花生profilin蛋白的生物信息学分析

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Hphob./kyte & Doolittle
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图 2 profilin 蛋白疏水性预测
Fig 2 Prediction of the hydrophobicity for profilin protein
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[Abstract] This paper focuses on the prediction of structures and functions of peanut allergen profilin using bioinformatics methods. The amino acid sequence of profilin was searched in Genbank. Meanwhile, its signal pep－ tides, hydrophobicities, transmembrane domains and the secondary structures were predicted and analyzed by us－ ing bioinformatics methods. Furthermore, B-cell epitopes for the protein was predicted with DNAStar. These pred－ icated structures and functions lays down a solid information foundation for the allergic investigation of profilin protein.
要因素之一。实验证明，肌动蛋白抑制蛋白广泛存在 于花粉、水果、蔬菜、香料、种子、坚果、乳汁等致敏物 质中，因此被称为泛变应原（pan-allergen）。近年来， 科学家们已经认识了部分植物的 profilin 蛋白特征， 并将它们的 cDNA 克隆出来了，如梨（Pyr c4），樱桃 （Pru av4），桃（Pru p4），花生（Ara h5）等。
在 espasy proteomics 服 务 器 上 分 别 选 择 sec－ ondary structure prediction 方 法 中 的 APPSP、 PORTER、SOPMA，输入 Profilin 的蛋白质序列，得到 3 种方法的二级结构预测结果。用 Swiss-Mode（l http: //www.expasy.ch/swissmod/SWISS -MODEL.html）蛋 白 质三维结构在线软件预测 profilin 蛋白的三维结构。 登陆 swiss-model 网站，选择"Automatic Modelling" 模式。在该模式下输入 profilin 的蛋白质序列，送交 计算后 24 h 内登陆网站，下载计算返回的蛋白质模 型的电子文档。
花生 profilin 蛋白（Ara h5）共 128 个氨基酸残 基，相对分子质量为 14 100，在基因库中的登录号为 AAU81921 。 [11] 对 花 生 profilin 蛋 白 的 研 究 很 少 ， Tamara 等克隆表达出花生 profilin 蛋白，发现它与其 他植物的 profilin 蛋白有超过 80%的相同氨基酸序 列[12]，花生 profilin 蛋白的蛋白结构及其功能性的研 究均未见报道。本文以花生 profilin 蛋白为研究对 象，运用生物信息学的方法对花生 profilin 蛋白的结
通过以上各种预测手段得到的各种二级结构的 含量示于表 2。从表 2 可知，3 种方法得到的结果略 有差别，PORTER 方法预测的 α 螺旋的相对含量最 高（35.15%），APPSP 方法得到的 β 折叠的相对含量 是最高（32.03%）。 2.2.2 三级结构分析 通过 PDB 结构数据库，寻找到 一个与花生 profilin 同源度达到 75%的 HEVB8 蛋白， PDB 编号为 1g5u。通过 Swiss-model 预测花生profilin
[摘 要] 目的 生物信息学预测 profilin 蛋白的结构和功能。方法 通过 Genbank 搜索 profilin 蛋白的氨基酸序列，采用生
物信息学方法分析预测 profilin 蛋白信号肽、疏水性、跨膜区、二级结构。结果 通过 DNAStar 软件分析得到了该蛋白的 B 细胞
表位。结论 利用生物信息学预测出的结构和功能信息，能为 profilin 蛋白的相关过敏研究提供信息基础。
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2 结果
2.1 功能性分析 在 NCBI 基因库中查询得到的花 生 profilin 蛋白的氨基酸序列为：MSWQAYVDEHLIC DIEGNQLTSAAILGQDGSVWAQSSNFPQFKPEEITAI MNDFAEPGTLAPTGLYLGGTKYMVIQGEPGAVIQX XKGPGGVTIKKTNQALIIGIYDEPMTPGQCNMVVER LGDYLIE。 2.1.1 信号肽分析 ScanProsite 方法分析蛋白质活 性位点，预测 93-95 位为蛋白激酶 C 磷酸化位点，4 个糖基化位点分别是 17-22，27-32，30-35 和 6469。信号肽预测结果如图 1 所示，在 24 号预测得分 最高，因此，1-24 位是蛋白的信号肽。 2.1.2 蛋白疏水性和跨膜区分析 蛋白跨膜区是一 个由 20 个左右的疏水氨基酸残基组成的残基区域， 一般呈现 α 螺旋的结构[13]。espasy proteomics 服务器 预测 profilin 蛋白疏水性的结果示于图 2，得分大于 0，且分值越大，表示疏水性愈好。从图中可以看出， 蛋白的疏水性较差，且不存在一个连续 20 个氨基酸 以上的疏水空间，说明该蛋白不存在跨膜结构区。利
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免疫学杂志 2011 年 2 月 第 27 卷 第 2 期 IMMUNOLOGICAL JOURNAL Vol. 27 No. 2 Feb. 2011
