紅斑丹毒絲菌蛋白間相互作用網絡的構建與分析

關鍵詞：紅斑丹毒絲菌（Erysipelothrixrhusiopathiae）；蛋白間相互作用；互作網絡

中圖分類號： R378.99⁺5;Q51 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2025）07-0137-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2025.07.024 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：口

The construction and analysis of the protein-protein interaction network of Erysipelothrixrhusiopathiae

WUXue-jun1，DONG Qi2，ZHOU Cai-qin1，ZHANGXiao-wei1，LIUWei3 （1.ZhejangCeefoaleasetrodretioHangou，ina;uaagCitanfegCotyalsd VeterinaryDevelontCnteruagag48OHubei，hia;3KeyboratorofrevetodtrolAgentsnalcteriois （MinityofAltueanduralfis）/ubeiProvalKeyboratoyfalatogccobIstitutefAialHusbadryd Veterinary，HubeiAcademy ofAgricultural Sciences，Wuhan 43OO64，China）

Abstract：Analysisofteinteractionbetweenpathogenicproteinsasanimportantwaytounderstandtheirlifeactivites，eveathe signaltransductionmechanism，andpredictpotentialdrugtargets.Theaimofthisstudywastoconstructacomprehensiveinteraction networkbetweentheencodedproteinsofErysipelothrixrhusiopathiaebyusingtheDIPproteininteractiondatabaseandthehoolgous proteinmappingmethod.Theconstructedinteractionnetworkcontains113pairsofnon-redundantinteractions involving30pro teins.Ouranalsisunraveled40proteinswithhighestinteractionsinthenetwork，andmostofthemwererelatedtotranslationtranscription，molecularchaperone，andother functions.Furtheranalysis showed that chaperone proteins DnaK，DnaJ，GroELand DEAD/DAHhelicases hadhighinteractionfrequenciesandcouldinteract withmultiplefunctionalproteinssuchasribosomalproteins，metabolicallrelatedproteins，chaperoneproteins，andcelldivisionproteins.Theresultssugestedthatif thefunctinsof DnaK，DnaJ，GroEL，EAD/DEAHelicasesereibited，tenoalifectivitsofErysipelothixrusiopathaeouldbeeat ly affected.

KeyWords：Erysipelothrixrhusiopathiae；protein interaction；interaction network

豬丹毒是由紅斑丹毒絲菌（Erysipelothrixrhusio-pathiae）引起的一種重要的人畜共患傳染病。紅斑丹毒絲菌是一種革蘭氏陽性小桿菌，屬于丹毒絲菌屬（Erysipelothrix），可感染動物和人類，從哺乳動物、爬行動物、兩棲動物、鳥類和魚類等動物體內均分離得到[1。豬丹毒廣泛分布于世界各地，20世紀60年代曾在中國豬場中肆虐，帶來了嚴重的經濟損失，后因疫苗和抗生素廣泛使用而在中國銷聲匿跡[2.3]近年來，豬丹毒在部分規模化豬場出現了散發性感染，給畜牧業和人類健康帶來了較大威脅[4]

紅斑丹毒絲菌主要的血清型有1-26型和N型，其中N型為不能定型的血清型[5]。1a、1b、2型是國內外主要流行的血清型，1a型菌株感染常導致急性敗血癥[6。2型紅斑丹毒絲菌的分離率較高，但毒力普遍低于1a型。臨床上，豬丹毒主要呈現為急性、亞急性和慢性3種[7]。疫苗和抗生素是預防和治療紅斑丹毒絲菌感染的有效措施，但是隨著抗生素在細菌性疫病防控中的大量使用，耐藥現象越來越明顯[8。一方面，研究發現中國分離的紅斑丹毒絲菌菌株對氨芐青霉素、紅霉素和頭孢噻肟敏感，對卡那霉素、頭孢唑啉、磺胺嘧啶和阿米卡星產生了耐藥性[9，10]。另一方面，頻繁使用抗生素治療豬丹毒并非理想的方法，也不符合當前“減抗限抗\"的政策。因此，本研究通過HPM方法構建了紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網絡，將有助于理解生物體尤其是病原微生物的各項生命活動進程，為豬丹毒的防控及新型藥物的研發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 基因組序列與數據庫

紅斑丹毒絲菌NCTC8163菌株的全基因組序列下載自NCBI數據庫，NCTC8163菌株編碼蛋白的氨基酸序列通過Artemis導出。同源蛋白映射分析時涉及的氨基酸序列來源于DatabaseofInteractionProtein（DIP）蛋白相互作用數據庫（表1）。

