李娜 王維民 張德印 張小雪

摘要：利用生物信息學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件，對(duì)綿羊ADRA1B基因進(jìn)行生物信息學(xué)分析，初步了解其結(jié)構(gòu)并進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，綿羊ADRA1B基因含有1個(gè)1548 bp 的開(kāi)放閱讀框，編碼515個(gè)氨基酸殘基。ADRA1B蛋白分子質(zhì)量為56 385.55 KDa，理論等電點(diǎn)PI為9.53。亞細(xì)胞主要定位于質(zhì)膜，不屬于分泌蛋白。不存在信號(hào)肽序列。存在七段跨膜結(jié)構(gòu)且有2段低復(fù)雜性區(qū)域，二級(jí)結(jié)構(gòu)以無(wú)規(guī)卷曲為主，三級(jí)結(jié)構(gòu)主要由無(wú)規(guī)卷曲纏繞折疊形成。參與心肌、血管、肌肉的收縮調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞：綿羊;ADRA1B基因;生物信息學(xué)分析

中圖分類號(hào)：S826 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：1001-1463（2019）09-0042-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2019.09.011

Abstract：The bioinformatics analysis of sheep ADRA1B gene was carried out by using bioinformatics database and software，and its structure was preliminarily understood and predicted. The results showed that sheep ADRA1B gene contained an open reading frame of 1 548 bp， encoding 515 amino acid residues. The molecular mass of ADRA1B protein was 56 385.55 KDa， and the theoretical isoelectric point PI was 9.53. The subcells were mainly located in plasma membrane and did not belong to secretory protein. There are no signal peptide sequences;There are seven segments of transmembrane structure and two segments of low complexity regions. The secondary structure is mainly random crimp， and the tertiary structure is mainly formed by random crimp， winding and folding. Involved in the regulation of contraction of myocardium， blood vessels and muscles.

Key words：Sheep;ADRA1B gene;Bioinformatics analysis

a-1腎上腺素能受體（alpha-1 B adrenergic receptor，ADRA1B）是G蛋白偶聯(lián)受體家族成員之一，在激活有絲分裂和調(diào)節(jié)部分細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖上有重要作用[1 ]。受體有主要調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖，刺激活化線粒體的作用[2 - 4 ]。其次還可以激活其他信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，如花生四烯酸釋放等[3 ]。ADRAIB基因首次克隆的實(shí)現(xiàn)是在倉(cāng)鼠的平滑肌細(xì)胞 上[5 ]。研究發(fā)現(xiàn)，倉(cāng)鼠ADRAIB基因由2個(gè)外顯子和1個(gè)內(nèi)含子組成，該內(nèi)含子在鼠體內(nèi)片段長(zhǎng)度至少為16 kb，人體內(nèi)為20 kb，在第六個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域中斷了編碼區(qū)[5 - 7 ]。ADRA1B基因除了激活線粒體調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)增殖外，還可以調(diào)節(jié)蛋雞卵巢內(nèi)卵泡的生長(zhǎng)和發(fā)育，選擇以及成熟[2 - 4 ]。ADRAIB基因位于雞的13號(hào)染色體上，廣泛分布于機(jī)體的各種器官、組織和細(xì)胞中，通過(guò)Western方法發(fā)現(xiàn)ADRA1B蛋白質(zhì)在腦、心臟分布較高[8 - 9 ]。RNAi及Northern等[10 ]研究表明，人和大鼠的不同組織中其mNRA的表達(dá)量水平差異顯著，其中在人的脾臟與腎臟中表達(dá)量最高，而在大鼠中卻是在心臟和肝臟中的組織表達(dá)量水平較高。在雞體內(nèi)的分布和哺乳動(dòng)物相似，廣泛分布在腦和腦外的組織，尤其是腎臟和肝臟[11 ]。目前，人、家鼠、牛、狗、豬、綿羊、雞兔子等動(dòng)物的ADRA1B基因序列均已公布，但其結(jié)構(gòu)和功能的研究還有待進(jìn)一步深入。我們以生物基因組數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取的綿羊ADRA1B的序列為基礎(chǔ)，利用生物信息學(xué)方法對(duì)不同物種ADRA1B基因系統(tǒng)發(fā)育和綿羊ADRA1B基因CDS區(qū)序列蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)、二級(jí)結(jié)構(gòu)及多參數(shù)預(yù)測(cè)、蛋白質(zhì)跨膜結(jié)構(gòu)、信號(hào)肽預(yù)測(cè)、亞細(xì)胞定位和三級(jí)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了分析，以期為深入研究ADRA1B基因及其編碼蛋白的基本結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能提供理論基礎(chǔ)。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 序列來(lái)源

