拟黑多刺蚁肌细胞增强因子2MEF2生物信息学分析解读.docx
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拟黑多刺蚁肌细胞增强因子2MEF2生物信息学分析解读
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昆虫知识ChineseBulletinofEntomology
2010,47(5):
881~885
拟黑多刺蚁肌细胞增强因子2(MEF2)生物信息学分析*
郭新军
(1.陕西师范大学生命科学学院西安1,2
奚耕思
1?
?
西安710065)
710062;2.西安文理学院生命科学系
2?
BioinformaticsanalysisofMEF2geneofPolyrhachisvicina.GUOXin-Jun1,,Geng-Si1?
(1.CollegeofXI
LifeScience,ShaanxiNomalUniversity,Xi’ananUniversityofArtsandScience,Xi’Abstract
710062,China;2.DepartmentofLifeScience,Xi’an
710065,China)
TheanalyticaltoolsNCBI,ExPASyandCBSwereadoptedtoanalyzethebioinformaticpropertiesof
thePvMEF2protein,suchassequencecharacteristics,physicochemicalproperties,structureandfunctionaldomains.TheresultsshowthatPvMEF2hasconservedMADSandMEF2domainsandthatitsphysicochemicalproperties,secondaryandtertiarystructuresaresimilartothoseoftheMEF2proteinofDrosophilamelanogaster.PvMEF2proteinmayplayanimportantroleinmyogenesisinPolyrhachisvicinaRoger.KeywordsPolyrhachisvicina,myocyteenhancerfactor2(MEF2),bioinformaticsanalysis
摘
要
ExPASy在线核苷酸序列分析工具、CBS生物学序列分析工具及应用NCBI上的常用程序、
SABLE在线分析软件等对拟黑多刺蚁PolyrhachisvicinaRoger肌细胞增强因子2(PvMEF2)进行了生物信息学分析,获得了PvMEF2因子的序列特征及理化性质,并对其结构和功能结构域进行了预测。
结果并且理化性质和二表明PvMEF2因子具有与已知种类MEF2因子较高一致性的MADS和MEF2结构域,级结构、三级结构等与果蝇该因子类似,反映了PvMEF2可能是参与拟黑多刺蚁肌肉发生调控的重要因子。
关键词拟黑多刺蚁,肌细胞增强因子2(MEF2),生物信息学
肌细胞增强因子2(MEF2)属MADS家族其成员,氨基端具有高度保守的MADS和MEF2结构域。
MADS结构域能够与其他因子形成二聚体并具有DNA的结合活性,可识别富含A/T的肌肉组织特异性基因相关序列;MEF2结构域影响与DNA的结合,有与其它具蛋白质相互作用的功能
[]1
MEF2在肌肉发生中因表达基因的调控区,此,骨发挥重要作用。
MEF2家族调节心肌、骼肌和平滑肌中肌肉相关基因的转录
[3]
。
在无脊椎动物中,如果蝇Drosophilamelanogaster、虫Caenorhabditiselegans、母线水Podocorynecarnea和海葵Nematostellavectensis中都存在着Mef2基因,且果蝇和水母的Mef2基因已证明在肌细胞系中表达
[4]
。
C末端含有磷酸化
位点,多种激酶的靶点,启动基因表达有是与关,也是MEF2因子活性调节及发挥功能的主C要区域。
相对N末端,末端的氨基酸序列变化较大,由选择性拼接产生。
因此,无论从它的基因结构或其蛋白质的形式都决定了MEF2功能上的复杂性。
转录因子MEF2的DNA结合位点是一段保守的DNA序列CTA(A/T)4TAG[2],该序列广泛存在于肌肉组织特异性
。
而关于该基
因在蚂蚁中的研究未见报道,解其生物信息了可以为研究蚂蚁等社会性昆虫Mef2基学知识,因的调控奠定基础。
*资助项目:
陕西省农业攻关(2008K02-)。
10E-mail:
xigengsi@snnu.edu.cn?
?
