FGF5基因及其产物的生物信息学分析

FGF基因及其产物的生物信息学分析作者：王晓灿辅导老师：焦传珍(韶关学院,生物科学系,广东 韶关512005)摘要：成纤维细胞内生长因子5(fibroblast growthfactor 5，FGF5)作为一种重要的毛发生长调节因子，已经得到广泛研究. 利用ProtParam、TargetP 11和PSORT 1I prediction 等生物信息学在线分析程序，结合SignalP 30和DNAMAN等生物信息学软件，分析、预测FGF5蛋白的理化性质、可溶性、信号肽序列、蛋白细胞定位区域、等。通用应用这些软件对FGF5的分析，增加对FGF5的认识，并加强生物信息学的学习。Abstract: fibroblast growth factor 5 hair growth regulation as an important factor that has been widely studied. Using ProtParam, PSORT and TargetP 1.1 line 1I prediction bioinformatic analysis program, combination of SignalP 3 and DNAMAN, bioinformatics software, analysis, forecast FGF5 physico-chemical properties of the protein, soluble, Cellular localization signal peptide sequences, protein regions, and so on. Analysis of General FGF5 using these software, increase awareness of FGF5, and to strengthen learning bioinformatics.关键词：FGF5，绵羊，蛋白质结构，生物信息学在鼠中，有7O多种基因突变影响被毛形态，许多突变对被毛的长度无影响，有些使被毛变短，到目前为止只有一种突变即angora鼠(最初命名为go基因突变)引起被毛变长1。这一突变现象引起了众多学者的兴趣，研究证明安哥拉鼠是由FGF5突变引起的。随着这些基因功能性研究的不断深入，这就需要进一步了解FGF5基因在机体细胞内对毛发的调控机制和蛋白质在不同条件下的表达水平，然而，目前关于FGF5蛋白结构和功能性的研究鲜有报道，因此对其蛋白结构的分析和功能性的研究显得越来越迫切。有研究发现FGF纯合子后代出生时健康、正常，但出生后21 d时突变纯合鼠被毛明显比杂合子FGF+和野生型长，在试验期的一年中这种表型一直保持。2高爱琴等3对不同绵羊和山羊品种的FGF5基因外显子1和3的多态性进行了研究，发现绵羊和山羊FGF5基因外显子1均存在2处单碱基变异， 而外显子3并没有发现多态。Housley等4对狗FGF5基因进行了序列分析，发现了两处突变，通过相关分析发现其中的一处错义突变与毛发长度有相关性。利用生物信息学分析基因和蛋白质的序列模式，不仅可以对基因的分子进化和相似性进行研究，也可以进一步研究基因编码蛋白的结构与功能之间的关系。本次将一用绵羊FGF5基因，借助生物信息学手段，对其编码蛋白进行了蛋白理化特性、氨基酸序列以及二级结构预测，以期为进一步研究FGF5基因的结构、表达与调控及生物学功能奠定基础。一，材料1.利用Vector NTI Suite 8中ORF finder确定绵羊FGF5的完整编码区(CDS)获得其正确氨基酸编码序列。二，方法1.采用ProtParam(http：auexpasyorgcgibinprotparam)程序，预测FGF5蛋白分子质量、等电点等理化性质；2.采用DNAMAN 软件，分析FGF5蛋白的亲(疏)水性，并预测其亲水性高的区域；3.利用SignalP 30系统预测FGF5蛋白的信号肽序列；4.过TargetP 11和PSORT 1I prediction在线软件进行绵羊FGF5蛋白的细胞定位分析；三，分析1. FGF5蛋白质的理化性质绵羊FGF5基因所编码的蛋白由270个氨基酸组成(如)，其氨基酸组成中亮氨酸的含量高达148%，远高于其它氨基酸的含量。其分子质量单位为29584 7 ku，等电点理论值为1O59，含有4个半胱氨酸，假设形成2个二硫键，则其在水溶液中摩尔消光系数为25565 M-1cm-1,01%浓度(1 gL)的Abs为0864，当二硫键全部打开时，对应值分别为25440 M-1cm-1和0860。成熟蛋白N端为蛋氨酸时，预测半衰期值哺乳动物网状细胞体外表达当中为3O h，酵母和大肠杆菌体内表达分别大于2O h和10 h。在溶液当中不稳定指数为5683，高于阈值4O，为不稳定蛋白。FGF5基因预测的氨基酸序列2. FGF5蛋白的可溶性和亲(疏)水性FGF5蛋白的平均亲水性系数为一055，为可溶性蛋白。采用DNAMAN 软件分析，FGF5蛋白具有多个亲水性高的区域(如图)。纵轴中正值表示疏水性，负值表示亲水性；箭头表示强亲水性氨基酸所在区域FGF5的亲水/疏水性3. FGF5蛋白的信号肽分析经SignalP 30预测FGF5蛋白的信号肽序列，结果见图5。由图可知，绵羊FGF5蛋白前2O个氨基酸组成一段信号肽，信号肽裂解点位于第20位氨基酸Ala与第21位氨基酸Gin之间。绵羊FGF5蛋白的信号肽分析4.绵羊FGF5蛋白的细胞定位分析利用TargetP 11和PSORTprediction分析绵羊FGF5蛋白的细胞定位，结果(如表)表明，绵羊FGF5蛋白主要集中在分泌途径上，线粒体中很少，说明该蛋白应属于分泌型蛋白。绵羊FGF5蛋白主要分布在细胞内部，包括内质网、高尔基体，只有少数分布在细胞外。表1 绵羊FGF5蛋白亚细胞定位分析结论生物信息学作为近年来发展迅速的一门生物学科，已经广泛应用在预测蛋白质结构和功能以及确定蛋白质生物学特性等研究领域。通过运用蛋白在线分析工具及软件等生物信息学手段根据绵羊FGF5基因序列预测蛋白质可能的结构5，进一步了解FGF5在生物体中的作用。研究发现绵羊FGF5基因CDS序列全长为813 bp，编码蛋白由270个氨基酸组成，前面2O位氨基酸序列是一段信号肽。分析发现绵羊FGF5基因编码蛋白存在2个可能的跨膜区，这就为配体的特异性结合提供了受体的分子基础，其具体生物学功能有待进一步研究。目前对FGF5蛋白的结构研究还比较少，本次在FGF5基因CDS片段的基础上，对绵羊FGF5蛋白进行了理化性质、信号态、跨膜结构、细胞亚结构、等进行了预测分析，这就为进一步阐明FGF5基因在细胞内的生物学调控机制提供了线索。1 Pennycuik P R，Raphael K AThe angora locus(go)in the mouse：hair morphology，duration of growth cyele and site of actionEJ-J Clin Invest，1999，104(7)：8558642 HebeJ M，Rosenquist T，Gotz JMartin GR FGF5 as aregulator of the hair growth cycle evidence from targeted an dspontaneous mutationsJCell，1994，(78)：101710253高爱琴，李宁，赵兴波，等山羊FGF5基因单核苷酸多态性群体遗传学分析J华北农学报，2006,2l(3)：71-764Housley DJE，Vent