沙眼衣原体主要外膜蛋白生物信息学分析.doc

精品论文，值得推荐沙眼衣原体主要外膜蛋白生物信息学分析 作者：朱珊丽，尤孙武，娄崇洁，龚红君，张丽芳 【摘要】 目的：分析和预测E血清型沙眼衣原体(Ct)主要外膜蛋白(MOMP)的结构和功能。方法：采用计算机辅助生物软件和网络数据库，从SwissProt蛋白质数据库中检索MOMP氨基酸序列，用Expasy服务器分析预测MOMP蛋白理化性质、二级结构，同时用Pcons服务器分析模拟蛋白质空间结构。结果：分析显示，Ct MOMP蛋白为一跨膜16次的酸性蛋白质，其空间结构为-桶状膜蛋白，推测其功能为孔蛋白。结论：通过对MOMP生物信息学分析获得该蛋白的特性，为进一步研究Ct的感染与发病机制、研制Ct亚单位疫苗以及研究MOMP新的功能域等提供理论依据。 【关键词】 沙眼衣原体；主要外膜蛋白；生物信息学；结构预测 Abstract: Objective: To analyze and predict the structural characteristics of the major outer membrane protein (MOMP) of Chlamydia trachomatis (Ct) serovar E. Methods: From SwissProt database，amino acid sequences of MOMP were obtained. Physio-chemical properties，secondary structure and tertiary structure of MOMP were analyzed by the computational analysis and bioinformatics webs，Expasy and Pcons，respectively. Results: The results showed that Ct MOMP was an acidic protein which transmembrane 16 times， and the tertiary structure was -barrel membrane protein. It probably acted as a porin. Conclusion: The characteristics of Ct MOMP can be obtained by online structure predication software and computational analysis， which provides scientific proof for the research on its pathogenesis and new subunit vaccines. Key words: Chlamydia trachomatis；MOMP；bioinformatics；structure prediction 沙眼衣原体（Chlamydia trachomatis，Ct）具独特的发育周期，有原体（Elementary Body）和网状包涵体（Reticulate Body）两种形式。其独特的生命周期是原体感染细胞发育为网状包涵体，包涵体再分裂为原体释放，进而再次感染细胞的循环过程1。Ct是一种在人体内长期生存并又广泛传播的病原体2，是我国性传播疾病（sexually transmitted diseases，STDs）的主要病原之一，它在一定条件下能引起异位妊娠、早产、流产及尿道感染等多种疾病。研究发现，Ct感染尚与许多自身免疫疾病发病有关，如衣原体感染后可引起反应性关节炎、Reiter综合征等。目前，尚无Ct感染的特异性预防方法，由于其主要外膜蛋白(major outer membrane protein，MOMP)可在机体内诱导出较强的细胞免疫及产生中和抗体的体液免疫，已成为Ct疫苗的研究热点3-4，但Ct MOMP的蛋白特性及其主要功能至今尚不清楚。本研究以E血清型Ct MOMP氨基酸序列为基础，对MOMP蛋白进行了生物信息学分析，为进一步研究Ct的感染与发病机制以及Ct亚单位疫苗的研制等提供理论依据。 1 材料和方法 1.1 材料 国际互联网的生物信息学资源：SwissProt蛋白质数据库、Expasy服务器、PDB数据库、Pcons服务器、Spdbv及Rasmol软件。E血清型Ct MOMP在NCBI的登记号为DQ064286。 1.2 方法 E血清型Ct MOMP氨基酸序列检索自瑞士生物信息研究所提供的SwissProt蛋白质数据库，使用Expasy中的GOR和ProtParam模块分析后，将Ct MOMP氨基酸序列提交到Pcons服务器5，得到初步的三级结构分析结果。返回的结果优化后用Spdbv及Rasmol软件进行分析。 