疾病，2016年Thomas A等[2]首次報道1例覆蓋整個外顯子12的新的純合子F13A1缺失的病例，通過實驗確定是由內含子11和內含子12的6 bp微同源序列引起。研究表明[3]，F13A1具有上調血漿IL-6水平的功能，在痤瘡發病過程中扮演重要角色;F13A1基因變異與血漿FXⅢA水平對急性心肌梗死的長期預后具有顯著的作用[4]。本文通過生物信息學的方法對F13A1基因及其編碼蛋白質進行一系列預測分析，期望能為今后的研究提供線索及方向。

1材料與方法

1.1資料來源 ?F13A1基因及編碼蛋白的序列獲取登錄UCSC（http：//genome.ucsc.edu/index.html）數據庫，在GeneSorter中檢索“F13A1”，截取轉錄起始點上游2000 bp[5]堿基序列作為啟動子區域進行分析，同時下載F13A1蛋白序列。

1.2方法 ?本文運用到的分析軟件見表1，所有軟件都應用默認參數分析F13A1編碼蛋白的理化性質、亞細胞定位、信號肽和跨膜區域、蛋白質結構、相互作用網絡及GO注釋。

2結果

2.1 F13A1基因特征 ?人F13A1基因總長為176750 bp，在染色體上的位置是chr6：6144085-6320834，包含15個外顯子和14個內含子，該基因編碼的蛋白質包含732個氨基酸殘基。

2.2 F13A1基因啟動子分析 ?Promoter2.0分析結果顯示，F13A1基因上游存在3個啟動子區域，分別位于200 bp，800 bp和1900 bp處，均為臨界性預測。NNPP分析結果顯示，F13A1基因上游存在5個啟動子區域，見表2。推測F13A1基因至少包含3個啟動子區域，其中以1585～1635 bp，420～470 bp和1785～1635 bp可能性最大。

2.3 F13A1基因CpG島預測 ?在觀察值/預期值>0.6，G%+C%>50%，長度>100 bp條件下，運用在線軟件Cpgplot和MethPrime對F13A1基因進行CpG島預測，均未發現甲基化島，推測F13A1基因啟動子區域不包含CpG島，見圖1、圖2。

2.4 F13A1基因轉錄因子結合位點預測 ?AliBaba2.1的預測結果共有255個，主要包含Sp1、Ap-1、SRF、NF-1、USF等。Cister預測F13A1基因共有27個轉錄因子結合位點，表3為概率最大的前5個。推測F13A1基因轉錄因子結合位點至少包含SRF、Sp1和AP-1，此為兩個軟件的共同預測結果，相對可靠。

2.5 F13A1蛋白質的理化性質分析 ?ProtParam分析結果顯示，人F13A1蛋白質共有732個氨基酸殘基，分子質量為83267.30 Da，理論等電點值為5.75，屬酸性蛋白質。分子式為C3711H5743N1015O1110S29，原子總數為11608。在732個氨基酸殘基中帶負電荷的氨基酸殘基（Asp+Glu）的數量為95，帶正電荷的氨基酸殘基（Arg+Lys）的數量為83。F13A1蛋白質的不穩定系數為37.30，屬于穩定蛋白質，脂肪系數為79.00，總的平均親水性為-0.391，屬于親水性蛋白。Protscale分析結果顯示，位于201位的谷氨酸（E）親水性最強，分值為-3.411;位于631位的脯氨酸（P）疏水性最強，分值為2.244。可知F13A1蛋白的疏水區域少于親水區域，屬于親水蛋白，該結果與ProtParam結果一致，可信性高，見圖3。

2.6 F13A1蛋白的亞細胞定位、信號肽和跨膜結構域預測 ?PSORTII對F13A1蛋白的亞細胞定位的預測結果顯示，位于細胞核的可能性為34.8%，位于線粒體的可能性為26.1%，位于細胞質的可能性為26.1%，位于分泌系統囊泡的可能性為13.0%。SignalP4.1的預測結果顯示，C、Y、S的最大值分別為0.109、0.108、0.125，S-mean的值為0.107，D值為0.108，可知F13A1蛋白不存在剪切位點，不是分泌蛋白，見圖4。TMHMM預測F13A1蛋白的跨膜區域結果顯示，該蛋白不存在跨膜區域，不屬于膜蛋白，見圖5。

2.7 F13A1蛋白二級結構與三級結構預測 ?SMOPA預測F13A1蛋白質的二級結構結果顯示，隨機卷曲共有358個，占48.91%;延伸鏈共有204個，占27.87%;α螺旋共有131個，占17.90%;β轉角有39個，占5.33%。其中大部分氨基酸處于隨機卷曲狀態，F13A1蛋白整體處于比較松散的狀態，見圖6。

蛋白質的高級結構決定其生理功能，采用同源建模法預測蛋白質的三級結構，將F13A1蛋白序列提交至SWISS-MODEL，得到其高級結構見圖7。其中預測模型A采用的模板為1f13.1.A，覆蓋率為100%，序列相似度為63%;預模型B采用的模板為3ohx.1.B，覆蓋率為15%，序列相似度為26%;預測模型C采用的模板為2ice.1.aA，覆蓋率為9%，序列相似度為30%。綜合比較，預測模型A的可信度最高

為驗證模型A的可信度，通過蛋白質拉曼圖在線分析軟件SAVES v5.0對預測模型的氨基酸的二面角進行分析，判斷預測模型的可靠性，得到結果見圖8。預測結構中所涉及的1279個氨基酸，其中1149個處于最佳區域，即紅色區域;126個處于允許區域，即黃色區域;另有4個處于允許區域范圍之外，說明該預測模型中幾乎所有的氨基酸均形成合理的二面角，構成的蛋白質高級結構穩定可信。