FOS蛋白的研究进展及生物信息学分析.doc

FOS蛋白的研究进展及生物信息学分析 冬萍，马小军，莫长明，覃喜军，黄杰 （中国医学科学院北京协和医学院药用植物研究所，北京；中国医学科学院药用植物研究所云南分所， 云南景洪；广西药用植物园，南宁；广西中医药大学，南宁） 摘要：蛋白作为一类核蛋白转录因子，在调控细胞生长、分裂、增殖、分化乃至程序性死亡等方面具有重要的作用，它的表达影响了许多生命活动和过程，引起了人们的广泛关注，并在学习记忆及射精的标记方面吸引了学者的眼球。对蛋白的作用进行了综述，并对人、大鼠及小鼠蛋白进行了生物信息学分析，旨在为蛋白在生理学方面的研究提供参考依据。 关键词：蛋白；转录因子；生物信息学 ：；：A：0439114（15）071537-06 DOI:10.14088/j.ki.issn0439-8114.xx.07.001 是基因转录产生的成熟编码的一个核磷蛋白。基因是人或动物细胞中固有的正常基因，属于即刻早期应答基因（，），作为一类核蛋白转录因子，在调控细胞生长、分裂、增殖、分化乃至程序性死亡等方面具有重要作用。蛋白和基因受到广泛的关注，研究不断深入。本文就蛋白的作用及其在性行为方面的研究进行了论述，对人、大鼠及小鼠的蛋白进行了生物信息学分析。 蛋白 基因高度保守，属多基因家族，与其同族的还有，和。可在多种因素诱导下迅速地表达，其转录激活在内即可产生，一般维持，的蓄积在刺激后可达高峰，半衰期为。蛋白合成后即刻转入细胞核内，一般在刺激后即可检出，达峰值，可持续，半衰期为。 蛋白的作用 在原癌基因的研究中对产物的研究提示蛋白可能是神经元被刺激激活的一种标志。现代学者认为，蛋白参与细胞的正常分化、生长以及学习、记忆等过程，在脑内与皮层、海马、边缘系统、背海马、纹状体内蛋白的表达密切相关。在病理状态下与许多疾病的发生、发展有关，如宫颈癌、癫痫。目前蛋白表达还用于偏头痛治疗药物筛选、药效评价和发病机理研究模型的建立、鉴别生前电击与死后电击、作为临床提示脑部受伤时间的参考指标。 蛋白参与神经肽的调节，与神经元的可塑性有关，如细胞水平记忆的形成、神经元损伤后的再生等。当受到如脑缺血、脑出血、血管性痴呆、痫性发作、热应激、恐惧和愤怒应激等刺激后，其在数分钟内做出反应，导致中枢神经系统不同区域出现不同数量的蛋白表达，如室旁核，、下丘脑视上核、下丘脑、杏仁核等，在对外界刺激-转录耦联的信息传递过程中起着核内第三信使的重要作用，且各种急性应激所致小鼠空间学习记忆功能的改变与蛋白表达的上调有关，其表达在应激后明显增加。等研究发现，蛋白的持续表达是细胞终末分化的标志及发生死亡的先兆，同时还能抑制使细胞维持生存的一些基因的表达，维持着随后的细胞死亡过程并持续很长时间。 蛋白与性行为 多年的研究发现大脑接收射精相关的信号，蛋白的表达可作为与性行为的各个方面尤其是射精相关的神经活动的标志物，并且蛋白随着性行为的增加而表达增高，其表达可能与感觉输入或行为输出有关，或者两者都有，人们普遍认为射精诱导蛋白表达与感觉信息的处理比触发射精更相关。 现在蛋白已被用于雄性和雌性啮齿动物大脑性行为的图谱功能网络的绘制，并且使用蛋白作为标志物具有病变而不会影响细胞分辨率的优势。由于分辨率大，交配时蛋白的增加发生在内侧视前区、杏仁核、条纹终末核、中央被盖区、束旁丘脑核26、附属嗅球、伏隔核、腹外侧隔、条纹床核、内侧视前区、下丘脑室旁核、腹内侧核、杏仁核、杏仁海马区、腹侧被盖区等。这些脑区域都是性行为调节下的神经网络的部分0。总之插入和交配诱导了蛋白在雄鼠大脑区域中的表达。研究中还发现许多性刺激后蛋白表达的区域是控制雌性性行为和繁殖功能不同方面的区域。在大鼠中，当具有性经验的雄性接触雌性但还没有开始骑跨时在内侧视前区尾部内有蛋白的感应现象，在密闭的容器中为雄性提供动情或者不动情雌性弄脏的垫料时该区也有感应1。相比之下，在大鼠、雄性仓鼠，2、雄性沙鼠和雪貂中，随着交配中的插入和射精可能减少了蛋白阳性催产素神经元在前侧和内侧分泌性细胞分区中的数量3。研究还发现蛋白离散集群只在特定的分区位置出现并且是在射精后而不是插入后就出现，。在大鼠中，这些蛋白集群的神经元通常出现在杏仁核外侧区、条纹终末核喙部、束旁丘脑核内侧。表明射精后激活了特定的脑部亚分区，射精能诱导蛋白在大脑特定区域有选择性的表达。 蛋白的生物信息学分析 人类蛋白 人类蛋白（：）的编码基因定位于染色体的，该基因有个外显子和个内含子，FOS蛋白为个氨基酸的不稳定核内磷酸化蛋白4。