數(shù)據(jù)資料來(lái)源于NCBI網(wǎng)站的GenBank數(shù)據(jù)庫(kù)，包括綿羊（XM_015096166.2）、牛（NM_001191139.1）、人（NM_000679.4）、家鼠（NM_001284380.1）、豬（XM_021076921.1）、狗（NM_001197035.2）、兔子（NM_001082062.1）和雞（XM_414483.5）等8個(gè)物種的mRNA 序列（括號(hào)內(nèi)為GenBank 登錄號(hào)）。

1.2 ? 方法

綿羊ADRA1B基因開(kāi)放閱讀框（Open reading frame，ORF）采用NCBI的ORF Finder程序分析，參照Kozak法則。ADRA1B基因編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)采用Bioedit及DNAStar分析軟件預(yù)測(cè);亞細(xì)胞定位采用PSORTⅡ預(yù)測(cè)[12 ]。蛋白潛在信號(hào)肽剪切位點(diǎn)預(yù)測(cè)采用Signalp3.0軟件?？缒ぢ菪齾^(qū)域的預(yù)測(cè)采用TMHMM程序。蛋白保守結(jié)構(gòu)域分析采用Smart軟件。采用ProtScale進(jìn)行蛋白親疏水性分析。二級(jí)結(jié)構(gòu)采用Jpred分析預(yù)測(cè)。采用Swiss-model軟件分析蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)多序列比對(duì)及同源性分析采用DNAMAN軟件分析。

2 ? 結(jié)果與分析

2.1 ? 綿羊ADRA1B基因開(kāi)放閱讀框分析

通過(guò)圖1開(kāi)放閱讀框分析結(jié)果看出，綿羊ADRA1B基因序列中有1條長(zhǎng)1 548 bp的ORF，起始密碼子位于298 bp處，終止密碼子位于1 845 bp處，推測(cè)編碼515個(gè)氨基酸殘基。

2.2 ? 綿羊ADRA1B編碼產(chǎn)物的理化性質(zhì)分析

蛋白質(zhì)的基本性質(zhì)包括其相對(duì)分子質(zhì)量、氨基酸組成和等電點(diǎn)等[13 ]。對(duì)綿羊ADRA1B基因編碼產(chǎn)物理化性質(zhì)的分析結(jié)果表明，綿羊的ADRA1B基因編碼515個(gè)氨基酸殘基，其分子式為C2554 H4024 N696 O702 S21，分子質(zhì)量為56 385.55 KDa，理論等電點(diǎn)PI為9.53。其氨基酸組成如圖2所示，其中含量最多的氨基酸是Leu（亮氨酸），所占比例為12%;含量最少的氨基酸是Met（蛋氨酸），所占比例1.2%。負(fù)電荷殘基總數(shù)（Asp +Glu）為37，正電荷殘基總數(shù)（Arg +Lys）為59?；蚓幋a產(chǎn)物半衰期和不穩(wěn)定指數(shù)分別為30 h和51.70，不穩(wěn)定指數(shù)為51.70 > 40.00，由此可確定該基因編碼產(chǎn)物屬于不穩(wěn)定蛋白。

2.3 ? 綿羊ADRA1B蛋白亞細(xì)胞定位

綿羊ADRA1B基因?qū)Φ鞍讈喖?xì)胞的定位結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯?，綿羊ADRA1B蛋白的亞細(xì)胞分布于質(zhì)膜的可能性為56.5%，分布于囊泡分泌系統(tǒng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的可能性為13.0%，分布于細(xì)胞核的可能性為8.7%，分布于高爾基體、線粒體的可能性為4.3%。由此推斷，綿羊ADRA1B基因主要在質(zhì)膜中發(fā)揮生物學(xué)作用，其次在囊泡分泌系統(tǒng)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中發(fā)揮作用。

