綿羊ADRA1B基因生物信息學分析

李娜 王維民 張德印 張小雪

摘要：利用生物信息學數據庫及軟件，對綿羊ADRA1B基因進行生物信息學分析，初步了解其結構并進行預測。結果表明，綿羊ADRA1B基因含有1個1548 bp 的開放閱讀框，編碼515個氨基酸殘基。ADRA1B蛋白分子質量為56 385.55 KDa，理論等電點PI為9.53。亞細胞主要定位于質膜，不屬于分泌蛋白。不存在信號肽序列。存在七段跨膜結構且有2段低復雜性區域，二級結構以無規卷曲為主，三級結構主要由無規卷曲纏繞折疊形成。參與心肌、血管、肌肉的收縮調節。

關鍵詞：綿羊;ADRA1B基因;生物信息學分析

中圖分類號：S826 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ?文章編號：1001-1463（2019）09-0042-07

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2019.09.011

Abstract：The bioinformatics analysis of sheep ADRA1B gene was carried out by using bioinformatics database and software，and its structure was preliminarily understood and predicted. The results showed that sheep ADRA1B gene contained an open reading frame of 1 548 bp， encoding 515 amino acid residues. The molecular mass of ADRA1B protein was 56 385.55 KDa， and the theoretical isoelectric point PI was 9.53. The subcells were mainly located in plasma membrane and did not belong to secretory protein. There are no signal peptide sequences;There are seven segments of transmembrane structure and two segments of low complexity regions. The secondary structure is mainly random crimp， and the tertiary structure is mainly formed by random crimp， winding and folding. Involved in the regulation of contraction of myocardium， blood vessels and muscles.

Key words：Sheep;ADRA1B gene;Bioinformatics analysis

a-1腎上腺素能受體（alpha-1 B adrenergic receptor，ADRA1B）是G蛋白偶聯受體家族成員之一，在激活有絲分裂和調節部分細胞的生長和增殖上有重要作用[1 ]。受體有主要調節細胞的生長和增殖，刺激活化線粒體的作用[2 - 4 ]。其次還可以激活其他信號轉導途徑，如花生四烯酸釋放等[3 ]。ADRAIB基因首次克隆的實現是在倉鼠的平滑肌細胞 上[5 ]。研究發現，倉鼠ADRAIB基因由2個外顯子和1個內含子組成，該內含子在鼠體內片段長度至少為16 kb，人體內為20 kb，在第六個跨膜結構域中斷了編碼區[5 - 7 ]。ADRA1B基因除了激活線粒體調節細胞生長增殖外，還可以調節蛋雞卵巢內卵泡的生長和發育，選擇以及成熟[2 - 4 ]。ADRAIB基因位于雞的13號染色體上，廣泛分布于機體的各種器官、組織和細胞中，通過Western方法發現ADRA1B蛋白質在腦、心臟分布較高[8 - 9 ]。RNAi及Northern等[10 ]研究表明，人和大鼠的不同組織中其mNRA的表達量水平差異顯著，其中在人的脾臟與腎臟中表達量最高，而在大鼠中卻是在心臟和肝臟中的組織表達量水平較高。在雞體內的分布和哺乳動物相似，廣泛分布在腦和腦外的組織，尤其是腎臟和肝臟[11 ]。目前，人、家鼠、牛、狗、豬、綿羊、雞兔子等動物的ADRA1B基因序列均已公布，但其結構和功能的研究還有待進一步深入。我們以生物基因組數據庫調取的綿羊ADRA1B的序列為基礎，利用生物信息學方法對不同物種ADRA1B基因系統發育和綿羊ADRA1B基因CDS區序列蛋白質的理化性質、二級結構及多參數預測、蛋白質跨膜結構、信號肽預測、亞細胞定位和三級結構等進行了分析，以期為深入研究ADRA1B基因及其編碼蛋白的基本結構和生物學功能提供理論基礎。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 序列來源

數據資料來源于NCBI網站的GenBank數據庫，包括綿羊（XM_015096166.2）、牛（NM_001191139.1）、人（NM_000679.4）、家鼠（NM_001284380.1）、豬（XM_021076921.1）、狗（NM_001197035.2）、兔子（NM_001082062.1）和雞（XM_414483.5）等8個物種的mRNA 序列（括號內為GenBank 登錄號）。

1.2 ? 方法

綿羊ADRA1B基因開放閱讀框（Open reading frame，ORF）采用NCBI的ORF Finder程序分析，參照Kozak法則。ADRA1B基因編碼產物的理化性質采用Bioedit及DNAStar分析軟件預測;亞細胞定位采用PSORTⅡ預測[12 ]。蛋白潛在信號肽剪切位點預測采用Signalp3.0軟件。跨膜螺旋區域的預測采用TMHMM程序。蛋白保守結構域分析采用Smart軟件。采用ProtScale進行蛋白親疏水性分析。二級結構采用Jpred分析預測。采用Swiss-model軟件分析蛋白三級結構多序列比對及同源性分析采用DNAMAN軟件分析。

2 ? 結果與分析

2.1 ? 綿羊ADRA1B基因開放閱讀框分析

通過圖1開放閱讀框分析結果看出，綿羊ADRA1B基因序列中有1條長1 548 bp的ORF，起始密碼子位于298 bp處，終止密碼子位于1 845 bp處，推測編碼515個氨基酸殘基。