1.2 方法

1.2.1同源蛋白映射經酵母雙雜交、免疫共沉淀、GST-pulldown等試驗證實的蛋白與蛋白間相互作用關系保存在DIP數據庫中。同源蛋白映射（HPM）是以數據庫為基礎，運用合適的算法和軟件，將待測蛋白與已知蛋白同源映射，利用已知蛋白間互作關系，進行未知蛋白間相互作用網絡的大規模預測[]。圖1展示了同源蛋白映射的原理，利用數據庫中已知的蛋白C和蛋白D之間的互作關系，來預測未知的蛋白A和蛋白B之間的可能的互作關系。1.2.2蛋白互作網絡的構建紅斑丹毒絲菌編碼蛋白的氨基酸序列和Blast軟件包從NCBI的FTP服務器下載獲取[12]。已證實互作蛋白的氨基酸序列庫和互作關系數據庫從DIP網站上下載獲得（氨基酸序列庫：fasta20171201；互作關系庫： dip20170205） 。利用Formatdb將紅斑丹毒絲菌編碼蛋白的氨基酸序列建庫，通過Blastp（ E- value 1e^-30 ）確定紅斑丹毒絲菌編碼蛋白的氨基酸序列與DIP數據庫中的氨基酸序列的同源性。Blastp得到的初步比對結果通過script程序映射成互作關系。最后，集成蛋白氨基酸序列長度覆蓋率大于 60% ，同源性大于 30% 且顯著性E-value 小于 1e^-30 的所有互作關系，并利用Cyto-scape[13]等軟件構筑蛋白間相互作用網絡圖，并以可視化方式呈現。

圖1蛋白同源映射方法的原理

2 結果與分析

2.1 紅斑丹毒絲菌蛋白間相互作用網絡

通過同源蛋白映射HPM方法構建了紅斑丹毒絲菌蛋白間相互作用網絡。如圖2所示，預測的蛋白互作網絡中包含330個蛋白和2113對相互作用關系，蛋白用菱形的紅色節點表示，相互作用關系用灰色的直線表示。

2.2 蛋白相互作用度分析

蛋白相互作用度指蛋白互作網絡中某單一蛋白與其他蛋白發生相互作用的次數。蛋白相互作用度越高，其參與病原菌的生命活動越活躍，在病原菌的生存和多種生命活動中起著十分關鍵的作用。表2列出了紅斑丹毒絲菌互作網絡中互作度最高的42個蛋白，大多數蛋白與核糖體結構、轉錄翻譯、分子伴侶等功能相關。

表1本研究中涉及的軟件與數據庫

圖2紅斑丹毒絲菌編碼蛋白間相互作用網絡

表2相互作用網絡中互作度最高的42個蛋白

EL194_RS00675、EL194_RS04925、EL194_RS08050和EL194_RS08145均編碼DEAD/DEAHbox解旋酶，這幾個蛋白的互作頻率較高，且都能與分子伴侶蛋白（如EL194_RS02615、EL194_RS06315、EL194_RS06320等）延長因子（如EL194_RS03105等）、核糖體結構相關蛋白（如EL194_RS03090等）發生相互作用（圖3）。若DEAD/DEAHbox解旋酶的功能受到抑制，將影響紅斑丹毒絲菌的生命活動甚至生存。結果提示EL194_RS00675、EL194_RS04925、EL194_RS08050和EL194_RS08145可以作為新型藥物的潛在靶標。

2.3 蛋白互作網絡中不同功能蛋白的分布

GO分析（Gene Ontologyanalysis）是一種常用的生物信息學分析方法，利用GeneOntology（GO）數據庫中的標準術語對基因或者蛋白質進行注釋，從而預測這些基因或者蛋白質的功能和作用。

