褐家鼠RnBMP4蛋白的生物信息學(xué)分析

董世鵬，樸忠萬(wàn)，金志民，張雋晟

（牡丹江師范學(xué)院，黑龍江牡丹江 157012）

褐家鼠分布范圍廣、繁殖能力強(qiáng)、破壞力大、疫病傳染率高，已成為危害性最大的鼠種之一[1]。骨形態(tài)發(fā)生蛋白（Bone Morphogenetic Proteins，BMPs）是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子TGF-β超家族中最大的亞族，由Urist等研究人員首次于1965年從脫鈣骨基質(zhì)中分離得到[2]。研究表明，BMPs在大部分脊椎動(dòng)物組織中均有不同程度的表達(dá)，其主要誘導(dǎo)胚胎發(fā)育過(guò)程中成骨及軟骨的形成和修復(fù)，在神經(jīng)組織、眼組織、泌尿、臟器等器官中起到定性、重塑的作用[3-5]。BMP4是BMPs家族中的一員，具有BMPs保守結(jié)構(gòu)，研究人員發(fā)現(xiàn)BMP4參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的分化及凋亡，并在形成配子方面起著重要作用[6-7]，在小鼠中發(fā)現(xiàn)的BMP4可以促進(jìn)其卵泡的形成及轉(zhuǎn)化[8]。本試驗(yàn)以褐家鼠尾上表皮轉(zhuǎn)錄組為參考，篩選到RnBMP4基因的cDNA序列，利用生物信息學(xué)方法對(duì)RnBMP4蛋白的理化性質(zhì)、跨膜結(jié)構(gòu)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu)、蛋白質(zhì)修飾位點(diǎn)及同源性等方面進(jìn)行分析，為研究鼠類RnBMP4功能提供參考。

1 材料與方法

1.1 基因序列的獲取

褐家鼠RnBMP4的cDNA序列從褐家鼠尾部皮膚轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中獲得。以下16種動(dòng)物RnBMP4氨基酸序列在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得：屋頂鼠（Rattus rattus，XP_032773996.1）、小家鼠（Mus musculus，AAC37698.1）、錫金小鼠（Mus pahari，XP_021059014.1）、卡氏小鼠（Mus caroli，XP_021037499.1）、非洲樹(shù)線鼠（Grammomys surdaster，XP_028614463.1）、白鼻乳鼠（Mastomys coucha，XP_031218030.1）、尼羅壟鼠（Arvicanthis niloticus，XP_034355193.1）、草原田鼠（Microtus ochrogaster，XP_026639058.1）、南蝗鼠（Onychomys torridus，XP_036055299.1）、亞洲水牛（Bubalus bubalis，NP_001277806.1）、白尾鹿（Odocoileus virginianus texanus，XP_020743815.1）、野牦牛（Bos mutus，XP_014335672.1）、以色列鼴鼠（Nannospalax galili，XP_008837774.1）、綿羊（Ovis aries，NP_001103747.1）、中國(guó)地鼠（Cricetulus griseus，XP_035309221.1）、蒼白矛吻蝠（Phyllostomus discolor，XP_028361956.1）。

1.2 分析方法

褐家鼠RnBMP4蛋白的生物信息學(xué)分析內(nèi)容和使用的軟件及網(wǎng)站如表1所示。

表1 RnBMP4蛋白的生物信息學(xué)分析方法

2 結(jié)果與分析

2.1 RnBMP4理化性質(zhì)分析

利用ProtParam軟件對(duì)褐家鼠RnBMP4氨基酸序列進(jìn)行理化分析，結(jié)果如圖1所示。RnBMP4基因cDNA共編碼408個(gè)氨基酸，分子量46 529.72 D，理論等電點(diǎn)為8.57，該蛋白中含量最多的為亮氨酸，占比9.3%；含量最少的為色氨酸，占比為1.5%（圖1a）。分子式為C2046H3203N615O598S17，負(fù)電荷殘基總數(shù)為45，正電荷殘基總數(shù)為49，總原子數(shù)6 479，不穩(wěn)定指數(shù)為61.40，屬于不穩(wěn)定蛋白質(zhì)，脂肪系數(shù)為76.67。ProtScale軟件分析，最大值為2.978，最小值為-3.556（圖1b），故該蛋白為親水蛋白。

