人抗增殖蛋白1生物信息学分析

陈 晨，赵小峰

（1.徐州市儿童医院超声医学科，江苏221002；2.徐州医学院基础医学院医学生物化学与分子生物学教学实验中心，江苏徐州221004）

人抗增殖蛋白1生物信息学分析

陈 晨1，赵小峰2

（1.徐州市儿童医院超声医学科，江苏221002；2.徐州医学院基础医学院医学生物化学与分子生物学教学实验中心，江苏徐州221004）

目的对人抗增殖蛋白1（PHB1）进行生物信息学分析，预测其结构和功能，为人PHB1的功能研究和利用奠定基础。方法利用生物信息学工具对人PHB1的染色体定位、跨膜区域、空间结构、理化性质和功能区进行预测。结果人PHB1由272个氨基酸组成，其中丙氨酸含量最高。该蛋白等电点为5.57，相对分子质量为29 804.1，分子式为C1331H2154N370O400S2。该蛋白为非跨膜的疏水蛋白，主要由α-螺旋构成。结论人PHB1为细胞膜蛋白超家族成员，发挥相应的生物学功能，也参与了人类许多疾病的发生、发展过程。

人类；计算生物学；序列分析；基因；抗增殖蛋白1

抗增殖蛋白1（prohibitin-1，PHB1）是一种胞内蛋白，因其能阻止细胞周期从G1期向S期转变，抑制细胞增殖和肿瘤细胞生长而得名[1-2]。有研究显示，PHB1是一种多功能蛋白，具有多种生物活性，如参与基因转录调控、作为分子伴侣作用维持线粒体的结构与功能，保护细胞免受氧化应激损伤，介导细胞生长、分化与迁移及在抗凋亡和抗衰老中发挥重要作用[3-5]，但其中的分子机制仍不清楚。本研究利用生物信息学工具对人PHB1的染色体定位、跨膜区域、空间结构、理化性质和功能区进行研究，希望为今后深入研究人PHB1在疾病中的作用提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象 将细胞膜蛋白超家族成员的人PHB1作为研究对象。

1.2 方法 登录NCBI主页进入Entrez网页搜索并下载phb基因家族中人phb1基因和蛋白序列。以获得的人phb1基因和蛋白序列信息为基础，应用pfam、smart、EMBL、Ensembl等数据库对人PHB1的基因结构、理化性质、空间结构及功能进行分析，然后应用STRING交互式数据库构建相关蛋白相互作用网络[6]。

2 结 果

2.1 人PHB1的基因结构 人phb1基因定位于染色体17q21，编码蛋白为 29.804×103（图 1），包含 7个外显子。第1、2外显子组成phb1基因的5′非翻译区，第7外显子具有约700 bp的3′非翻译区[1]。人phb1基因有15种可变剪切形式，其中4种具有生物意义上的非冗余的基因和蛋白序列（表1）。

2.2 人PHB1理化性质分析 PHB1等电点为5.57，分子式为C1331H2154N370O400S2，相对分子质量为29 804.1，由272个氨基酸组成，其中含量较高的氨基酸有丙氨酸（11.40%）、亮氨酸（9.90%）、缬氨酸（9.20%），含量较少者为半胱氨酸（0.40%）、蛋氨酸（0.40%）、色氨酸（0.40%），带负电荷的氨基酸残基数（天冬氨酸、谷氨酸）为35个，带正电荷的氨基酸残基数（精氨酸、赖氨酸）为31个。不稳定指数为46.02，推定该蛋白为不稳定蛋白。人PHB1总的亲水性平均系数为0.024，说明该蛋白为疏水蛋白（图2），大部分氨基酸分值分布在0以上。

图1 人phb1基因结构

表1 人phb1基因的可变剪切形式

图2 protscale软件分析结果

2.3 人PHB1的跨膜区分析 人PHB1为非跨膜蛋白，蛋白质419个氨基酸残基全部在膜外（图3）。

2.4 PHB1结构及相互作用分析 人PHB1由51.48%α-螺旋、11.76%折叠延伸链、36.76%无规卷曲构成（图4），这些构件在多肽链上呈不均匀分布。该蛋白在N端（26～187氨基酸残基处）有一高度保守的结构域（图5）。在3级结构中N端折叠延伸链分布较多，而α-螺旋在C端分布较多，与2级结构中预测的结构元件分布大致相同（图6）。利用STRING数据库搜索能与人PHB1相互作用的蛋白质，对人PHB1可能的靶点形成初步认识（图7）。

图3 人PHB1跨膜结构

图4 人PHB12级结构

图5 人PHB1结构域

图6 人PHB13级结构

图7 人PHB1相互作用

3 讨 论

PHB1是一种高度保守的膜蛋白，广泛分布于细菌、植物、酵母、原虫及哺乳动物等生物体的细胞中，具有较高的同源性[7]，小鼠和大鼠的PHB1序列完全相同，与人PHB1只相差1个氨基酸残基[8]。人PHB1定位于细胞膜、线粒体膜和细胞核，发挥多种生理功能。任哲等[9]研究发现，PHB1在过氧化氢（hydrogen peroxide，H2O2）处理的心肌细胞中表达量升高，高表达的PHB1代偿性增加并有向线粒体移位的趋势，有利于维持线粒体膜通透性和保护细胞免受H2O2引起的损伤。Zhou等[3]研究发现，PHB1表达与肾间质性纤维变性、活性氧簇、转化生长因子β1、细胞凋亡指数呈负相关。一些研究发现，在乳腺癌、前列腺癌、胃癌、肝癌中高表达的PHB1可抑制肿瘤生长[10-13]。Rajalingam等[14]研究发现，海拉（HeLa）细胞中PHB1是蛋白激酶激活Raf-MEK-ERK信号通路的必需蛋白。Sievers等[15]研究发现，PHB1在肿瘤细胞中具有维持细胞分裂、促进细胞黏附的作用，是肿瘤细胞增殖的必需蛋白。表明人PHB1在不同组织中存在差异表达，但其中的作用仍存在争议。人PHB1差异表达可能与蛋白在细胞中的定位有关，其中的分子机制尚不清楚，还有待于进一步研究。

本研究采用生物信息学手段对人phb1基因的结构和功能进行了研究。主要对基因的染色体定位、蛋白的理化性质、跨膜结构、亲（疏）水性、二级和三级结构、蛋白间相互作用等进行了预测。结果显示，人PHB1不含跨膜区，是非跨膜蛋白，提示该蛋白可能定位在膜上或游离于胞质中，作为调节蛋白发挥作用。亲（疏）水性分析发现，人PHB1是一个疏水蛋白，提示其活性部位在蛋白结构内部，对蛋白质2级结构的预测也具有重要的生物学意义。蛋白质2级结构是空间结构及蛋白功能的基础，通过2级结构的预测能为3级结构的预测提供指导。本研究发现，PHB1由α-螺旋、折叠延伸链、无规卷曲3种结构元件构成，并含有1个保守的同源结构域。通过蛋白间相互作用的研究发现了几种与人PHB1相互作用的蛋白质，显示人PHB1作为一种调节蛋白可以与E2F1、Rb1等因子发挥作用，调节细胞生命活动。

总之，本研究不仅提供了人PHB1结构和功能的初步研究结果，也为下一步系统研究人PHB1在肿瘤中的作用奠定了基础。

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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）

江苏省大学生实践训练计划项目（2012JSSPITP1871）。

陈晨（1985-），女，江苏徐州人，主要从事儿童彩超临床医学诊断工作；E-mail：ccxz20@126.com。

赵小峰（E-mail：xxzh2020@163.com）。