黃鱔雄激素受體生物信息學分析

摘要為了進一步研究黃鱔（Monopterusalbus）雄激素受體的結構與功能，利用生物信息學方法對黃鱔雄激素受體的理化性質與空間結構進行了預測。結果表明，黃鱔雄激素受體基因全長2774bp，完整開放閱讀框2238bp，可以編碼746個氨基酸。M.albusAR蛋白的分子量為83.71ku，為酸性親水的不穩定蛋白質，不具有信號肽和跨膜區域，不屬于分泌蛋白。該蛋白有72個可能的磷酸化位點。該蛋白二級結構以α-螺旋和無規則卷曲為主。

關鍵詞黃鱔；雄激素受體；生物信息學分析

中圖分類號S966.4"文獻標識碼A"文章編號0517-6611（2024）24-0080-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.24.019

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

BioinformaticsAnalysisofAndrogenReceptorinMonopterusalbus

LING Zhi1， YANG Wen-lin1， YUAN Han-wen^1，2

（1.YangtzeUniversity，Jingzhou，Hubei434025;2.HubeiProvinceMonopterusalbusTechnologyResearchCenter，Jingzhou，Hubei"434025）

AbstractInordertofurtherstudythestructureandfunctionoftheandrogenreceptorintheeel（Monopterusalbus），"bioinformaticsmethodswereusedtopredictthephysicochemicalpropertiesandspatialstructureofM.albusAR.TheresultsshowedthatM.albusARgenehadatotallengthof2774bp，acompleteopenreadingframeof2238bp，anditcouldencode746aminoacids."ThemolecularweightofM.albusARproteinwas83.71ku，itwasanacidicandhydrophilicunstableprotein.Ithadnosignalpeptidesortransmembraneregionsanditwasnotasecretedprotein.Thisproteinhad72possiblephosphorylationsites.Thesecondstructureofthisproteinwasmainlyα-helixandrandomcoil.

KeywordsMonopterusalbus;Androgenreceptors;Bioinformaticsanalysis

雄激素受體（androgen receptor，AR）是配體激活的轉錄因子^［1］，它的幾個關鍵功能（如激素識別和輔調節因子等），都集中在配體結合域（LBD）中^［2］。AR是類固醇受體的一種，通過招募輔激活子啟動其靶基因的轉錄來激活基因轉錄。與其他類固醇受體相比，AR的激活功能在很大程度上依賴位于其N端結構域（NTD）的配體，AR二聚反應遵循獨特的頭對頭和尾對尾方式，AR NTD是輔激活因子招募的主要場所^［3］。雄激素受體基因突變是人類（Homo sapiens）性發育障礙（DSD）的主要原因之一，表現為性模糊或性逆轉^［4］。鱖魚（Siniperca chuatsi）甲基睪酮（MT）誘導的雌雄性逆轉過程中，MT處理30和35 d后ARβ的表達顯著上調，提示ARβ可能在精子發生和雄性化過程中起關鍵作用。鱖魚中分離到AR cDNA全長，在雌、雄魚性腺和肝臟中均有高表達；在性別分化早期，雌魚AR的表達在孵化后5～30 d均高于雄魚，30 d 時達到高峰^［5］。金錢魚（Scatophagus argus）雄激素通過刺激AR表達、抑制雌性發育調控關鍵基因表達，從而影響卵巢發育^［6］。在MT誘導石斑魚（Epinephelus coioides）的性反轉過程中，下丘腦和性腺中AR的表達模式表明AR參與調節這一過程^［7］。

黃鱔（Monopterus albus）是一個具有性別反轉特征的原始脊椎動物，黃鱔AR蛋白的羧基端配體結合結構域中的第553～588位氨基酸序列對睪丸素的結合很重要，它們的存在對羧基端配體結合結構域是否能形成正確的空間構象非常關鍵。黃鱔AR基因的表達水平在雄性性腺、脾臟和肝臟中較高，而在腦和雌性性腺中的表達量低于其他部位，而且隨著黃鱔性腺逐步由雌性性腺向雄性性腺轉變，黃鱔AR基因的表達量逐漸上升^［8］。黃鱔AR不同于人類的AR，尤其是在配體結合域（LBD）中，其在性腺中的表達量由卵巢經卵睪向精巢的轉化過程中呈增加趨勢，且在DNA結合域和鉸鏈區發現了一個功能核定位信號^［9］。

AR在生物體中起到至關重要的作用，目前AR在其他生物體中的研究較多，在黃鱔中也有部分研究。筆者以黃鱔AR基因為研究對象，利用生物信息學的方法對其理化性質、跨膜區、疏水性、信號肽、蛋白質二級結構等進行預測分析，并與人類、鱖魚、金錢魚、石斑魚的AR結構進行對比，旨在為進一步研究M.albusAR基因的功能提供一定參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

