shoxa蛋白的生物信息分析及适应性进化研究
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标记免疫分析与临床 2019年 11月第 26卷第 11期
·基础研究·
1929
SHOXa蛋白的生物信息分析及适应性进化研究
敬存婷,张茜婷,孟 仙,李婷婷,任 露,李剑兰
(成都医学院附属妇女儿童医院儿童保健科,四川 成都 610000)
摘要:目的 对 SHOX基因进行生物信息学及适应性进化分析,获得氨基酸的基本结构特征和理化性质,研究正选择位 点。方法 以人 SHOXa蛋白序列为模板,应用相关的生物软件进行理化性状、空间结构研究,利用 PAML程序检测其 SHOXa基因的适应性进化。结果 人 SHOXa蛋白为 292个氨基酸,不具备跨膜结构和信号位点,但有多个磷酸化位点。 该蛋白与其他灵长类动物 SHOX基因具有较高的同源性,适应性进化分析未发现显著正选择位点,但发现 1个潜在的正 选择位点(20G)。结论 通过对 SHOX基因的系统分析,研究其进化特点,为各类矮身材的机制研究提供参考。 关键词:SHOX基因; 适应性进化; 矮身材
身高受到遗传和环境的双重调控[1]。其中遗传 因素的影响 涉 及 到 多 基 因 的 共 同 参 与,是 身 体 生 长 的关键性先天因素。早期研究已表明遗传对身高的 决定性大于 50%。骨骼发育异常是引起矮身材的原 因之一。到目 前 为 止,研 究 发 现 能 够 引 起 骨 骼 发 育 异常的基因包括 ACAN基因、FGFR3基因、NPR2基 因以及 SHOX基因[2]。矮小同源盒基因 SHOX(short staturehomeobox)突 变 是 最 常 见 的 引 起 矮 身 材 及 其 相关综合征的单基因病因[3]。SHOX基因单倍剂量
骨原细胞的生长、软骨细胞的分化和增值,并且在心 脏、神 经 及 耳 发 育 中 起 着 重 要 作 用[911]。 此 前 对 SHOX基因还 未 见 详 尽 的 生 物 信 息 及 进 化 分 析,本 文详细分析了 SHOXa基因及其编码蛋白的基本结 构特征及理化性质,并完成了适应性进化分析,本研 究为以后矮身材的基因研究提供了研究基础。
A BioinformaticsAnalysisandAdaptiveEvolutionStudyofSHOXaProtein
JING Cunting,ZHANG Xiting,MENG Xian,LITingting,REN Lu,LIJianlan
(DepartmentofChildHealth,WomenandChildren′sHospital,ChengduMedicalCollege,Chengdu610000,China)
材料和方法
1 序列数据 由 GenBank获得人 SHOX基因全长序列,基因 全长 3757bp,含 有 7个 外 显 子 (GeneID:6473),及 SHOXa蛋 白 (NP_000442.1)表 达 序 列。 为 研 究 SHOX基因进化与遗传关系,共获得目前已知的 29 条 SHOXa的基因表达相关序列,用于构建系统发育 研究,并采用鸡 SHOXa蛋白(DQ675517.1)作为外 类群。 2 一级结构和二级结构分析 SHOXa蛋白质序列的一级结构采用 ExPaSy提 供的 Protparam 在 线 分 析 工 具 (http://web.expasy. org/protparam/)进行分析,包括 SHOXa蛋白的氨基 酸数目、等电点、分子量、疏水性等 。 [12] 二级结构采 用在 线 工 具 SOPMA 和 软 件 DNASTAR 7.0进 行 预测 。 [13] 3 信号位点、亚细胞定位和磷酸化位点分析 采用 SignalP4.0[14]和 TMHMM(http://www. cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)预 测 信 号 肽 和 跨 膜 区域;采用 WoLFPSORT对 SHOXa蛋白进行亚细胞 定位分析;采用 NetPhos3.1Server完成蛋白质序列 潜在磷酸化位点的分析[15]。 4 保守结构域和系统发育分析 通过 NCBI当中的 CCD在线分析,完成保守结 构域(domain)的分析,并进行 ClustalX软件多序列 比对,分析保守结构域。采用 MEGA6.0软件中的 邻近法,bootstrap值设为 1000,构建系统发育树[16]。 5 适应性进化和正选择位点分析 通过分析系统发育关系,我们选择灵长目的 14 条基因,进行适应性分析。具体分析正选择的方法: 在密码子水 平 上 分 析 核 酸 替 换,采 用 非 同 义 突 变 率 (dN)与同义突变率(dS)的比值衡量选择压力,从而 判断出自然选择对非同义突变的固定起到促进作用
DOI:10.11748/bjmy.issn.1006-1703.2019.11.031 收稿日期:20190929;修回日期:20191017 基金项目:四川省卫生和计划生育委员会科研课题(编号:15020614)
1930
LabeledImmunoassays& ClinMed,Nov2019,Vol.26,No.11