通讯作者,0102修回日期:
2010-1803收稿日期:
2010--,
・882・
昆虫知识ChineseBulletinofEntomology
47卷
1
1.1
材料与方法
材料实拟黑多刺蚁PolyrhachisvicinaRoger,验
PSI和PHI-BLAST,非冗余数据库搜索,对与GenBank中已知蛋白序列进行同源性比较。
并且根据不同物种MEF2蛋白全长序列用Mega4.0软件计算遗传距离,应用邻接法建并立系统进化树
[~10]8
室养殖经几代繁殖后根据实验需要随机选取个体材料。
1.2方法用无菌水清洗随机选取第2龄幼虫15只,后用液氮迅速冷冻,照总RNA提取试剂盒按(RNAsioPlus)(TAKALA)使用手册操作,取提扩总RNA。
设计简并引物对目的片断扩增,增克测片断经纯化,隆,序。
根据测序结果设计3’RACE和5’RACE引物,进行末端片断的并扩增,将测序结果拼接获得拟黑多刺蚁Mef2基因cDNA序列。
所有测序工作委托上海生物工程技术服务有限公司完成。
将测序结果上传美国国立生物技术信息中心(NCBI)GenBank数据库(http:
//ncbi.nlm.nih.gov/Database/index.html)。
应用NCBI在线工具ORFfinder(http:
//ncbi.nlm.nih.gov/gorf/gorf.html)搜索其开放阅读框。
利用在线工具ProtParam(http:
//au.expasy.org/tools/protparam.html)预测其氨基酸序列
[]5
。
采用SABLE工具预测的PvMEF2蛋白的二级结构,同源建模服务器SWISS-MODEL在(http:
//swissmodel.expasy.org/)上选用全自动模式(AutomatedMode),序列的三级结构进对行预测
[11]
。
2
2.1
结果与分析
蛋白序列预测与分析根据测序结果获得了拟黑多刺蚁Mef2基
因(PvMef2)的两种剪接体(isoforms)的cDNA序列,将结果上传至美国国立生物技术信息并中心(NCBI)GenBank数据库(登陆号分别为GQ386849和GQ386850)。
两条序列仅在5’末端存在区别,其相同的开放阅读框(ORF)长为1419bp,编码472氨基酸残基蛋白。
PvMEF2蛋白的理论等电点和分子量分别是6.83和5.02ku,其氨基酸组成见表1,表从1可知丝氨酸残基最多,71个,15%;脯氨有占酸次之,58个,12.3%;半胱氨酸和色氨有占占含量最低。
其中酸性氨基酸各2个,0.4%,碱酸残基(Asp+Glu)38个,性氨基酸残基(Arg+Lys)36个。
其分子式为C2168H3392N628O714S16,原子总数为6918。
。
并分析其理化特征。
利用CBS在线分析服务器软件(http:
//cbs.dtu.dk/services/)分析序列翻译后修饰
[7]6,
。
将预测到的氨基酸序列在NCBI上进行
表1
名称Ala(A)Arg(R)Asn(N)Asp(D)Cys(C)Gln(Q)Glu(E)数量2018281821620百分比(%)4.23.85.93.80.43.44.2名称Gly(G)His(H)Ile(I)Leu(L)Lys(K)Met(M)Phe(F)
PvMEF2蛋白各氨基酸组成
数量4319182918145百分比(%)9.14.03.86.13.83.01.1名称Pro(P)Ser(S)Thr(T)Trp(W)Tyr(Y)Val(V)数量58713321723百分比(%)12.315.07.00.43.64.9
通过http:
//cbs.dtu.dk/services/NetOGlyc/对PvMEF2的O型糖基化修饰进行共预测发现:
自167氨基酸残基后,有40个可
能位点(图1)。
通过http:
//cbs.dtu.dk/services/NetNGlyc/对PvMEF2的N型糖基化修饰进行
5期
郭新军等:
拟黑多刺蚁肌细胞增强因子2(MEF2)生物信息学分析
・883・
通过在http:
//cbs.dtu.dk/services/NetPhos/对PvMEF2的磷酸化修饰位点进行预测发现,该基因有丝氨酸的磷酸化位点30个,苏氨酸6个,酪氨酸6个(图3)。
图1
PvMEF2O型糖基化修饰预测结果
预测发现:
存在两个可能位点,别位于132、分141位氨基酸残基(图2)。
图3PvMEF2的磷酸化修饰位点预测结果
其磷酸化位点主要集中在C末端,明在说该区域PvMEF2可能受到多种激酶或磷酸酶的调控。
2.2
图2PvMEF2N型糖基化修饰预测结果
蛋白质序列同源性分析通过将预测到的氨基酸序列与GenBank
中已知蛋白序列进行同源性比较发现其N末端具高度保守的MADS和MEF2结构域,至甚与很多昆虫种类在保守结构域具100%的一致性(图4)。
根据同源序列建立的NJ树如图5。
糖基化是一种重要的翻译后修饰,对蛋白质的结构和功能有重要影响。
根据以上的分析结果可知PvMEF2可能主要进行O型糖基化修饰。
图4
拟黑多刺蚁与其它物种MEF2蛋白保守区比对结果与一致性
-:
不同种类相同氨基酸残基。
GenBank登陆号如下:
Anophelesgambiae,_564631.1;Nasoniavitripennis,_XPXP001605867.1;Triboliumcastaneum,XP_971771.1;Apismellifera,_397383.2;Drosophilamelanogaster,XPAAF06817.1;Aedesaegypti,XP_001653578.1;Ixodesscapularis,XP_002406427.1;Cionaintestinalis,NP_001071760.1;Xenopuslaevis,ACL00848.1;Equuscaballus,XP_001489166.2;Homosapiens,NP_001124398.1;Achaearaneatepidariorum,BAD01493.1;Caenorhabditiselegans,AAA79336.1。
以秀丽新小杆线虫Caenorhabditiselegans为外群的系统进化树反映了各类群之间的进化关
系,膜翅目昆虫拟黑多刺蚁与意大利蜜蜂Apismellifera和金小蜂Nasoniavitripennis聚为一支。
・884・
昆虫知识ChineseBulletinofEntomology
47卷
图5
应用Mega4.0构建NJ树
2.3
蛋白质结构分析采用SABLE在线分析软件(http:
//sable.
