绵羊ADRA1B基因生物信息学分析

李娜 王维民 张德印 张小雪

摘要：利用生物信息学数据库及软件，对绵羊ADRA1B基因进行生物信息学分析，初步了解其结构并进行预测。结果表明，绵羊ADRA1B基因含有1个1548 bp 的开放阅读框，编码515个氨基酸残基。ADRA1B蛋白分子质量为56 385.55 KDa，理论等电点PI为9.53。亚细胞主要定位于质膜，不属于分泌蛋白。不存在信号肽序列。存在七段跨膜结构且有2段低复杂性区域，二级结构以无规卷曲为主，三级结构主要由无规卷曲缠绕折叠形成。参与心肌、血管、肌肉的收缩调节。

关键词：绵羊;ADRA1B基因;生物信息学分析

中图分类号：S826       文献标志码：A        文章编号：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肾上腺素能受体（alpha-1 B adrenergic receptor，ADRA1B）是G蛋白偶联受体家族成员之一，在激活有丝分裂和调节部分细胞的生长和增殖上有重要作用[1 ]。受体有主要调节细胞的生长和增殖，刺激活化线粒体的作用[2 - 4 ]。其次还可以激活其他信号转导途径，如花生四烯酸释放等[3 ]。ADRAIB基因首次克隆的实现是在仓鼠的平滑肌细胞 上[5 ]。研究发现，仓鼠ADRAIB基因由2个外显子和1个内含子组成，该内含子在鼠体内片段长度至少为16 kb，人体内为20 kb，在第六个跨膜结构域中断了编码区[5 - 7 ]。ADRA1B基因除了激活线粒体调节细胞生长增殖外，还可以调节蛋鸡卵巢内卵泡的生长和发育，选择以及成熟[2 - 4 ]。ADRAIB基因位于鸡的13号染色体上，广泛分布于机体的各种器官、组织和细胞中，通过Western方法发现ADRA1B蛋白质在脑、心脏分布较高[8 - 9 ]。RNAi及Northern等[10 ]研究表明，人和大鼠的不同组织中其mNRA的表达量水平差异显著，其中在人的脾臟与肾脏中表达量最高，而在大鼠中却是在心脏和肝脏中的组织表达量水平较高。在鸡体内的分布和哺乳动物相似，广泛分布在脑和脑外的组织，尤其是肾脏和肝脏[11 ]。目前，人、家鼠、牛、狗、猪、绵羊、鸡兔子等动物的ADRA1B基因序列均已公布，但其结构和功能的研究还有待进一步深入。我们以生物基因组数据库调取的绵羊ADRA1B的序列为基础，利用生物信息学方法对不同物种ADRA1B基因系统发育和绵羊ADRA1B基因CDS区序列蛋白质的理化性质、二级结构及多参数预测、蛋白质跨膜结构、信号肽预测、亚细胞定位和三级结构等进行了分析，以期为深入研究ADRA1B基因及其编码蛋白的基本结构和生物学功能提供理论基础。

1   材料与方法

1.1   序列来源

数据资料来源于NCBI网站的GenBank数据库，包括绵羊（XM_015096166.2）、牛（NM_001191139.1）、人（NM_000679.4）、家鼠（NM_001284380.1）、猪（XM_021076921.1）、狗（NM_001197035.2）、兔子（NM_001082062.1）和鸡（XM_414483.5）等8个物种的mRNA 序列（括号内为GenBank 登录号）。

1.2   方法

绵羊ADRA1B基因开放阅读框（Open reading frame，ORF）采用NCBI的ORF Finder程序分析，参照Kozak法则。ADRA1B基因编码产物的理化性质采用Bioedit及DNAStar分析软件预测;亚细胞定位采用PSORTⅡ预测[12 ]。蛋白潜在信号肽剪切位点预测采用Signalp3.0软件。跨膜螺旋区域的预测采用TMHMM程序。蛋白保守结构域分析采用Smart软件。采用ProtScale进行蛋白亲疏水性分析。二级结构采用Jpred分析预测。采用Swiss-model软件分析蛋白三级结构多序列比对及同源性分析采用DNAMAN软件分析。