不足与 LeriWeill软骨骨生成障碍、Turner综合征和 特发性矮小相关,两条 SHOX等位基因同时缺失将 导致严重的骨骼发育异常,称为 Langer肢中骨发育 异常[46]。人 SHOX基因位于距离 X和 Y染色体短 臂末端 500kb的(Xp22.32和 Yp11.20)拟常染色体 区(PAR1),含有 1个非编码序列及 6个编码序列, 且外显子 6通过 3’端的选择性剪接编码翻译 2种蛋 白质,即 SHOXa和 SHOXb蛋白(292和 225个氨基 酸)[78]。SHOX蛋 白 是 一 种 转 录 因 子,它 能 够 调 控
Abstract:ObjectiveToanalyzethebioinformaticsandadaptiveevolutionofSHOX gene,toobtainbasic structuralcharacteristicsandphysicochemicalpropertiesofthisprotein,andtostudythepositiveselection sites.MethodsWith the human SHOXa protein sequence asa template,the physicaland chemical characteristics,andspatialstructurewerestudiedthroughthebiologicalsoftware.Theadaptiveevolutionof SHOXagenewasdetectedbyPAML program.ResultsThehumanSHOXageneencodedalengthof292 aminoacid withouttransmembranestructureand signalsites,butwith multiple phosphorylation sites. PhylogeneticanalysisrevealedthatSHOXageneofhumanwassimilarwithprimates.Nositewasfoundunder positiveselectioninadaptiveevolutionanalysis,butonepotentialpositiveselectionsite(20G)wasdetected. ConclusionBasedonthesystematicanalysisandevolutionarycharacteristicsofSHOXagene,ourresearch providesusefulinformationtoexplorethemechanism ofvariousshortstaturephenotypes. Keywords:SHOX gene; Adaptiveevolution; Shortstature
·基础研究·
1929
SHOXa蛋白的生物信息分析及适应性进化研究
敬存婷,张茜婷,孟 仙,李婷婷,任 露,李剑兰
(成都医学院附属妇女儿童医院儿童保健科,四川 成都 610000)
摘要:目的 对 SHOX基因进行生物信息学及适应性进化分析,获得氨基酸的基本结构特征和理化性质,研究正选择位 点。方法 以人 SHOXa蛋白序列为模板,应用相关的生物软件进行理化性状、空间结构研究,利用 PAML程序检测其 SHOXa基因的适应性进化。结果 人 SHOXa蛋白为 292个氨基酸,不具备跨膜结构和信号位点,但有多个磷酸化位点。 该蛋白与其他灵长类动物 SHOX基因具有较高的同源性,适应性进化分析未发现显著正选择位点,但发现 1个潜在的正 选择位点(20G)。结论 通过对 SHOX基因的系统分析,研究其进化特点,为各类矮身材的机制研究提供参考。 关键词:SHOX基因; 适应性进化; 矮身材
身高受到遗传和环境的双重调控[1]。其中遗传 因素的影响 涉 及 到 多 基 因 的 共 同 参 与,是 身 体 生 长 的关键性先天因素。早期研究已表明遗传对身高的 决定性大于 50%。骨骼发育异常是引起矮身材的原 因之一。到目 前 为 止,研 究 发 现 能 够 引 起 骨 骼 发 育 异常的基因包括 ACAN基因、FGFR3基因、NPR2基 因以及 SHOX基因[2]。矮小同源盒基因 SHOX(short staturehomeobox)突 变 是 最 常 见 的 引 起 矮 身 材 及 其 相关综合征的单基因病因[3]。SHOX基因单倍剂量
骨原细胞的生长、软骨细胞的分化和增值,并且在心 脏、神 经 及 耳 发 育 中 起 着 重 要 作 用[911]。 此 前 对 SHOX基因还 未 见 详 尽 的 生 物 信 息 及 进 化 分 析,本 文详细分析了 SHOXa基因及其编码蛋白的基本结 构特征及理化性质,并完成了适应性进化分析,本研 究为以后矮身材的基因研究提供了研究基础。
A BioinformaticsAnalysisandAdaptiveEvolutionStudyofSHOXaProtein
JING Cunting,ZHANG Xiting,MENG Xian,LITingting,REN Lu,LIJianlan
(DepartmentofChildHealth,WomenandChildren′sHospital,ChengduMedicalCollege,Chengdu610000,China)
材料和方法