在NCBI網站（https：∥www.ncbi.nlm.nih.gov/）數據庫中查詢，得到黃鱔AR的氨基酸序列（XP_020454405.1）、人類AR氨基酸序列（NP_000035.2）、鱖魚AR氨基酸序列（XP_044060142.1）、金錢魚AR氨基酸序列（XP_046266164.1）、石斑魚AR氨基酸序列（ADQ43815.1）。

1.2試驗方法

生物信息學分析工具如表1所示。利用表1中分析工具對黃鱔、人類、鱖魚、金錢魚、石斑魚進行AR氨基酸序列比對，對其理化性質、跨膜結構、信號肽、磷酸化位點、無序化特征、二級結構等進行預測。

2結果與分析

2.1AR蛋白的理化性質分析

利用ProtParam在線軟件對5種生物的AR進行理化性質分析（表2），結果表明黃鱔

AR基因全長2774bp，開放閱讀框長2238bp，編碼合成746個氨基酸；蛋白分子量（MW）為83.71ku，推斷它為帶有負電的、不穩定的親水蛋白質，黃鱔AR蛋白總原子數為11600個，分子式為C3672H5740N1022O1113S53。人類AR基因的開放閱讀框長2760bp，編碼合成920個氨基酸，蛋白分子量（MW）為99.19ku，為帶有負電的、不穩定的親水蛋白質，蛋白總原子數為13730個，分子式為C4342H6772N1220O1347S49。鱖魚AR基因的開放閱讀框長1950bp，編碼合成650個氨基酸，蛋白分子量（MW）為72.29ku，為帶有正電的、不穩定的親水蛋白質，蛋白總原子數為10022個，分子式為C3131H4973N907O962S49。金錢魚AR基因的開放閱讀框長2437bp，編碼合成768個氨基酸，蛋白分子量（MW）為86.66ku，為帶有負電的、不穩定的親水蛋白質，蛋白總原子數為11992個，分子式為C3811H5914N1064O1155S48。石斑魚AR基因的開放閱讀框長2350bp，編碼合成759個氨基酸，蛋白分子量（MW）為84.70ku，為帶有負電的、不穩定的親水蛋白質，蛋白總原子數為11674個，分子式為C3704H5751N1021O1139S59。

在這5種生物中AR蛋白理論等電點（PI）均低于7，均屬于酸性蛋白質。5種生物中，含量較高的氨基酸均為Leu，占8.3％～10.0％；含量較低的氨基酸均為Trp，占0.9％～1.1％，均不含Pyl和Sec，而Leu、Ser和Ala是這幾種生物AR所共有的主要氨基酸。不穩定系數均高于40的閾值，說明此蛋白在這5種物種中均為不穩定蛋白。總平均疏水性均為負值，這5種生物AR蛋白質均為親水性蛋白質。

2.2AR蛋白的跨膜區、信號肽分析

利用TMHMM2.0在線軟件預測這5種生物的AR蛋白跨膜結構，結果顯示該5種生物均不存在跨膜結構（圖1）。

利用SignalP5.0在線軟件預測這5種生物AR蛋白的信號肽，結果表明均不存在信號肽（圖2），推測該蛋白不屬于分泌蛋白，或者帶有信號肽的前體蛋白到運輸部位跨膜后信號肽已被切除，并未折疊為成熟的蛋白質。

2.3AR蛋白的親水性、疏水性分析

用DNAMan6.0軟件預測這5種生物AR蛋白的氨基酸疏水性位點及分值（圖3）。K-D標度用于評估氨基酸的疏水性，若大于0表示疏水性，若小于0表示親水性。這5種生物AR各氨基酸分值多為負值，因此這5種生物AR蛋白均為親水性蛋白。

氨基酸的親水性、疏水性對蛋白質的結構和生理功能具有重要的作用。親水性和疏水性氨基酸可以預測跨膜蛋白的位置，構成疏水的二級結構，便于蛋白質跨膜、形成更高級的結構，同時疏水氨基酸的疏水基團還可促進蛋白質二級結構的折疊^［10］。

