腫瘤壞死因子受體的生物信息學研究ぜ捌浼撲慊技術開發

于岸洲 劉天珩

摘要：本文通過計算機科學、生物信息學技術研究了腫瘤壞死因子的生物學特點，找到了其發揮功能的基因蛋白互作通路。在結構分析上發現該因子含有死亡結構域，形成一種類似于螺旋環螺旋的結構與TNFR1的胞內死亡結構域相互作用。在進化分析上發現人類與大猩猩、穴居人的死亡結構域有相似性。最后通過計算機軟件設計出該因子對應基因的引物用于后續研究。

關鍵詞：腫瘤壞死因子；生物信息學；計算機科學；死亡結構域

腫瘤壞死因子受體是定位于細胞膜上的能夠接受細胞外環境中的腫瘤壞死因子TNF的跨膜蛋白。該受體有兩種類型，一種類型為TNFR1，這種類型胞質區具有死亡結構域DD。胞外區域接受TNF刺激后可以與信號轉導子TRADD結合，引起后續細胞凋亡反應。

1 基因互作通路及其蛋白結構

根據文獻資料，TNFR1在胞質區存在死亡結構域DD，我們進入stringdb數據庫，選擇Protein Sequence search 粘貼TNFR1的氨基酸序列，得到以下基因蛋白互作通路。我們發現其中一條通路為TNF——TNFR1——TRADD——FADD——CASP8。

根據數據庫中的已知數據，我們發現TNFR1的死亡結構域可以和腫瘤壞死因子信號轉導子TRADD的死亡結構域相互作用，引起信號轉導，并繼續引發細胞凋亡。TRADD也存在死亡結構域。我們EBI的Pfam數據庫中檢索TRADD氨基酸序列。[2]為了探究該信號轉導子是否在每個物種中都具有類似的保守的結構域，我們在NCBI數據庫中下載多種動物的TRADD的氨基酸序列。

我們得到pfam數據庫中的不同物種的TRADD氨基酸序列后發現TRADD的死亡結構域位于215到301位置。我們的目的有兩個，1.探究TRADD蛋白在不同物種中的死亡結構域哪些位點具有相似性；2.找出TRADD的Motif判斷其功能。而要尋找死亡結構域DD，我們需要進行局部比對的保守序列比對。這樣才能找到恰當的TRADD的motif。對于蛋白的motif通常有兩個，一個是一級結構，一個是高級結構，我們需要找出一級結構通常由那些氨基酸序列，同時找到這些氨基酸構成了什么樣的空間結構，這樣有利于后續研究，所以我們需要使用軟件DNAMAN來進行多序列比對。[1]將下載好的不同物種的TRADD氨基酸序列導入DNAMAN中進行多序列比對。

選擇動態比對，起始空位罰分設置為20，延伸空位罰分設置為1，打分矩陣選擇BLOSUM。

我們的目的是對TRADD的氨基酸序列進行局部比對，分析它的DD死亡結構域是否在不同物種中都具有保守的序列，并且找到Motif。所以我們將比對參數的起始空位罰分增大，減小延伸空位罰分，盡可能地將保守序列匹配。另外選擇BLOSUM打分矩陣是因為我們選擇的物種之間的遺傳距離較大，BLOSUM62矩陣適合于遠緣物種之間序列比對。比對后，我們找到了死亡結構域DD所在區域[5]，不同物種的TRADD氨基酸序列在該區域有很高的相似性，我們找出有三段保守的氨基酸序列VGRSLQ，CRALRDFVIDL，REGLYEQAYFQLL。主要是以疏水氨基酸為主。且富含亮氨酸。通過二級結構分析，我們找到該死亡結構域由4個α螺旋和一個無規則卷曲組成，我們分析，該區域在空間上形成一種類似于螺旋環螺旋的結構與TNFR1的胞內死亡結構域相互作用。

2 進化分析

通過前面的分析，我們得到了TRADD的死亡結構域通過形成類似于螺旋環螺旋的空間結構與腫瘤壞死因子受體TNFR1的死亡結構域相互作用，改變構象后引起后續的信號轉導。在NCBI數據庫中，我們搜索到許多物種的TNFR1編碼死亡結構域的mRNA序列。我們準備選擇mRNA作為進化樹構建的序列。在NCBI上下載26條不同物種的TNFR1的編碼死亡結構域的mRNA序列，利用Mega7做進化樹。載入數據后選擇ClusterW進行對齊，對齊參數選擇，起始空位罰分20，延伸空位罰分0.1分。[3]

通過進化樹我們發現，人類的TNFR1與大猩猩和穴居人的TNFR1很相似，人類和大猩猩與穴居人的遺傳距離很近。這說明三者的死亡結構域也具有一定的相似性。

不能產生功能性的腫瘤壞死因子。[4]為此，我們可以克隆該基因進行研究。在NCBI數據庫中檢索到TNF的DNA序列。使用Primer設計引物得到以下結果

[JZ][XCimage25.tif]

[BT6]圖4 引物設計結果

4 結論

TNF——TNFR1——TRADD——FADD——CASP8是其發揮功能的主要基因蛋白互作通路。死亡結構域由4個α螺旋和一個無規則卷曲組成，該區域在空間上形成一種類似于螺旋環螺旋的結構與TNFR1的胞內死亡結構域相互作用。人類的TNFR1與大猩猩和穴居人的TNFR1很相似，人類和大猩猩與穴居人的遺傳距離很近。這說明三者的死亡結構域也具有一定的相似性。

參考文獻：

[1]種樂熹，胡德華.生物信息學軟件研究的可視化分析[J].生物信息學，2015，13（01）：5467.

[2]王一蓉，毛海峰，陳嘉勤.虎紋捕鳥蛛毒素對腦缺血模型大鼠海馬腫瘤壞死因子凋亡通路的影響[J].中國組織工程研究，2014，18（36）：58135818.

[3]崔磊.基因芯片實驗的軟件模擬研究[D].復旦大學，2008.

[4]劉艷麗，楊連甲，王秦芳，董紹忠，侯晉2.可溶性腫瘤壞死因子受體對炎性牙周膜細胞的作用[J].中國臨床康復，2006（17）：113116+199.

[5]張開明，唱文娟，劉玉峰.銀屑病患者皮損白介素8受體A、B及腫瘤壞死因子受體P55和P75的表達[J].中國麻風皮膚病雜志，2004（01）：68.