藻類熱休克蛋白90家族的生物信息學(xué)分析

黃濤 于千

摘要：對已公布數(shù)據(jù)庫中的33種藻類的336條HSP90蛋白提交記錄進(jìn)行篩選，得到43條長度在546-906個氨基酸之間的HSP90蛋白序列，采用生物信息學(xué)手段對HSP90家族的蛋白結(jié)構(gòu)，包括：保守結(jié)構(gòu)域、跨膜區(qū)，信號肽、導(dǎo)肽和保守基序進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：藻類；熱休克蛋白家族；蛋白結(jié)構(gòu)；生物信息學(xué)分析

【中圖分類號】Q811【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】2236-1879（2017）12-0274-01

熱休克蛋白（HSPs）又稱為熱激蛋白，作為一類對體內(nèi)外環(huán)境變化極為敏感的蛋白分子廣泛參與各種生理生化代謝途徑，是近年來抗逆生物學(xué)研究領(lǐng)域中較為活躍且發(fā)展較快的領(lǐng)域之一[1-3]。

藻類植物屬于較低等的植物類群，包括原核藻類和真核藻類，本研究中對藻類HSP90蛋白的結(jié)構(gòu)和分子系統(tǒng)發(fā)育分析能為藻類大分子量熱休克蛋白研究提供理論基礎(chǔ)。另外，近年來備受關(guān)注的熱休克蛋白也成功地應(yīng)用于分子系統(tǒng)學(xué)的研究，在原核細(xì)胞領(lǐng)域，熱休克蛋白HSP65的基因序列已有效的反映出了不同分支桿菌間的親緣關(guān)系，其結(jié)果可與16SrDNA的分析結(jié)果相媲美[4]。

1材料與方法

1.1蛋白序列的獲得：

數(shù)據(jù)資料來源于NCBI的蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫。關(guān)鍵詞為：“heatshockprotein90ANDalgae”或“HSP90ANDalgae”進(jìn)行搜索。共檢索到33種藻類，336條HSP90蛋白提交記錄。對這些蛋白序列下載到本地后通過人工和軟件篩選，去除重復(fù)記錄和長度不足500bp的序列后，共得到43條長度在546-906個氨基酸之間的HSP90蛋白序列。

1.2HSPs蛋白序列結(jié)構(gòu)分析：

對獲得的氨基酸序列分別進(jìn)行下列分析：在NCBI提供的CDD數(shù)據(jù)庫進(jìn)行蛋白功能結(jié)構(gòu)域分析；利用expasytool工具進(jìn)行蛋白一致性模式序列查找；跨膜結(jié)構(gòu)域預(yù)測在TMHMM進(jìn)行。

2結(jié)果與討論

2.1蛋白功能結(jié)構(gòu)域（domain）分析：

藻類HSP90蛋白序列都具有兩個功能結(jié)構(gòu)域，HATPase_C和HSP90（圖1）。HATPase_C結(jié)構(gòu)域在所有藻類中均為150個氨基酸左右，能夠特異性結(jié)合ATP分子，是其作為分子伴侶而幫助其它蛋白折疊形成正確構(gòu)象的重要部位。HSP90結(jié)構(gòu)域包括500個氨基酸左右，其確切功能還不清楚。

2.2一致性模式（Consensuspattern）序列分析：

利用expasytool工具分別對43個蛋白序列分析發(fā)現(xiàn)的藻類HSP90一般均具有一個由10個氨基酸組成的一致性模式序列，為：Y-x-[NQHD]-[KHR]-[DE]-[IVA]-F-[LM]-R-[ED]，其中X表示任意氨基酸，中括號中的表示可選氨基酸（Nadeau等1993）。如登錄號為ABG77329與登錄號為CAL49930的HSP90在它們的N端的第9-18位氨基酸序列分別為：YtNKEIFLRE和YsNKDVFLRE。這10個氨基酸組成的序列模式也存在與其它物種中，一般將其做為HSP90家族蛋白的標(biāo)志模式。

2.3跨膜結(jié)構(gòu)分析：

利用TMHMM工具對所有蛋白序列分析發(fā)現(xiàn)，僅有登錄號CAL56001的HSP90蛋白具有明顯的跨膜結(jié)構(gòu)域，預(yù)測可能性高達(dá)100%左右。該蛋白來源于一種世界上最小海洋綠藻（Ostreococcustauri），全長906個氨基酸，為目前報道過的序列最長的HSP90蛋白。通過比對發(fā)現(xiàn)它比其它藻類HSP90在N端長200-300個氨基酸，推測可能與該蛋白獨(dú)有的跨膜結(jié)構(gòu)有關(guān)（圖2）。

2.4利用SignalP和TargetP工具進(jìn)行信號肽和導(dǎo)肽預(yù)測：

細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成部位有兩個，一是在游離核糖體上合成的，另一部位是在附著核糖體即粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的。游離核糖體合成的蛋白其N端一般具有一段特異序列，稱為導(dǎo)肽，能夠指導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)中合成的蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到特定的細(xì)胞器中；粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的蛋白其N端的一段特異序列稱為信號肽。對9種藻類的15個完整蛋白序列的信號肽預(yù)測結(jié)果顯示，僅有兩個蛋白序列顯示具有信號肽的可能性。其中熱休克蛋白HSP90（CAL56001）的信號肽剪切位點(diǎn)位于第44和第45位氨基酸之間，即：ATS-WE之間，可能為信號肽的各個參數(shù)值為：（max.C=0.144；max.Y=0.305；max.S=0.968；meanS=0.545），可見其成為信號肽的可能性不是很大。

參考文獻(xiàn)

[1]陳忠，蘇維埃，湯章城（2000）.植物熱激蛋白.植物生理學(xué)通訊，36：（4）289-296.

[2]鄒杰，陳信波，劉愛玲，高國賦，朱木蘭（2007）.植物熱激蛋白與作物非生物抗逆性的改良.植物生理學(xué)通訊，43：（5）981-984.

[3]NadeauK.，DasA.，WalshC.T（1993）.Hsp90chaperoninspossessATPaseactivityandbindheatshocktranscriptionfactorsandpeptidylprolylisomerases.J.Biol.Chem，268：1479-1487.

[4]JakobU.，BuchnerJ（1994）.Assistingspontaneity：theroleofHsp90andsmallHspsasmolecularchaperones.TrendsBiochem.Sci，19：205-211.