1 序列数据 由 GenBank获得人 SHOX基因全长序列,基因 全长 3757bp,含 有 7个 外 显 子 (GeneID:6473),及 SHOXa蛋 白 (NP_000442.1)表 达 序 列。 为 研 究 SHOX基因进化与遗传关系,共获得目前已知的 29 条 SHOXa的基因表达相关序列,用于构建系统发育 研究,并采用鸡 SHOXa蛋白(DQ675517.1)作为外 类群。 2 一级结构和二级结构分析 SHOXa蛋白质序列的一级结构采用 ExPaSy提 供的 Protparam 在 线 分 析 工 具 (http://web.expasy. org/protparam/)进行分析,包括 SHOXa蛋白的氨基 酸数目、等电点、分子量、疏水性等 。 [12] 二级结构采 用在 线 工 具 SOPMA 和 软 件 DNASTAR 7.0进 行 预测 。 [13] 3 信号位点、亚细胞定位和磷酸化位点分析 采用 SignalP4.0[14]和 TMHMM(http://www. cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)预 测 信 号 肽 和 跨 膜 区域;采用 WoLFPSORT对 SHOXa蛋白进行亚细胞 定位分析;采用 NetPhos3.1Server完成蛋白质序列 潜在磷酸化位点的分析[15]。 4 保守结构域和系统发育分析 通过 NCBI当中的 CCD在线分析,完成保守结 构域(domain)的分析,并进行 ClustalX软件多序列 比对,分析保守结构域。采用 MEGA6.0软件中的 邻近法,bootstrap值设为 1000,构建系统发育树[16]。 5 适应性进化和正选择位点分析 通过分析系统发育关系,我们选择灵长目的 14 条基因,进行适应性分析。具体分析正选择的方法: 在密码子水 平 上 分 析 核 酸 替 换,采 用 非 同 义 突 变 率 (dN)与同义突变率(dS)的比值衡量选择压力,从而 判断出自然选择对非同义突变的固定起到促进作用
DOI:10.11748/bjmy.issn.1006-1703.2019.11.031 收稿日期:20190929;修回日期:20191017 基金项目:四川省卫生和计划生育委员会科研课题(编号:15020614)
1930
LabeledImmunoassays& ClinMed,Nov2019,Vol.26,No.11
不足与 LeriWeill软骨骨生成障碍、Turner综合征和 特发性矮小相关,两条 SHOX等位基因同时缺失将 导致严重的骨骼发育异常,称为 Langer肢中骨发育 异常[46]。人 SHOX基因位于距离 X和 Y染色体短 臂末端 500kb的(Xp22.32和 Yp11.20)拟常染色体 区(PAR1),含有 1个非编码序列及 6个编码序列, 且外显子 6通过 3’端的选择性剪接编码翻译 2种蛋 白质,即 SHOXa和 SHOXb蛋白(292和 225个氨基 酸)[78]。SHOX蛋 白 是 一 种 转 录 因 子,它 能 够 调 控
Abstract:ObjectiveToanalyzethebioinformaticsandadaptiveevolutionofSHOX gene,toobtainbasic structuralcharacteristicsandphysicochemicalpropertiesofthisprotein,andtostudythepositiveselection sites.MethodsWith the human SHOXa protein sequence asa template,the physicaland chemical characteristics,andspatialstructurewerestudiedthroughthebiologicalsoftware.Theadaptiveevolutionof SHOXagenewasdetectedbyPAML program.ResultsThehumanSHOXageneencodedalengthof292 aminoacid withouttransmembranestructureand signalsites,butwith multiple phosphorylation sites. PhylogeneticanalysisrevealedthatSHOXageneofhumanwassimilarwithprimates.Nositewasfoundunder positiveselectioninadaptiveevolutionanalysis,butonepotentialpositiveselectionsite(20G)wasdetected. ConclusionBasedonthesystematicanalysisandevolutionarycharacteristicsofSHOXagene,ourresearch providesusefulinformationtoexplorethemechanism ofvariousshortstaturephenotypes. Keywords:SHOX gene; Adaptiveevolution; Shortstature