蛋白存在一个由个完全相同的氨基酸顺序组成的区域，这个区域包括一个能与结合的基本区和亮氨酸拉链结构。通过进行一级结构分析可知蛋白的分子式为，相对分子质量为，理论等电点，带正电残基（）为个，带负电残基（）为个。该蛋白的不稳定系数为，说明其不稳定。脂肪系数为，亲水性系数为，消光系数为，哺乳动物的网织红细胞体外的半衰期为。结构域预测发现其基本区域为亮氨酸拉链的蛋白，属于超家族。 利用对蛋白序列进行二级结构预测，结果表明，蛋白二级结构中螺旋（）占，折叠（）占，延伸链（）占，无规则卷曲（）占（图）。 用对其进行了三级结构预测和可视化分析（图）。该三级结构模型中用于建立模型的氨基酸残基范围为位，该模型以（）蛋白为模板，序列同源性为，-为 大鼠蛋白 大鼠蛋白（：），蛋白的分子式为 ，肽链包含，相对分子质量为，理论等电点，带正电残基（）为个，带负电残基（）为个。该蛋白的不稳定系数为，说明其不稳定。脂肪系数为，亲水性系数为，消光系数为，哺乳动物的网织红细胞体外的半衰期为。结构域预测发现其基本区域为亮氨酸拉链的蛋白，属于超家族。 二级结构预测结果表明，蛋白二级结构中螺旋（）占，折叠（）占，延伸链（）占，无规则卷曲（）占（图）。 用对蛋白进行了三级结构预测（图）。该三级结构模型中用于建立模型的氨基酸残基范围为位，该模型以（）蛋白为模板，序列同源性为，为 小鼠蛋白 该蛋白为，相对分子质量为，保守结构域基本区域为亮氨酸拉链的蛋白，属于超家族。有条链。第一条链为个残基的多肽，二级结构为的螺旋。第二条链为个残基的多肽，二级结构为的螺旋，其余两条链均为个残基。从上下载其三级结构（图）。 蛋白的序列比对与系统进化树的建立 对大鼠蛋白进行比对，选择同源性较高或研究较多的动物蛋白序列进行分析。结果表明，与小鼠和金仓鼠（）同源性最高，为，其次为猩猩（）、野骆驼（）各为、人（）为、黑猩猩（）为。 从的数据库中挑选个物种的蛋白序列用绘制进化树，结果显示大鼠与小鼠直接聚为一类，亲缘关系最近，这与序列的分析结果一致。因此通过以上对大鼠、人及小鼠的蛋白进行对比可以看出，三者的同源性较高，结构和性质相似（图）。 讨论 目前，关于蛋白对细胞生命活动的研究取得了重要进展，尤其在各种应激反应对蛋白表达的影响及蛋白表达与一些疾病的相关方面，如冀群升等研究发现蛋白与神经元的可塑性有关，它可以通过参与神经肽的调节影响细胞水平记忆的形成，方向义等在研究中也发现受到各种应激后在数分钟内中枢神经系统不同区域出现不同数量的蛋白表达，且各种急性应激所致小鼠空间学习记忆功能的改变与蛋白表达的上调有关。而在研究性行为中也发现交配时一些与学习记忆相关的区域中蛋白也随之增加，如室旁核，、下丘脑视上核、下丘脑、杏仁核等，这提示蛋白可能与性行为中的学习记忆有关。然而蛋白在这些尤其在性行为这一神秘的过程中是如何发挥作用的，这些作用又与哪些基因和蛋白有关等问题还有待深入研究。 由于从人类脑部取样困难，试验往往选用大鼠脑部作为试验材料，不仅因为大鼠基因组与人类基因组相似度达，且大鼠脑量较大，取材方便，生物信息学分析发现大鼠、人及小鼠的蛋白的同源性较高，结构和性质相似。尤其是大鼠和人类的蛋白、相对分子质量、等电点等均相差较小，立体结构高度相似，因此研究大鼠蛋白对研究人类蛋白的各种性质和功能有极大的参考意义，本次生物信息学分析也可为大鼠大脑作为人类蛋白研究的替代材料提供证据。 参考文献： 冀群升，章静波原癌基因的进展国外医学（分子生物学分册），（）： 王晓明，韩济生原癌基因与核内第三信使神经科学纲要北京：北京医科大学，中国协和医科大学联合出版社， 张玉秋，梅俊学习记忆对脑内基因表达的影响生命科学，（）： 张玉秋，梅俊学习和记忆对大鼠背海马结构内表达的影响中国神经科学杂志，（）： ，：，（）： 舒丹，吴江，上官守琴，等催产素抑制外周刺激诱发的大鼠海马及蛋白表达基础医学与临床，（）： 于芳，张安民，王根深，等间歇性负重游泳训练对大鼠杏仁基底外侧核（）蛋白表达的影响北京体育大学学报，（）： 熊晶，刘凤英，陶光实，等和在宫颈癌、及宫颈炎中的表达及意义现代生物医学进展，（）： 陈功，江澄川、与癫痫中华神经医学杂志，（）： 彭成，任永欣，姚干，等实验性偏头痛动物模型、基因表达中国实验动物学报，（）： 王晔，廖志钢，王世春，等大鼠电流损伤多器官表达研究法医学杂志，（）： 张辉，李卫东，薄爱华，等蛋白在脑挫伤皮质和海马中表达的研究中国组织化学与细胞化学杂志，（）： 方向义，胡海涛中