cchmc.org/),用在线视图工具POLYVIEW并将预测结果转化为图形形式输出(图6)。
图6
采用SABLE工具预测的PvMEF2蛋白的二级结构
代表折叠;代表卷曲;表示预测的准确性
代表螺旋;
N-末端包括了该蛋白二级结构为混合型,螺旋、折叠和无规则卷曲等多种形式,后端区域多为无规则卷曲。
在同源建模服务器(SWISS-MODEL)上选用SwissModel全自动模式(FirstApproachMode),果蝇MEF2蛋白的三级结构进行预对与测。
通过最佳模型搜索发现,其蛋白序列最匹配的模板是1n6jA,佳比对区域位于其序最列的第2~93位氨基酸残基,列一致性达序79.348%,值为8.97ee40。
预测结果以PDB格式输出,用相应3D微观立体结构视图软并件RASMOL分析后,其保存为普通图形文将件。
共包括三个螺旋和两个折叠区域(图7)。
图7预测的PvMEF2保守域的三级结构图
5期
郭新军等:
拟黑多刺蚁肌细胞增强因子2(MEF2)生物信息学分析
・885・
3
结论与讨论
PvMef2基因在拟黑多刺蚁体内以不同剪
N末端保守区相匹配,它部分序列没有合适其模板,由此反映了N末端的MADS和MEF2结构域在生理功能上起重要作用。
其与果蝇MEF2三级结构类似,能与N末端的功能作可用发挥有关。
MEF2是动物肌肉发育中的重要调控因PvMEF2在理化性质及结构等各方面与其子,由它动物类群的相关因子存在相似之处,此反映该因子在动物类群中的主要生理功能与肌肉的发生相关。
其保守的N末端和不保守的C末端对PvMEF2的功能分别有着不同作用。
生在物信息学分析为相关研究提供一定参考,获得了其相关序列信息及结构信息后,进一步可通过分子生物学及组织学等方面研究,定其确在肌肉发生过程中的具体调控形式。
参
1
通接体的形式存在,过NCBI在线工具ORFfinder分析发现其不同剪接体具有相同开放阅读框,由此反映其mRNA5’端对MEF2在动末物体的表达具有不同调控作用。
预测的PvMEF2蛋白含472个氨基酸残基,N末端其具高度保守的MADS和MEF2结构域。
并且其理化性质、氨基酸组成、修饰位点及跨膜分析等方面与果蝇MEF2极为相似,这一点也是PvMEF2在发育过程中具有相关生理功能的基础。
在其保守的MADS和MEF2结构域未发现可能的糖基化位点,可能的糖基化位点均位其于PvMEF2的不保守区域。
而MEF2的C末端结构域可被多种激酶与磷酸酶在多位点进行不调同程度的修饰,节MEF2的活性
[2]
考
文
献
,PvMEF2
可以通过钙调素-钙调磷酸酶通路调节自身的活性。
推测翻译后C末端的修饰可能是维持MADS和MEF2结构域在肌肉发生中发挥作用的重要保障。
PvMEF2通过与其它物种MEF2比对发现,保守的MADS和MEF2结构域与其它昆虫该区域的一致性甚至可以高达100%,其它类群与结物种一致性也可以达到86%以上,构上的保守性与功能结构域的搜索分析反映了MEF2在功能上的保守性。
根据不同动物MEF2氨基酸序列构建的系统进化树较为正确的反映了各类群的进化关系,明尽管其C末端在各类群间说存在很大的差异,这种变化仍符合进化过程但中变异规律的,说明了进化过程中氨基酸变也异与保守的统一。
PvMEF2二级结构预测结果表明其N末端折叠和无规则卷曲等多种形式,这可存在螺旋、能与MEF2通过N末端的结构形式与其它蛋白结合而发挥一定生理功能有关,MEF2可以如和MRFs等结合形成复合体而进行调控作用。
而C末端形式相对单一,一的结构形式是否单与影响N末端的功能有关需进一步的研究证明。
对其三级结构的预测,索到的模板只与搜
111098764523
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AbiologistcentricsoftwareforevolutionaryanalysisofDNAandprotein9:
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