2   结果与分析

2.1   绵羊ADRA1B基因开放阅读框分析

通过图1开放阅读框分析结果看出，绵羊ADRA1B基因序列中有1条长1 548 bp的ORF，起始密码子位于298 bp处，终止密码子位于1 845 bp处，推测编码515个氨基酸残基。

2.2   绵羊ADRA1B编码产物的理化性质分析

蛋白质的基本性质包括其相对分子质量、氨基酸组成和等电点等[13 ]。对绵羊ADRA1B基因编码产物理化性质的分析结果表明，绵羊的ADRA1B基因编码515个氨基酸残基，其分子式为C2554 H4024 N696 O702 S21，分子质量为56 385.55 KDa，理论等电点PI为9.53。其氨基酸组成如图2所示，其中含量最多的氨基酸是Leu（亮氨酸），所占比例为12%;含量最少的氨基酸是Met（蛋氨酸），所占比例1.2%。负电荷残基总数（Asp +Glu）为37，正电荷残基总数（Arg +Lys）为59。基因编码产物半衰期和不稳定指数分别为30 h和51.70，不稳定指数为51.70 > 40.00，由此可确定该基因编码产物属于不稳定蛋白。

2.3   绵羊ADRA1B蛋白亚细胞定位

绵羊ADRA1B基因对蛋白亚细胞的定位结果见表1。可以看出，绵羊ADRA1B蛋白的亚细胞分布于质膜的可能性为56.5%，分布于囊泡分泌系统、内质网的可能性为13.0%，分布于细胞核的可能性为8.7%，分布于高尔基体、线粒体的可能性为4.3%。由此推断，绵羊ADRA1B基因主要在质膜中发挥生物学作用，其次在囊泡分泌系统、内质网中发挥作用。

2.4   绵羊ADRA1B编码产物的同源性比对及系统发育分析

DNAMAN对ADRA1B蛋白的多序列比对结果发现，该基因在多个物种中都有表达，且绵羊、鸡、家鼠、牛、人、猪、狗的同源性较高，表明ADRA1B基因在物种间的表达是相对比较保守的（图3）。图4所示的系统发育结果表明，绵羊、鸡、家鼠、牛、人、猪、狗在系统发育树中的距离很近，由此推测这几个物种的亲缘关系很近。

2.5   绵羊ADRA1B蛋白潜在信号肽剪切位点预测

信号肽序列是存在于分泌蛋白基因编码序列中、在起始密码子之后的1段富含疏水氨基酸多肽的序列。通过检测绵羊ADRA1B蛋白潜在信号肽的存在情况可以得知该基因编码的产物是否是分泌蛋白和跨膜蛋白以及跨膜蛋白的基本信息。从图5可以看出，绵羊ADRA1B基因编码产物的C值、Y值和S值分别为0.058、0.074和0.718。因此推断ADRA1B基因的编码产物不存在信号肽，是非分泌性蛋白但发现跨膜区，该蛋白是跨膜蛋白。

2.6   绵羊ADRA1B蛋白跨膜螺旋结构预测

用TMPRED和TMHMM 2.0软件分析的结果显示，该基因编码的蛋白有7段跨膜结构（图6），其中0～47、105～118、185～203、318～331位氨基酸在细胞膜外，其余氨基酸在细胞质内。

2.7   绵羊ADRA1B蛋白保守结构域分析

由Smart软件分析得出，绵羊ADRA1B第56～363位氨基酸残基存在跨膜区，第403～415位和第455～470位氨基酸残基均为低复杂性区域（图7、表2）。

2.8   绵羊ADRA1B蛋白亲疏水性分析

研究发现，该基因编码蛋白疏水性最大值为6（374～375位），最小值为2.556（188位，259位），由此得出该基因编码的蛋白属于疏水蛋白（图8）。

2.9   绵羊ADRA1B蛋白二级结构的预测

通过Jpred软件分析可知（图9）绵羊ADRA1B蛋白二级结构如下：α螺旋（alpha helix，Hh）：105，20.39%，β折叠（extended strand，Ee）：107，20.78%，无规卷曲（Random coil）（Cc）：303，58.83%。可知绵羊ADRA1B蛋白二级结以无规卷曲为主。

