陳 晨，趙小峰

（1.徐州市兒童醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科，江蘇221002；2.徐州醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)實驗中心，江蘇徐州221004）

人抗增殖蛋白1生物信息學(xué)分析

陳 晨1，趙小峰2

（1.徐州市兒童醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科，江蘇221002；2.徐州醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)教學(xué)實驗中心，江蘇徐州221004）

目的對人抗增殖蛋白1（PHB1）進(jìn)行生物信息學(xué)分析，預(yù)測其結(jié)構(gòu)和功能，為人PHB1的功能研究和利用奠定基礎(chǔ)。方法利用生物信息學(xué)工具對人PHB1的染色體定位、跨膜區(qū)域、空間結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和功能區(qū)進(jìn)行預(yù)測。結(jié)果人PHB1由272個氨基酸組成，其中丙氨酸含量最高。該蛋白等電點為5.57，相對分子質(zhì)量為29 804.1，分子式為C1331H2154N370O400S2。該蛋白為非跨膜的疏水蛋白，主要由α-螺旋構(gòu)成。結(jié)論人PHB1為細(xì)胞膜蛋白超家族成員，發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)功能，也參與了人類許多疾病的發(fā)生、發(fā)展過程。

人類；計算生物學(xué)；序列分析；基因；抗增殖蛋白1

抗增殖蛋白1（prohibitin-1，PHB1）是一種胞內(nèi)蛋白，因其能阻止細(xì)胞周期從G1期向S期轉(zhuǎn)變，抑制細(xì)胞增殖和腫瘤細(xì)胞生長而得名[1-2]。有研究顯示，PHB1是一種多功能蛋白，具有多種生物活性，如參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、作為分子伴侶作用維持線粒體的結(jié)構(gòu)與功能，保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷，介導(dǎo)細(xì)胞生長、分化與遷移及在抗凋亡和抗衰老中發(fā)揮重要作用[3-5]，但其中的分子機(jī)制仍不清楚。本研究利用生物信息學(xué)工具對人PHB1的染色體定位、跨膜區(qū)域、空間結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和功能區(qū)進(jìn)行研究，希望為今后深入研究人PHB1在疾病中的作用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象 將細(xì)胞膜蛋白超家族成員的人PHB1作為研究對象。

1.2 方法 登錄NCBI主頁進(jìn)入Entrez網(wǎng)頁搜索并下載phb基因家族中人phb1基因和蛋白序列。以獲得的人phb1基因和蛋白序列信息為基礎(chǔ)，應(yīng)用pfam、smart、EMBL、Ensembl等數(shù)據(jù)庫對人PHB1的基因結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、空間結(jié)構(gòu)及功能進(jìn)行分析，然后應(yīng)用STRING交互式數(shù)據(jù)庫構(gòu)建相關(guān)蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)[6]。

2 結(jié) 果

2.1 人PHB1的基因結(jié)構(gòu) 人phb1基因定位于染色體17q21，編碼蛋白為 29.804×103（圖 1），包含 7個外顯子。第1、2外顯子組成phb1基因的5′非翻譯區(qū)，第7外顯子具有約700 bp的3′非翻譯區(qū)[1]。人phb1基因有15種可變剪切形式，其中4種具有生物意義上的非冗余的基因和蛋白序列（表1）。

2.2 人PHB1理化性質(zhì)分析 PHB1等電點為5.57，分子式為C1331H2154N370O400S2，相對分子質(zhì)量為29 804.1，由272個氨基酸組成，其中含量較高的氨基酸有丙氨酸（11.40%）、亮氨酸（9.90%）、纈氨酸（9.20%），含量較少者為半胱氨酸（0.40%）、蛋氨酸（0.40%）、色氨酸（0.40%），帶負(fù)電荷的氨基酸殘基數(shù)（天冬氨酸、谷氨酸）為35個，帶正電荷的氨基酸殘基數(shù)（精氨酸、賴氨酸）為31個。不穩(wěn)定指數(shù)為46.02，推定該蛋白為不穩(wěn)定蛋白。人PHB1總的親水性平均系數(shù)為0.024，說明該蛋白為疏水蛋白（圖2），大部分氨基酸分值分布在0以上。

圖1 人phb1基因結(jié)構(gòu)

表1 人phb1基因的可變剪切形式

圖2 protscale軟件分析結(jié)果

2.3 人PHB1的跨膜區(qū)分析 人PHB1為非跨膜蛋白，蛋白質(zhì)419個氨基酸殘基全部在膜外（圖3）。

2.4 PHB1結(jié)構(gòu)及相互作用分析 人PHB1由51.48%α-螺旋、11.76%折疊延伸鏈、36.76%無規(guī)卷曲構(gòu)成（圖4），這些構(gòu)件在多肽鏈上呈不均勻分布。該蛋白在N端（26～187氨基酸殘基處）有一高度保守的結(jié)構(gòu)域（圖5）。在3級結(jié)構(gòu)中N端折疊延伸鏈分布較多，而α-螺旋在C端分布較多，與2級結(jié)構(gòu)中預(yù)測的結(jié)構(gòu)元件分布大致相同（圖6）。利用STRING數(shù)據(jù)庫搜索能與人PHB1相互作用的蛋白質(zhì)，對人PHB1可能的靶點形成初步認(rèn)識（圖7）。

圖3 人PHB1跨膜結(jié)構(gòu)

圖4 人PHB12級結(jié)構(gòu)