2.4 ? 綿羊ADRA1B編碼產(chǎn)物的同源性比對(duì)及系統(tǒng)發(fā)育分析

DNAMAN對(duì)ADRA1B蛋白的多序列比對(duì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該基因在多個(gè)物種中都有表達(dá)，且綿羊、雞、家鼠、牛、人、豬、狗的同源性較高，表明ADRA1B基因在物種間的表達(dá)是相對(duì)比較保守的（圖3）。圖4所示的系統(tǒng)發(fā)育結(jié)果表明，綿羊、雞、家鼠、牛、人、豬、狗在系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中的距離很近，由此推測(cè)這幾個(gè)物種的親緣關(guān)系很近。

2.5 ? 綿羊ADRA1B蛋白潛在信號(hào)肽剪切位點(diǎn)預(yù)測(cè)

信號(hào)肽序列是存在于分泌蛋白基因編碼序列中、在起始密碼子之后的1段富含疏水氨基酸多肽的序列。通過(guò)檢測(cè)綿羊ADRA1B蛋白潛在信號(hào)肽的存在情況可以得知該基因編碼的產(chǎn)物是否是分泌蛋白和跨膜蛋白以及跨膜蛋白的基本信息。從圖5可以看出，綿羊ADRA1B基因編碼產(chǎn)物的C值、Y值和S值分別為0.058、0.074和0.718。因此推斷ADRA1B基因的編碼產(chǎn)物不存在信號(hào)肽，是非分泌性蛋白但發(fā)現(xiàn)跨膜區(qū)，該蛋白是跨膜蛋白。

2.6 ? 綿羊ADRA1B蛋白跨膜螺旋結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

用TMPRED和TMHMM 2.0軟件分析的結(jié)果顯示，該基因編碼的蛋白有7段跨膜結(jié)構(gòu)（圖6），其中0～47、105～118、185～203、318～331位氨基酸在細(xì)胞膜外，其余氨基酸在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)。

2.7 ? 綿羊ADRA1B蛋白保守結(jié)構(gòu)域分析

由Smart軟件分析得出，綿羊ADRA1B第56～363位氨基酸殘基存在跨膜區(qū)，第403～415位和第455～470位氨基酸殘基均為低復(fù)雜性區(qū)域（圖7、表2）。

2.8 ? 綿羊ADRA1B蛋白親疏水性分析

研究發(fā)現(xiàn)，該基因編碼蛋白疏水性最大值為6（374～375位），最小值為2.556（188位，259位），由此得出該基因編碼的蛋白屬于疏水蛋白（圖8）。

2.9 ? 綿羊ADRA1B蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)

通過(guò)Jpred軟件分析可知（圖9）綿羊ADRA1B蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)如下：α螺旋（alpha helix，Hh）：105，20.39%，β折疊（extended strand，Ee）：107，20.78%，無(wú)規(guī)卷曲（Random coil）（Cc）：303，58.83%?？芍d羊ADRA1B蛋白二級(jí)結(jié)以無(wú)規(guī)卷曲為主。

2.10 ? 綿羊ADRA1B蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與分析

由圖10可知，ADRA1B基因編碼蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)主要由無(wú)規(guī)卷曲折疊纏繞形成。

3 ? 小結(jié)與討論

綿羊ADRA1B基因的ORF長(zhǎng)度為1 548 bp，編碼515個(gè)氨基酸殘基;亮氨酸所占比例最多，為12%，分子質(zhì)量為56 385.55 KDa，理論等電點(diǎn)PI為9.53。ADRA1B編碼的產(chǎn)物為不穩(wěn)定性蛋白。ADRA1B蛋白的亞細(xì)胞定位在質(zhì)膜的可能性最大，為56.5%。ADRA1B在多種物種中氨基酸序列完全相同，綿羊、雞、家鼠、牛、人、豬、狗在系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)中距離最近。ADRA1B基因的編碼產(chǎn)物中不存在信號(hào)肽，為非分泌性蛋白但發(fā)現(xiàn)了跨膜區(qū)，故該蛋白是跨膜蛋白。該基因編碼的蛋白有7段跨膜結(jié)構(gòu)。ADRA1B編碼的蛋白為疏水蛋白，富含疏水氨基酸，多肽序列的長(zhǎng)度為70。綿羊ADRA1B基因編碼產(chǎn)物的二級(jí)結(jié)構(gòu)主要以無(wú)規(guī)則卷曲為主，三級(jí)結(jié)構(gòu)主要由無(wú)規(guī)卷曲折疊纏繞形成。

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（本文責(zé)編：陳 ? ?偉）