圖3紅斑丹毒絲菌DEAD/DEAHbox解旋酶的互作子網絡

通過GO功能分析，對紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網絡中互作度較高的前42個蛋白進行功能分布分析，并對不同GO功能類別的蛋白個數進行富集分析，從而確定互作度高的蛋白集中的功能類別和生物學過程，結果如圖4所示。互作頻率較高的功能蛋白主要與核糖體結構、ATP結合、蛋白結合、DNA結合、核酸結合、細胞分裂和氧化還原酶活性等功能相關。核糖體是存在于原核和真核細胞中的一種復雜細胞器，由RNA和蛋白質構成，其主要功能是按照mRNA的指令將氨基酸合成蛋白質多肽鏈。所有活細胞均依賴核糖體合成蛋白質，一旦核糖體蛋白結構受損，細胞正常的生命活動將受到嚴重影響。在紅斑丹毒絲菌蛋白互作網絡中，核糖體功能相關的蛋白數量最多，體現核糖體功能蛋白的重要性。DnaK、DnaJ和GroEL均屬于熱休克蛋白家族，參與多種細胞進程。EL194_RS06045編碼I型DNA拓撲異構酶，EL194_RS07900編碼DNA拓撲異構酶IV亞基A。拓撲異構酶與DNA拓撲結構變化的生命活動密切相關，如DNA的復制、轉錄和重組等，是生物體內重要的酶類。

圖4紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網絡中不同功能蛋白的分布

3 小結與討論

蛋白-蛋白相互作用網絡展示了不同蛋白質之間的互作關系以及這些相互作用的可能機制。近年來，病原微生物的耐藥性給病原菌的防控帶來了新的挑戰，挖掘新的有效的候選藥物靶標顯得尤為重要。互作蛋白組學研究是揭示致病相關信號通路和挖掘潛在藥物靶標的重要工具[。隨著蛋白質相互作用數據的不斷增加，許多細菌、真菌、支原體中蛋白互作網絡的拓撲結構已逐漸清晰，然而紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網絡還未見報道。

蛋白相互作用網絡的構建是挖掘新藥物靶標的重要工具。本研究通過HPM方法構建了紅斑丹毒絲菌的蛋白相互作用網絡，涉及330個蛋白和2113對相互作用關系。為保證網絡構建的準確性，設定了序列覆蓋率和同源比對的E-value值14來綜合評價蛋白間的相互作用關系。研究表明，蛋白相互作用網絡中互作度高的蛋白相較于互作度低的蛋白更有可能成為藥物靶標。事實上，互作度越高提示該蛋白在病原菌的生命活動中越重要。藥物往往是通過靶向某一特定蛋白或某一類蛋白，來抑制或阻斷與代謝、信號通路或物質合成等相關的進程，從而實現抑制微生物增殖的作用。當然，蛋白的互作度低并非表示其功能是無關緊要的，可能這些蛋白在機體中起著其他獨特的作用，還有可能受到了預測方法和數據庫的限制。

DEAD/DEAHbox（DDX）家族蛋白是一類三磷酸腺苷依賴的RNA解旋酶，與宿主細胞的RNA剪接、轉錄調控、蛋白翻譯等多種生命活動密切相關。DEAD-box解旋酶家族成員具有識別RNA的能力，廣泛參與病原微生物感染宿主細胞后天然免疫應答的調控[15]。天然免疫是抵抗病原微生物感染的重要防線，與病原微生物的早期識別和炎癥誘導息息相關[1。因此，解析DEAD-box解旋酶蛋白家族在病原微生物感染宿主過程中的作用機制具有重要的意義。本研究通過HPM的方法構建了紅斑丹毒絲菌DEAD/DEAHbox解旋酶的互作子網絡（圖3），EL194_RS00675、EL194_RS04925、EL194_RS08050和EL194_RS08145都 編碼DEAD/DEAHbox解旋酶，這4個蛋白位于互作子網絡的外圍，能與分子伴侶蛋白（如EL194_RS02615、EL194_RS06315、EL194_RS06320等）、延長因子（如EL194_RS03105等）、核糖體結構相關蛋白（如EL194_RS03090等）等發生相互作用，并且4個DEAD/DEAHbox解旋酶之間也能相互作用。推測這4個DEAD/DEAHbox解旋酶在紅斑丹毒絲菌生命活動中可能承擔類似的功能。另一方面，EL194_RS00675、EL194_RS04925、EL194_RS08050和EL194_RS08145的互作度較高，能與多種蛋白相互作用，若其功能受到抑制，將影響紅斑丹毒絲菌的生命活動甚至生存，提示這些蛋白可能是新的藥物潛在靶標。綜上所述，本研究通過HPM方法構建了紅斑丹毒絲菌蛋白相互作用網絡，蛋白互作網絡的構建將有助于理解生物體尤其是病原微生物的各項生命活動進程，并為新型藥物靶標的挖掘提供理論依據。

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（責任編輯屠晶）