圖5 人PHB1結(jié)構(gòu)域

圖6 人PHB13級結(jié)構(gòu)

圖7 人PHB1相互作用

3 討 論

PHB1是一種高度保守的膜蛋白，廣泛分布于細(xì)菌、植物、酵母、原蟲及哺乳動物等生物體的細(xì)胞中，具有較高的同源性[7]，小鼠和大鼠的PHB1序列完全相同，與人PHB1只相差1個氨基酸殘基[8]。人PHB1定位于細(xì)胞膜、線粒體膜和細(xì)胞核，發(fā)揮多種生理功能。任哲等[9]研究發(fā)現(xiàn)，PHB1在過氧化氫（hydrogen peroxide，H2O2）處理的心肌細(xì)胞中表達(dá)量升高，高表達(dá)的PHB1代償性增加并有向線粒體移位的趨勢，有利于維持線粒體膜通透性和保護(hù)細(xì)胞免受H2O2引起的損傷。Zhou等[3]研究發(fā)現(xiàn)，PHB1表達(dá)與腎間質(zhì)性纖維變性、活性氧簇、轉(zhuǎn)化生長因子β1、細(xì)胞凋亡指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。一些研究發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌、前列腺癌、胃癌、肝癌中高表達(dá)的PHB1可抑制腫瘤生長[10-13]。Rajalingam等[14]研究發(fā)現(xiàn)，海拉（HeLa）細(xì)胞中PHB1是蛋白激酶激活Raf-MEK-ERK信號通路的必需蛋白。Sievers等[15]研究發(fā)現(xiàn)，PHB1在腫瘤細(xì)胞中具有維持細(xì)胞分裂、促進(jìn)細(xì)胞黏附的作用，是腫瘤細(xì)胞增殖的必需蛋白。表明人PHB1在不同組織中存在差異表達(dá)，但其中的作用仍存在爭議。人PHB1差異表達(dá)可能與蛋白在細(xì)胞中的定位有關(guān)，其中的分子機(jī)制尚不清楚，還有待于進(jìn)一步研究。

本研究采用生物信息學(xué)手段對人phb1基因的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行了研究。主要對基因的染色體定位、蛋白的理化性質(zhì)、跨膜結(jié)構(gòu)、親（疏）水性、二級和三級結(jié)構(gòu)、蛋白間相互作用等進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果顯示，人PHB1不含跨膜區(qū)，是非跨膜蛋白，提示該蛋白可能定位在膜上或游離于胞質(zhì)中，作為調(diào)節(jié)蛋白發(fā)揮作用。親（疏）水性分析發(fā)現(xiàn)，人PHB1是一個疏水蛋白，提示其活性部位在蛋白結(jié)構(gòu)內(nèi)部，對蛋白質(zhì)2級結(jié)構(gòu)的預(yù)測也具有重要的生物學(xué)意義。蛋白質(zhì)2級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)及蛋白功能的基礎(chǔ)，通過2級結(jié)構(gòu)的預(yù)測能為3級結(jié)構(gòu)的預(yù)測提供指導(dǎo)。本研究發(fā)現(xiàn)，PHB1由α-螺旋、折疊延伸鏈、無規(guī)卷曲3種結(jié)構(gòu)元件構(gòu)成，并含有1個保守的同源結(jié)構(gòu)域。通過蛋白間相互作用的研究發(fā)現(xiàn)了幾種與人PHB1相互作用的蛋白質(zhì)，顯示人PHB1作為一種調(diào)節(jié)蛋白可以與E2F1、Rb1等因子發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞生命活動。

總之，本研究不僅提供了人PHB1結(jié)構(gòu)和功能的初步研究結(jié)果，也為下一步系統(tǒng)研究人PHB1在腫瘤中的作用奠定了基礎(chǔ)。

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Bioinformatics analysis of human prohibitin

Chen Chen1，Zhao Xiaofeng2
（1.Department of Ultrasound Medicine，Xuzhou Municipal Children′s Hospital，Jiangsu 221002，China；2.Experimental Center for Medical Biochemistry and Molecular Biology Teaching，School of Basic Medical Courses，Xuzhou Medical College，Xuzhou，Jiangsu 221004，China）

ObjectiveTo perform the bioinformatics analysis for predicting the structure and function of human prohibitin 1（PHB1）to lay the foundation for its functional research and application．MethodsThe bioinformatics tools were used to predict the chromosome location，transmembrane region，spatial structure，physical and chemical properties and functional regions of PHB1.ResultsThe bioinformatic analysis revealed that PHB1was composed of 272 amino acids，in which the alanine content was highest；the theoretical isoelectric point was 5.57，the molecular formula was C1331H2154N370O400S2with a relative molecular mass of 29 804.1.PHB1protein was a non-transmembrane hydrophobin，which was constituted by alpha-helix.ResultsHuman PHB1is a superfamily member of cellular membrane protein，plays the corresponding biological function and also participate in the occurrence and development of many human diseases.

Humans；Computational biology；Sequence analysis；Genes；Prohibitin-1

10.3969/j.issn.1009-5519.2015.17.003

A

1009-5519（2015）17-2575-03

2015-05-21）

江蘇省大學(xué)生實踐訓(xùn)練計劃項目（2012JSSPITP1871）。

陳晨（1985-），女，江蘇徐州人，主要從事兒童彩超臨床醫(yī)學(xué)診斷工作；E-mail：ccxz20@126.com。

趙小峰（E-mail：xxzh2020@163.com）。