圖1 RnBMP4氨基酸組成和親水性/疏水性分析

2.2 RnBMP4信號(hào)肽和跨膜結(jié)構(gòu)

RnBMP4蛋白信號(hào)肽和跨膜結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2所示。使用SignalP-4.1預(yù)測(cè)RnBMP4蛋白含有信號(hào)肽，位點(diǎn)在第23個(gè)氨基酸處（圖2a），但是該蛋白不存在跨膜結(jié)構(gòu)（圖2b）。

圖2 RnBMP4蛋白信號(hào)肽和跨膜結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)

2.3 RnBMP4結(jié)構(gòu)域預(yù)測(cè)

蛋白保守序列分析如圖3所示，RnBMP4含有TGFb前肽超家族（ID：cd19391），其第41～276氨基酸之間為TGFb-propeptide的保守結(jié)構(gòu)域；同時(shí)，還是BMP4超家族（ID：pfam00688），在302～408氨基酸之間，含有BMP4保守結(jié)構(gòu)域。

圖3 蛋白保守序列分析

2.4 RnBMP4二級(jí)、三級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

利用SOPMA對(duì)RnBMP4的二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖4a所示。該蛋白22.30%可能會(huì)形成螺旋（Helix），18.63%可能形成延伸鏈（Strand），1.96%可能形成轉(zhuǎn)角（Turn），57.11%為無(wú)規(guī)卷曲（Random coil），無(wú)二硫鍵的形成，沒(méi)有特殊的二級(jí)結(jié)構(gòu)。用SWISS-MODEL對(duì)RnBMP4蛋白進(jìn)行三級(jí)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，結(jié)果如圖4b所示：在第41～408氨基酸之間含有功能保守結(jié)構(gòu)域。

圖4 RnBMP4蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)

2.5 蛋白質(zhì)修飾位點(diǎn)的預(yù)測(cè)

通過(guò)Predict Protein預(yù)測(cè)分析：RnBMP4含有4個(gè)糖基化位點(diǎn)、5個(gè)酪蛋白磷酸激酶Ⅱ磷酸化位點(diǎn)、1個(gè)cAMP和cGMP依賴性蛋白激酶磷酸化位點(diǎn)、5個(gè)蛋白激酶C磷酸化位點(diǎn)。

2.6 氨基酸序列同源性對(duì)比

在NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中分別下載16種動(dòng)物的BMP4序列，與褐家鼠RnBMP4氨基酸序列進(jìn)行同源性分析，結(jié)果如圖5所示：褐家鼠RnBMP4與屋頂鼠（Rattus rattus）及錫金小鼠（Mus pahari）親緣關(guān)系較近，而與其他動(dòng)物親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。

圖5 RnBMP4系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)分析結(jié)果

3 結(jié)論

骨形態(tài)發(fā)生蛋白（Bone Morphogenetic Proteins，BMPs）作為動(dòng)物組織中重要的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子，其廣泛存在于動(dòng)物體中，在早期胚胎發(fā)育至成年期均有不同程度的表達(dá)[9]。本研究從褐家鼠尾部皮膚轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中獲得并篩選出其序列信息，結(jié)果表明：RnBMP4蛋白共編碼408個(gè)氨基酸，該蛋白中含量最多的為亮氨酸，屬于不穩(wěn)定親水蛋白；含有信號(hào)肽但無(wú)跨膜結(jié)構(gòu)，分別含有TGFb前肽超家族（ID：cd19391）及BMP4超家族（ID：pfam00688）的保守結(jié)構(gòu)域；二級(jí)結(jié)構(gòu)以無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)為主；經(jīng)MAGA5.1分析，褐家鼠RnBMP4與屋頂鼠及錫金小鼠親緣關(guān)系較近，以上結(jié)果為進(jìn)一步研究褐家鼠RnBMP4基因功能提供了一定的理論基礎(chǔ)。