2.10   綿羊ADRA1B蛋白三级结构预测与分析

由图10可知，ADRA1B基因编码蛋白的三级结构主要由无规卷曲折叠缠绕形成。

3   小结与讨论

绵羊ADRA1B基因的ORF长度为1 548 bp，编码515个氨基酸残基;亮氨酸所占比例最多，为12%，分子质量为56 385.55 KDa，理论等电点PI为9.53。ADRA1B编码的产物为不稳定性蛋白。ADRA1B蛋白的亚细胞定位在质膜的可能性最大，为56.5%。ADRA1B在多种物种中氨基酸序列完全相同，绵羊、鸡、家鼠、牛、人、猪、狗在系统发育树中距离最近。ADRA1B基因的编码产物中不存在信号肽，为非分泌性蛋白但发现了跨膜区，故该蛋白是跨膜蛋白。该基因编码的蛋白有7段跨膜结构。ADRA1B编码的蛋白为疏水蛋白，富含疏水氨基酸，多肽序列的长度为70。绵羊ADRA1B基因编码产物的二级结构主要以无规则卷曲为主，三级结构主要由无规卷曲折叠缠绕形成。

参考文献：

[1] 牟   芳.  鸡ADRA1B和PPARGC1B基因在卵泡中的时空表达及其新SNPs对产蛋性状的遗传效应[D].  长春：吉林农业大学，2016，2-11.

[2] WALDROP，B. A. D. MASTALERZ，M. T. PIASCIK，et al. Alpha （1B） - and alpha （l D）-Adrenergic receptors exhibit different requirements for agonist and mitogen-activated protein kinase activation to regulate growth responses in rat 1 fibroblasts[J].  J. Pharmacol. Exp. Ther.，2002，300：83-90.

[3] BALBOA M A，INSEL P A. Stimulation of phospholipase D via alpha-adrenergic receptors in madin-darby canine kidney cells is independently of PKC-alpha and epsilon activation[J].  Mol Pharmacol，1998，53：221-7.

[4] KODAMA D，A TOGARI. Noradrenaline stimulates cell proliferation by suppressing potassium channels via G （i/o） -protein-coupled a （1 B）-adrenoceptors in human osteoblasts[J].  Br. J. Pharmacol，2013，168：1230-1239.

[5] RAMARAO，C S，J M DENKER，D M  PEREZ，et al. Genomic organization and expression of thehuman alpha lB-adrenergic receptor[J].  J. Biol. Chem，1992，267：21936-21945.

[6] GAO B，G KUNOS.  Isolation and characterization of the gene encoding the rat alpha1    Badrenergic receptor[J].  Gene，1993，131：243-237.

[7] PEARSON G，ROBINSON F，BEERS GIBSON T，et al. Mitogen activated protein （MAP）   kinase pathways：regulation and physiological functions[J].  Endocr Rev，2001，22：153-83.

[8] 吴   虹，孙银香.  a1-肾上腺素受体亚型的分布及特点[J].  中国医院药学杂志，2007，27（12）：1728-1731.

[9] 何星颖.  a1-肾上腺素受体的研究进展[J].  医学分子生物学杂志，2004，1（5）：313-315.

[10] PRICE T，LEFKOWITZ R J，CARON M G， et al. Localization of mRNA for three distincta1-adrenergicreceptor subtypes in human tissues：implication for human odrenergic physiology[J].  Mol Pharmacol，1994，45（2）：171-175.

[11]ANA ALONSO-LLAMAZARES，JESU'S LOPEZ ALONSO，MANUEL DEL BARRIO， et al.  Cloning of chicken and mouse a adrenergic receptor[J].  Biochimicaet Biophysica Acta，1998，1396：263-266.

[12] 張小雪，李发弟，王维民.  绵羊ANXA10基因生物信息学分析[J].  甘肃农业科技，2016（6）：1-4.

[13] 张小雪，李发弟，王维民.  绵羊STMN2基因生物信息学分析[J].  甘肃农业科技，2016（7）：58-61.

（本文责编：陈    伟）