尘螨1类变应原Der f 1和Der p 1生物信息学分析

郭 伟，姜玉新

(皖南医学院 1.形态实验中心；2.生理学教研室，安徽 芜湖 241002)

哮喘是临床常见的呼吸系统疾病，近年来其发病率和患病率逐年增加[1-4]；而变应原特异性免疫治疗(allergen-specific immunotherapy,ASIT)是现阶段唯一针对病因治疗且能改变自然病程的治疗方法[5-6]。了解变应原的理化性质，是安全进行ASIT的前提。生物信息学是以DNA或蛋白质序列等生物信息分析作为源头，破译隐藏在序列信息中的语义规律，阐明海量生物信息的信息实质，在此基础上归纳、整理与遗传语义信息释放及调控相关的转录谱和蛋白质的数据，从而认识代谢、发育、分化和进化的规律[7]。应用生物信息学技术，了解变应原的理化性质，不仅可以预测其可能具有的生物功能，而且对相关研究的后续实验具有指导意义。

本实验应用生物信息学技术，对尘螨1类变应原基因Der f 1和Der p 1进行分析，并对其编码氨基酸系列的理化性质及空间结构进行预测，为螨过敏性疾病的ASIT提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 基因序列来源 Genebank中检索尘螨1类变应原基因Der f 1和Der p 1编码区序列，Der f 1(EF139428.1)966 bp，Der p 1(EU092644.1)963 bp。

1.2 尘螨1类变应原基因及其编码蛋白质特性预测 利用ExPASy软件(http://web.expasy.org/protparam/)预测两变应原的理论分子量、等电点(p 1)、不稳定指数、脂肪指数及总平均疏水指数(grand average of hydropathicity,GRAVY)；利用ProtScale软件(http://web.expasy.org/protscale/)分析两变应原的疏水性；利用TMHMM软件(http://www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/)对变应原的跨膜区进行分析。

1.3 结构分析 利用NPS软件(http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=/NPSA/npsa_gor4.html)对变应原的二级结构进行分析；检索蛋白数据库(Protein Date Bank,PDB)，两变应原代码分别为Der f 1(PDB:3D6S)，Der p 1(PDB:3F5V)，利用SWISS-MODEL和PyMol软件分别绘制Der f 1、 Der p 1空间结构图。

1.4 尘螨1类变应原功能位点预测 利用InterProScan软件(http://www.ebi.ac.uk/interpro/search/sequence-search)对尘螨1类变应原的功能位点进行预测分析。

2 结果

2.1 变应原特性预测 Der f 1分子量约为36.4 ku，分子式为C1613H2474N442O493S13，p 1理论值为5.66，不稳定系数为38.69，认为该变应原为稳定蛋白，脂肪指数为79.63，GRAVY为-0.369，推测其可能为亲水蛋白，疏水区可能在5～21和225～241氨基酸序列中(图1A)，无跨膜区(图2A)；Der p 1分子量约为36.4 ku，分子式为C1601H2444N444O486S13，p 1理论值为5.65，不稳定系数为37.42，认为该变应原为稳定蛋白，脂肪指数为80.56，GRAVY为-0.335，疏水区较(图1B)Der f 1相似，无跨膜区(图2B)。

2.2 结构分析 Der f 1是由3个蛋白分子组成的三聚体，其中有2个单体链接紧密，另1单体同它们弹性结合，之间沟壑较深(图3A、B)；二级结构中，α螺旋占38.32%，不规则卷曲占43.93%，延伸链占17.76%(图3C)。Der p 1由2个球型单体组成，单体间结合紧密，表面相对平坦，沟壑较Der f 1浅(图3D、E)；二级结构中，α螺旋占43.75%，不规则卷曲占36.56%，延伸链占19.69%(图3F)。

图1 尘螨1类变应原疏水区预测Fig 1 Prediction of the hydrophobicity for dust mite group 1 allergen

图2 尘螨1类变应原跨膜区预测Fig 2 Prediction of transmembrane regions in dust mite group 1 allergen

A.Der f 1分子表面结构图；B.A图水平旋转180°；C.Der f 1内部结构图；D.Der p 1分子表面结构图；E.D图水平旋转180°；F.Der p 1内部结构图

2.3 功能位点分析 Der f 1由蛋白酶抑制子I 29和木瓜蛋白酶C-端2个结构域组成，分别位于氨基酸序列的26～75和109～317段；半胱氨酸活性位点位于序列的127～138段，组氨酸活性位点在267～277段，天冬酰胺活性位点在284～303段。Der p 1由蛋白酶抑制子I 29和木瓜蛋白酶C-端2个结构域组成，分别位于氨基酸序列的26～75和108～319；半胱氨酸活性位点、组氨酸活性位点和天冬酰胺活性位点分别位于氨基酸序列的126～137段、266～276段和283～302段。

3 讨论

通过生物信息学分析发现，两者的分子量、跨膜区、亲水性、疏水区、脂肪指数、不稳定系数及GRAVY均相似，此结果是因为Der f 1与Der p 1氨基酸序列高度同源(82.19%)所致；崔玉宝等[8]通过生物信息学分析推测Der f 1为疏水蛋白，本实验结果与其相冲突，其原因有待进一步研究。在17.81%不相同的序列中，导致了Der f 1与Der p 1具有不同的表面结构和空间结构(图3)，从而影响抗体的绑定[9-10]或生成不同的T细胞与B细胞表位[11-13]。作为木瓜蛋白酶家族成员，Der f 1与Der p 1具有2个相同的结构域，所在氨基酸序列的位置也基本相同，半胱氨酸活性位点、组氨酸活性位点和天冬酰胺活性位点在抗原提呈与后期产生过敏反应的过程中起到关键作用。

生物信息学技术已经充分利用在免疫学领域，变应原通过生物信息学技术分析，不仅可以了解其理化性质，而且可以预测其可能具有的生物功能及功能基团，丰富了变应原的理论知识；同时，通过预测对从事相关研究的下一步实验具有指导意义，从而更加全面准确的了解变应原的生物活性，提高ASIT的安全系数。但同时我们也看到，由于预测方法及数据库的不同，相同的变应原可能会出现不同的预测结果，其可靠性还有待提高。

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