細(xì)胞分裂相關(guān)基因Spc25的分子進(jìn)化研究

邢雪琨

(新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003)

染色體不穩(wěn)定性與腫瘤形成有密切的關(guān)系［1－2］。多種因素能導(dǎo)致染色體的不穩(wěn)定，如染色體分離、細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)、DNA損傷等。在有絲分裂的染色體分離過程中，動(dòng)粒與微管的結(jié)合起著重要的調(diào)節(jié)作用。眾多蛋白參與該活動(dòng)，Ndc80復(fù)合體就是其中關(guān)鍵的一員。Ndc80復(fù)合體由Hec1、Nuf2、Spc24 和 Spc25 4 種蛋白組成［3－5］。Spc25 作為 Ndc80復(fù)合體的組成部分，可能是動(dòng)粒－微管形成機(jī)制的一部分，涉及有絲分裂和腫瘤發(fā)生的重要環(huán)節(jié)。雖然學(xué)者們針對(duì)Ndc80開展了大量研究，然而對(duì)于Ndc80的作用機(jī)制仍不清楚，對(duì)Spc25更是知之甚少。

筆者采用生物信息學(xué)手段分析在不同生物中Spc25基因的長度多態(tài)性、終止密碼子多態(tài)性、外顯子個(gè)數(shù)變化、氨基酸序列多樣性和該基因編碼的保守區(qū)，并在此基礎(chǔ)上建立不同生物Spc25基因上的進(jìn)化圖譜，初步了解不同生物Spc25基因的演化關(guān)系，為研究該基因參與染色體分離和腫瘤發(fā)生的作用機(jī)理提供資料。

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料 在NCBI中輸入“Spc25”搜索得到多種生物的基因序列，挑選分別代表真菌、無脊椎動(dòng)物昆蟲、脊椎動(dòng)物魚、兩棲、爬行、鳥和哺乳動(dòng)物7類生物的粟酒裂殖酵母(Schizosaccharomycespombe)、釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)、果蠅(Drosophila melanogaster)、斑馬魚(Danio rerio)、半滑舌鰨(Cynoglossus semilaevis)、非洲爪蟾(Xenopus laevis)、海龜(Chelonia mydas)、緬甸蟒蛇(Python bivittatus)、原鴿(Columba livia)、原雞(Gallus gallus)、人(Homo sapiens)、小鼠(Mus museulus)、大鼠(Rattus norvegieus)、牛(Bos taurus)、恒河猴(Macaca mulatta)、馬(Equus caballus)16種不同生物進(jìn)行Spc25基因分析。

1．2 試驗(yàn)方法

1．2．1 序列長度多態(tài)性分析。分析Spc25基因及其ORF序列，以得到不同生物Spc25基因長度的變異及序列特征。

1．2．2 終止密碼子變異分析。統(tǒng)計(jì)Spc25基因的終止密碼子變異情況，為研究Spc25基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制提供資料。

1．2．3 外顯子個(gè)數(shù)分析。統(tǒng)計(jì)Spc25基因的外顯子個(gè)數(shù)，分析該基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)控情況。

1．2．4 氨基酸序列的同源性比對(duì)。用DNAMAN軟件中的Alignment程序?qū)pc25基因編碼的氨基酸序列進(jìn)行同源性比對(duì)，并分析其保守區(qū)域，構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹。

2 結(jié)果與分析

2．1 序列長度多態(tài)性 核酸序列分析表明，Spc25基因序列變化較大，從釀酒酵母的666 bp到粟酒裂殖酵母的4 156 bp，相差3 490 bp。但開放閱讀框(open reading frame，ORF)長度都在666～717 bp，其中釀酒酵母666 bp較短，粟酒裂殖酵母717 bp較長(表1)。說明在進(jìn)化過程中，盡管不同生物所處環(huán)境不同，基因調(diào)控有較大差異，但編碼序列比較保守，從真菌到脊椎動(dòng)物變化都較小。

2．2 終止密碼子變異分析 在所研究的l6種生物中，有13種Spc25基因都是以TAA作為終止密碼子，有3種(果蠅、小鼠和大鼠)以TGA作為終止密碼子，沒有以TAG作為終止密碼子(表1)。說明生物有以TAA作為終止密碼子的傾向。

2．3 外顯子個(gè)數(shù)分析 真菌和無脊椎動(dòng)物Spc25基因有1～3個(gè)外顯子，脊椎動(dòng)物中魚、兩棲、爬行和鳥類的外顯子個(gè)數(shù)在6～8個(gè)，哺乳動(dòng)物除恒河猴9個(gè)外顯子外，都有8個(gè)外顯子(表1)，說明在進(jìn)化過程中，Spc25基因外顯子有從少到多的過程，最后趨于有8個(gè)外顯子。

2．4 氨基酸序列的同源性比較 用DNAMAN中的Alignment程序?qū)?6種生物Spc25基因編碼的氨基酸序列進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)脊椎動(dòng)物間Spc25同源性在9．5% ～100．0%，特別是哺乳動(dòng)物間同源性較高，人和恒河猴的同源性達(dá)100%。但真菌、無脊椎動(dòng)物與脊椎動(dòng)物差別較大，它們的相似性僅在6．8%～20．5%(表2)。所有生物最后的130個(gè)氨基酸是Spc25最為 保守的區(qū)域(圖1)，可能與其功能有重要關(guān)系。

表1 Spc25基因序列多態(tài)性

表2 Spc25氨基酸序列的同源性比較%

2．5 Spc25基因的分子進(jìn)化樹 用DNAMAN中的Alignment程序繪制上述16種生物Spc25基因的分子進(jìn)化樹(圖2)，除真菌中的釀酒酵母與無脊椎動(dòng)物的果蠅聚在一起外，其他生物都是同一類的生物聚在一起，而且親緣關(guān)系與物種進(jìn)化順序一致。

3 討論

Spc25是參與動(dòng)粒-微管相互作用的Ndc80復(fù)合體的成分之一。生物信息學(xué)分析表明，Spc25基因的開放閱讀框從真菌到脊椎動(dòng)物變化都較小，幾乎都在666～717，編碼序列比較保守。大部分生物有以TAA作為終止密碼子的傾向，沒有以TAG作為終止密碼子的。Spc25基因外顯子有從少到多的過程，最后趨于有8個(gè)外顯子。哺乳動(dòng)物間氨基酸序列高度同源，最后的130個(gè)氨基酸是Spc25最為保守的區(qū)域。以上研究結(jié)果提示Spc25是一個(gè)較為保守的基因，在動(dòng)粒－微管的連接中發(fā)揮了重要作用，它的穩(wěn)定表達(dá)對(duì)染色體的穩(wěn)定性和抑制腫瘤發(fā)生起著關(guān)鍵作用。

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