2.4AR蛋白的無序化特征分析

蛋白質固有無序化特征是反映蛋白質功能的一個重要指標。該研究利用NovoPro程序對AR蛋白進行了折疊無序化分析（圖4），發現M.albusAR氨基酸序列存在9個無序化區域，最長無序化區域由55個氨基酸組成，共有282個無序化氨基酸；人類AR氨基酸序列存在7個無序化區域，最長無序化區域由106個氨基酸組成，共有253個無序化氨基酸；鱖魚AR氨基酸序列存在6個無序化區域，最長的無序化區域由78個氨基酸組成，共有168個無序化氨基酸；金錢魚AR氨基酸序列存在8個無序化區域，最長的無序化區域由170個氨基酸組成，共有356個無序化氨基酸；石斑魚AR氨基酸序列存在11個無序化區域，最長的無序化區域由74個氨基酸組成，共有275個無序化氨基酸。上述結果顯示M.albusAR的無序化特征與其他4種生物的AR無序化特征差異較大，因此M.albusAR所執行的功能可能與其他4種生物AR所執行的功能有所不同，為進一步研究M.albusAR無序化區域結構和功能之間的關系提供了依據。

2.5AR蛋白的磷酸化位點分析

磷酸化多數情況下發生在絲氨酸（Ser）、酪氨酸（Tyr）、蘇氨酸（Thr）等氨基酸的殘基上。在NetPhos3.1上進行磷酸化位點預測（圖5），發現M.albusAR的絲氨酸（Ser）磷酸化位點有42個，酪氨酸（Tyr）磷酸化位點有7個，蘇氨酸（Thr）磷酸化位點有23個；人類AR的絲氨酸（Ser）磷酸化位點有45個，絡氨酸磷酸化位點有10個，蘇氨酸磷酸化位點有17個；鱖魚AR的絲氨酸（Ser）磷酸化位點有36個，絡氨酸（Tyr）磷酸化位點有4個，蘇氨酸（Thr）磷酸化位點有17個；金錢魚AR的絲氨酸（Ser）磷酸化位點有41個，絡氨酸（Tyr）磷酸化位點有8個，蘇氨酸（Thr）磷酸化位點有21個；石斑魚AR的絲氨酸（Ser）磷酸化位點有37個，絡氨酸（Tyr）磷酸化位點有10個，蘇氨酸（Thr）磷酸化位點有22個。以上結果表明，這5種生物的AR蛋白能夠被激酶磷酸化，進而實現AR蛋白的功能調控。

2.6AR蛋白的二級結構

利用SOPMA軟件進行5種生物AR蛋白質二級結構的預測（圖6），結果表明M.albusAR蛋白中的α-螺旋有244個氨基酸，占總量的32.71％；β-折疊有36個氨基酸，占4.82％；無規則卷曲有394個氨基酸，占52.82％；延伸鏈有72個氨基酸，占9.65％。人類AR蛋白中的α-螺旋有311個氨基酸，占總量的33.80％；β-折疊有68個氨基酸，占7.39％；無規則卷曲有445個氨基酸，占48.37％；延伸鏈有96個氨基酸，占10.44％。鱖魚AR蛋白中的α-螺旋有234個氨基酸，占總量的36.00％；β-折疊有30個氨基酸，占4.61％；無規則卷曲有306個氨基酸，占47.08％；延伸鏈有80個氨基酸，占12.31％。金錢魚AR蛋白中的α-螺旋有258個氨基酸，占總量的33.59％；β-折疊有33個氨基酸，占4.30％；無規則卷曲有401個氨基酸，占52.21％；延伸鏈有76個氨基酸，占9.90％。石斑魚AR蛋白中的α-螺旋有257個氨基酸，占總量的33.86％；β-折疊有29個氨基酸，占3.82％；無規則卷曲有387個氨基酸，占50.99％；延伸鏈有86個氨基酸，占11.33％。

5種生物AR蛋白中，α-螺旋、無規則卷曲和延伸鏈所占比重較大，都不含有310螺旋、π螺旋、β-橋、彎曲區、模糊狀態以及其他狀態，由此可見α-螺旋、無規則卷曲和延伸鏈是這5種生物AR蛋白的主要結構元件。

2.7AR氨基酸序列比對及系統發育樹分析

將5種生物的AR氨基酸序列用Mega5軟件進行比對分析（圖7），再采用N-J方法進行系統發育樹分析，可以發現這5種生物的親緣關系存在明顯差異，其中黃鱔M.albusAR與金錢魚、石斑魚的AR的進化關系更近。

3結論與討論

雄激素受體在許多物種中均有相關研究，其基因特征在不同物種中存在細微差異，但總體來說差異不大，比如在黃鱔、人類、鱖魚、金錢魚和石斑魚中均是帶有負電的、不穩定的親水酸性蛋白質，均沒有信號肽和跨膜區，二級結構均以α-螺旋、無規則卷曲為主。由于蛋白質的結構和功能有密切關系，AR在人類、鱖魚、金錢魚和石斑魚中均與性逆轉有關^［4-7］，故而推測其與黃鱔的性逆轉也有關。

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