2.2 ? 綿羊ADRA1B編碼產物的理化性質分析

蛋白質的基本性質包括其相對分子質量、氨基酸組成和等電點等[13 ]。對綿羊ADRA1B基因編碼產物理化性質的分析結果表明，綿羊的ADRA1B基因編碼515個氨基酸殘基，其分子式為C2554 H4024 N696 O702 S21，分子質量為56 385.55 KDa，理論等電點PI為9.53。其氨基酸組成如圖2所示，其中含量最多的氨基酸是Leu（亮氨酸），所占比例為12%;含量最少的氨基酸是Met（蛋氨酸），所占比例1.2%。負電荷殘基總數（Asp +Glu）為37，正電荷殘基總數（Arg +Lys）為59。基因編碼產物半衰期和不穩定指數分別為30 h和51.70，不穩定指數為51.70 > 40.00，由此可確定該基因編碼產物屬于不穩定蛋白。

2.3 ? 綿羊ADRA1B蛋白亞細胞定位

綿羊ADRA1B基因對蛋白亞細胞的定位結果見表1。可以看出，綿羊ADRA1B蛋白的亞細胞分布于質膜的可能性為56.5%，分布于囊泡分泌系統、內質網的可能性為13.0%，分布于細胞核的可能性為8.7%，分布于高爾基體、線粒體的可能性為4.3%。由此推斷，綿羊ADRA1B基因主要在質膜中發揮生物學作用，其次在囊泡分泌系統、內質網中發揮作用。

2.4 ? 綿羊ADRA1B編碼產物的同源性比對及系統發育分析

DNAMAN對ADRA1B蛋白的多序列比對結果發現，該基因在多個物種中都有表達，且綿羊、雞、家鼠、牛、人、豬、狗的同源性較高，表明ADRA1B基因在物種間的表達是相對比較保守的（圖3）。圖4所示的系統發育結果表明，綿羊、雞、家鼠、牛、人、豬、狗在系統發育樹中的距離很近，由此推測這幾個物種的親緣關系很近。

2.5 ? 綿羊ADRA1B蛋白潛在信號肽剪切位點預測

信號肽序列是存在于分泌蛋白基因編碼序列中、在起始密碼子之后的1段富含疏水氨基酸多肽的序列。通過檢測綿羊ADRA1B蛋白潛在信號肽的存在情況可以得知該基因編碼的產物是否是分泌蛋白和跨膜蛋白以及跨膜蛋白的基本信息。從圖5可以看出，綿羊ADRA1B基因編碼產物的C值、Y值和S值分別為0.058、0.074和0.718。因此推斷ADRA1B基因的編碼產物不存在信號肽，是非分泌性蛋白但發現跨膜區，該蛋白是跨膜蛋白。

2.6 ? 綿羊ADRA1B蛋白跨膜螺旋結構預測

用TMPRED和TMHMM 2.0軟件分析的結果顯示，該基因編碼的蛋白有7段跨膜結構（圖6），其中0～47、105～118、185～203、318～331位氨基酸在細胞膜外，其余氨基酸在細胞質內。

2.7 ? 綿羊ADRA1B蛋白保守結構域分析

由Smart軟件分析得出，綿羊ADRA1B第56～363位氨基酸殘基存在跨膜區，第403～415位和第455～470位氨基酸殘基均為低復雜性區域（圖7、表2）。

2.8 ? 綿羊ADRA1B蛋白親疏水性分析

研究發現，該基因編碼蛋白疏水性最大值為6（374～375位），最小值為2.556（188位，259位），由此得出該基因編碼的蛋白屬于疏水蛋白（圖8）。

2.9 ? 綿羊ADRA1B蛋白二級結構的預測

通過Jpred軟件分析可知（圖9）綿羊ADRA1B蛋白二級結構如下：α螺旋（alpha helix，Hh）：105，20.39%，β折疊（extended strand，Ee）：107，20.78%，無規卷曲（Random coil）（Cc）：303，58.83%。可知綿羊ADRA1B蛋白二級結以無規卷曲為主。

2.10 ? 綿羊ADRA1B蛋白三級結構預測與分析

由圖10可知，ADRA1B基因編碼蛋白的三級結構主要由無規卷曲折疊纏繞形成。

3 ? 小結與討論

綿羊ADRA1B基因的ORF長度為1 548 bp，編碼515個氨基酸殘基;亮氨酸所占比例最多，為12%，分子質量為56 385.55 KDa，理論等電點PI為9.53。ADRA1B編碼的產物為不穩定性蛋白。ADRA1B蛋白的亞細胞定位在質膜的可能性最大，為56.5%。ADRA1B在多種物種中氨基酸序列完全相同，綿羊、雞、家鼠、牛、人、豬、狗在系統發育樹中距離最近。ADRA1B基因的編碼產物中不存在信號肽，為非分泌性蛋白但發現了跨膜區，故該蛋白是跨膜蛋白。該基因編碼的蛋白有7段跨膜結構。ADRA1B編碼的蛋白為疏水蛋白，富含疏水氨基酸，多肽序列的長度為70。綿羊ADRA1B基因編碼產物的二級結構主要以無規則卷曲為主，三級結構主要由無規卷曲折疊纏繞形成。

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（本文責編：陳 ? ?偉）