史賓格犬ASIC1 基因SNPs 對mRNA 二級結構的影響

朱程程 程占軍 萬 寧 佘 奕 李來有

胞外pH 值的下降能激活一種在體內廣泛分布的特殊配體門控通道，即酸敏感離子通道（scid-sensing ion channels, ASICs)。ASICs 也稱作H+門控離子通道，是上皮鈉離子通道/退化蛋白（ENaC/DEG）超家族一個分支。ASICs 由5 個功能基因編碼，分別為ASIC1、ASIC2、ASIC3、ASIC4和ASIC5。迄今為止，已克隆出ASICs 的7 個亞單位：ASIC1a、ASIC1b、ASIC2a、ASIC2b、ASIC3、ASIC4、ASIC5，不同亞基存在分布特異性，7個亞基可以組成同聚體或異聚體酸敏感離子通道。

ASIC1a 是哺乳動物體內含量最為豐富的ASICs 亞基，由ASIC1 基因編碼，廣泛分布于中樞神經系統(tǒng)和外周感覺神經元。有研究報道，ASIC1a 參與突觸可塑性、學習記憶及條件性和天生恐懼情緒等生理過程。課題組前期研究結果表明，史賓格犬ASIC1 基因存在三個單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism, SNP），分別在外顯子2 的9 bp 處存在一個G →C 的單堿基突變（9 G＞C）、在外顯子4 的102 bp 處存在一個A →C 的單堿基突變（102 A＞C）和外顯子5 的20 bp 處存在一個G →A 的單堿基突變（20 G＞A），突變位點102 A＞C 和20 G＞A 屬于同義突變，其中突變位點102 A＞C 與史賓格犬恐懼行為密切相關。

雖然同義SNP 不會改變編碼的氨基酸，但有研究表明，同義SNP 可通過改變mRNA 二級結構進而影響基因功能的發(fā)揮，因此，本研究的主要目的在于分析史賓格犬ASIC1 基因的SNPs 是否會對mRNA 的二級結構產生影響，為今后探索ASIC1 基因影響犬恐懼行為的分子機制奠定基礎。

一、材料與方法

（一）序列獲取

犬ASIC1 基因參考序列（NC_006609.3）和mRNA 參 考 序 列（XM_022411217.1）信息資料來源于美國國家生物技術中心（National Center Biotechnology Information, NCBI）的GenBank 數(shù)據(jù)庫。

（二）mRNA 二級結構預測

使用RNA fold web server 在線生物信息學分析軟件對史賓格犬ASIC1 基因外顯子2 上的9 G＞C 位點、外顯子4 上的102 A＞C 位點和外顯子5 上的20 G＞A 位點突變前后基因轉錄mRNA 二級結構進行預測并對比分析。

二、 結果與分析

利用RNA fold web server 在線軟件對ASIC1基因外顯子2 上的9 G＞C 位點、外顯子4 上的102 A＞C 位點和外顯子5 上的20 G＞A 位點突變前后轉錄的mRNA 二級結構進行預測，結果見下圖。對比突變前后的ASIC1 基因mRNA 二級結構圖發(fā)現(xiàn)，外顯子區(qū)3 處突變位點均導致mRNA 二級結構發(fā)生改變。外顯子2 上的9 G＞C 位點使最小自由能由-1442.34kcal/mol 變?yōu)?1440.44 kcal/mol，突變后最小自由能升高，穩(wěn)定性降低。外顯子4 上的102 A＞C 位點和外顯子5 上的20 G＞A 位點，使最小自由能由-1442.34kcal/mol 分別 變 為-1444.14kcal/mol 和-1442.84kcal/mol，突變后最小自由能降低，穩(wěn)定性升高。

圖1 參考序列

圖2 外顯子2 上9 G＞C 突變后

圖4 外顯子5 上的20 G＞A 位點突變后

三、討論

ASIC1a 不僅參與外周疼痛的感受和傳導、中樞的學習和記憶等高級功能及情感性精神活動的調節(jié)，而且還對異常的恐懼和焦慮癥的發(fā)生發(fā)展有一定作用。有研究表明，敲除ASIC1a 蛋白，小鼠與杏仁核相關的暗示功能和恐懼條件反射都明顯受損，而過表達ASIC1a，小鼠獲得性恐懼相關行為會明顯增加。除小鼠外，人ASIC1 基因rs685012 位點也與驚恐障礙等疾病顯著相關。課題組前期的研究結果表明，史賓格犬ASIC1 基因也存在與恐懼行為相關的SNP位點。

mRNA 是單鏈分子，傾向于通過自身堿基互補配對形成大量穩(wěn)定的二級結構。mRNA 二級結構是mRNA 上最重要的翻譯調控因素之一，參與了mRNA 的細胞質定位、翻譯起始、蛋白質共翻譯折疊等過程的調控。mRNA 二級結構可以通過結構穩(wěn)定性的變化來調控翻譯過程，且mRNA 二級結構穩(wěn)定性與蛋白質表達量之間存在顯著正相關。

關于SNP 位點會對基因轉錄的mRNA二級結構產生影響已經在豬、牦牛、荷斯坦牛等多種動物上被證實。從江香豬DRD1 基因的SNPs 位點、大通牦牛TLR2基因SNPs 位點、荷斯坦牛BoLA-DRA 基因和DQA2 基因SNPs 位點都會影響基因轉錄的mRNA 二級結構，改變最小自由能，改變穩(wěn)定性。

本研究使用RNA fold web server 在線生物信息學分析軟件對史賓格犬ASIC1基因外顯子2 上的9 G＞C 位點、外顯子4 上的102 A＞C 位點和外顯子5 上的20 G＞A 位點突變前后mRNA 二級結構進行預測并對比分析。本研究結果表明，外顯子2 上的9 G＞C 位點使ASIC1 基因轉 錄mRNA 二級結構穩(wěn)定性降低，外顯子4 上的102 A＞C 位點和外顯子5 上的20 G＞A位點均提高了mRNA 二級結構的穩(wěn)定性。由于SNP 可通過改變mRNA 二級結構穩(wěn)定性進而影響基因功能的發(fā)揮，因此，本研究結果可為今后探索ASIC1 基因影響犬恐懼行為的分子機制奠定理論基礎。