2 结果 2.1 Ct MOMP的理化性质 ProtParam 分析显示该蛋白质相对分子质量为42.4 kDa，理论等电点（pI）为5.07，具体氨基酸组成见图1，推测分子式为C1874H2916N498O583S21；不稳定系数(instability index，II)为25.82，表明此蛋白性质稳定；其疏水性平均值（Grand average of hydropathicity，GRAVY）为-0.088，表明其为亲水性蛋白。 2.2 Ct MOMP二级结构分析 应用Expasy服务器上的GOR预测MOMP的二级结构，提示其二级结构由29.77%-螺旋（Alpha helix，Hh）、18.22%-片层（Extended strand，Ee）、51.91%无规卷曲（Random coil，Cc)构成，见图1。二维结构显示MOMP蛋白有16个-片层组成的跨膜区，见图2。 2.3 Ct MOMP三级结构模拟 将其氨基酸序列导入Pcons服务器，返回的结果按照分值排序，选择Pcons和ProQ分值较高的返回数据，将其导入Spdbv及Rasmol软件中，分析推测其三级结构。结果显示Ct MOMP与脑膜炎奈瑟菌自转运蛋白结构域的结构非常相似，两者都是主要由折叠片层蛋白组成的桶状结构。Ct MOMP有2个螺旋，16个折叠，23个转角和190个氢键；而来自于PDB数据库（PDB ID:1UYN）的脑膜炎奈瑟菌自转运蛋白的结构域6，有1个螺旋，12个折叠，33个氢键，没有转角，见图3。 3 讨论 生物信息学（bioinformatics）是一门数学、统计学、计算机与生物医学交叉结合的新兴学科，它已广泛地渗透到医学的各个研究领域中，成为生物医学发展不可缺少的重要组成部分。 随着人类基因组计划的快速发展，生物信息学技术在人类疾病与功能基因的发现与识别、基因与蛋白质的表达、蛋白质结构与功能等研究方面都发挥着重要的作用。 目前许多生物信息学的分析软件和数据库可以通过Internet免费获取，已在很多实验室普及应用。 生物信息学分析可以对核酸、蛋白质等序列进行全面、综合地分析，且分析速度快、效率高，同时可以节约实验成本，降低人工劳动强度，避免实验的盲目性等。E血清型Ct是国内报道的性病高危人群生殖道标本中最常见的血清型，因此我们选择E血清型Ct MOMP作为本实验的目的蛋白，分析其结构和功能。 对MOMP一级结构分析表明，每个MOMP分子含有9个半胱氨酸(Cys)，二硫键使这些Cys广泛交联形成网状结构，用以维持外膜结构的坚韧性，从而增强抗机械作用能力，稳定渗透压。二级结构预测显示MOMP含有16个-片层组成的跨膜区，4个可变区均位于膜外。MOMP与其他一些革兰氏阴性菌如脑膜炎奈瑟菌、大肠杆菌外膜蛋白中的孔蛋白（porin）在氨基酸的组成上极为相似，具体表现在：细胞膜上含量丰富，MOMP占外膜总蛋白的60%以上，与脑膜炎奈瑟菌、大肠杆菌外膜蛋白在细胞膜上含量丰富相一致；分子量范围相近，MOMP为41 kDa，脑膜炎奈瑟菌自转运蛋白为32 kDa，大肠杆菌外膜蛋白为37k Da，皆处于3050k Da范围；疏水氨基酸含量相对较低，MOMP为36.6%，脑膜炎奈瑟菌自转运蛋白为44.2%，大肠杆菌外膜蛋白为40.4%。以上特点提示沙眼衣原体MOMP极有可能成为其自身的跨膜通道孔蛋白7-11。国外学者Wyllie等10通过膨胀试验（Swelling Assay）证实了MOMP具有控制外膜通透率的功能。衣原体是一种活细胞寄生的病原体，本身缺乏供代谢所需的能量，必须利用宿主细胞的三磷酸盐和中间代谢产物作为能量来源。为了达到这种目的，MOMP在RB繁殖期执行孔蛋白的功能，源源不断地向衣原体输送大量营养物质，如Na+、ATP等。由于EB外膜蛋白中存在着大量交联的二硫键，使得物质难以通过外膜；但当EB转换为RB后，二硫键发生改变，膜通透性增强，营养物质的输送增加，有利于Ct的繁殖，因此，MOMP执行孔蛋白功能的活性主要发挥在RB期。Sun等11通过liposome swelling实验证实了在衣原体外膜上存在许多直径约2 nm的小孔，其形成主要是由MOMP形成一种放射状的小通道。在这点上MOMP功能类似于脑膜炎奈瑟菌的自主转运蛋白和大肠杆菌的孔蛋白ompF。由于MOMP在外膜上含量达60%以上，因而这种小通道在营养物质内外交换方面仍起着非常重要的作用。 由于Ct培养具有一定的技术难度，且MOMP蛋白纯化困难，阻碍了MOMP天然空间结构和功能的研究，未能在PDB数据库中检索到有关Ct MOMP的结构与功能等生物信息。我们利用Pcons服务器，经Spdbv分析后，预测分析MOMP蛋白的三维结构模式图为-桶状膜蛋白，蛋白理论pI值为5.07，不稳定系数为25.82。本研究结果为进一步研究MOMP结构和功能、致病机制及其亚单位疫苗研制等提供了理论基础。 【参考文献】 1 Moulder JW. 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