蛋白得到的三级结构如图 4 所示。从图 4 可见，花生 profilin 蛋白具有 3 个螺旋结构域，都处于蛋白结构 边缘，而在蛋白中间区域为一整段的 β 折叠结构区。 三级结构预测结果中的 α 螺旋及 β 折叠的相对含 量与采用 APPSP 方法得到的结果能较好地吻合，α 螺旋的相对含量约为 29%，β 折叠约为 32%。 2.2.3 B 细胞表位分析 通过 DNAstar 软件预测的 profilin 蛋白的亲水性、表面可及性、柔韧性和抗原 指数如图 5 所示。图中柔韧性为有线段标记区域，亲 水性以及表面可及性中，横线以上部分为大于横线
[Key words] Peanut; Profilin; Allergy; Bioinformatics
Profilin 是一种存在于几乎所有真核细胞的一 种蛋白，它最初是在 1977 年作为肌动蛋白的结合蛋 白被报道的。1991 年，当桦树花粉次要过敏原被证 明为 profilin 时，该蛋白才引起了变态反应学家的重 视[1]。profilin 蛋白是微丝快速重组的关键因素[2-3]，在 植物中肌动蛋白抑制蛋白序列的同源性很高，一般 在 71%～85%。然而，在低等真核生物、真菌和动物中 profilin 的序列同源性却很低，约 25%～40%[4]。植物 profilin 有一个保守的序列长度，含 131～134 个氨基 酸，相对分子质量约（14.0～14.5）×103，等电点在 4.6～ 5.4 之间。由于它们是广泛存在，并且是氨基酸序列 高度保守（大于 70%的同源性）的过敏原，因此被认 为是引起花粉和植物性食物之间发生交叉反应的主
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用 EMBnet 服务器预测跨膜结构区的结果示于图 3， 一般，得分为正值的氨基酸序列为蛋白的跨膜区域。 图 3 显示，花生 profilin 蛋白不存在跨膜结构区。
Sigahal P-NN Prediction<euk netuorks>:Segu-ence
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基金项目：国家自然科学基金(30871752, 30570421)；The International Science and Technology （ISAT） Linkages Fund, Royal Society of New Zealand (ISATB09-33)；广东省科技重点专项(2003A3080502)；教育部 留学回国人员科研启动基金 作者单位：518060，深圳大学化学与化工学院（肖 杰，徐 宏），深圳大 学医学院 （吴序栎，王琳琳）；1142 Auckland, New Zealand, NCIECP, Auckland University of Technology（LU Jun） * 通信作者：徐 宏，Tel: 0755-26557081; E-mail: szuxuhong@139.com
花生过敏原是目前世界上最主要的 8 中食物过 敏原之一，据统计有超过 0.2%～1.5%的儿童对花生 过敏[5-9]。目前国际免疫学会（http://www.allergen.org） 已经公布了 Ara h1 到 Ara h11 的 11 种花生过敏原 蛋白，profilin 是其中的一种，即 Ara h5。它作为泛过 敏原，是Ⅰ型交联过敏反应的关键因素[10]。
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图 1 profilin 蛋白的信号肽预测结果
Fig 1 Prediction of the signal peptide for profilin protein
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免疫学杂志 2011 年 2 月 第 27 卷 第 2 期 IMMUNOLOGICAL JOURNAL Vol. 27 No. 2 Feb. 2011
·论 著·
[ 文章编号 ]1000-8861（2011）02-0158-04
花生 profilin 蛋白的生物信息学分析
肖 杰，吴序栎，王琳琳，LU Jun，徐 宏 *
图 3 profilin 蛋白的跨膜区域预测 Fig 3 Prediction of the transmembrane domains in profilin
protein
2.2 结构分析 2.2.1 二级结构分析 分别采用 APPSP、PORTER、 SOPMA 方法对花生 profilin 蛋白的二级结构进行预 测，结果示于表 1。
免疫学杂志 2011 年 2 月 第 27 卷 第 2 期 IMMUNOLOGICAL JOURNAL Vol. 27 No. 2 Feb. 2011
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构及表位特征进行预测和分析，为 profilin 蛋白的深 入研究奠定信息基础。
1 研究方法
通过美国国立生物技术信息中心（National Cen－ ter for Biotechnology Information）网站查询花生 pro－ filin 蛋 白 的 氨 基 酸 序 列（http://www.ncibi.nlm.nih. gov）；信号肽通过 CBS Prediction 服务器预测（登陆 http://www.cbs.dtu.dk 网站，选择 signalP 方法）；蛋白 疏水性通过 espasy proteomics 服务器 预 测 （登 陆 http://www.expasy.ch 网站，选择 ScanProsite 方法）； 跨膜结构通过 EMBnet 服务器预测（登陆 http://www. ch.embnet.org 网 站 ， 选 择 TMPRED 方 法）； 采 用 DNAstar 软件预测抗原表位，输入 Profilin 的蛋白质 序列，保存得到的图形文件。
[关键词] 花生；profilin；过敏；生物信息学
[中图分类号] Q71
[文献标识码] A
Bioinformatics of profilin protein from peanut
XIAO Jie, WU Xuli, WANG Linlin, LU Jun, XU Hong College of Chemistry and Chemical Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China