小鼠Aurora-A 蛋白的生物信息学分析＊

杨可心 王 会 李会

（1.徐州医科大学生命科学学院，江苏徐州 221004；2.徐州医科大学基础医学院，江苏徐州 221004）

0 引言

极光激酶A（Aurora-A）是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是近年来广受关注的细胞周期调节因子。Aurora-A激酶主要定位于有丝分裂期细胞中心体和纺锤体微管，在中心体复制阶段开始表达，促进中心体的成熟、分离、纺锤体的精确组装及胞质分裂。Aurora-A 以有丝分裂激酶依赖的方式调控多种细胞的发育分化和稳态维持，主要参与调控G2/M 期的细胞周期进程[1]。多项研究表明，Aurora-A 在造血恶性肿瘤、乳腺癌、结直肠癌等多种类型的癌症中异常高表达，是多种肿瘤治疗的靶点分子[2]。

尽管Aurora-A 以有丝分裂激酶依赖的方式调控多种细胞的发育分化和稳态维持，目前有研究指出Aurora-A 也以有丝分裂激酶非依赖的方式调控细胞多种生命活动，例如，Aurora-A 调控免疫突触的微管形成介导T 细胞活化[3]、介导微管形成调控神经元轴突延伸等[4]。此外，Aurora-A 作为丝苏氨酸激酶可通过磷酸化与中心体功能无关的蛋白质，如Taga 等人发现在U20S 人骨肉瘤细胞中，Aurora-A 可诱导Akt 和mTOR 癌蛋白的磷酸化，从而促进癌细胞扩增[5]。近年来也有研究报道，Aurora-A 存在着经典的SUMO 化保守序列，体内和体外实验均证明Aurora-A 通过SUMO 化促进自身激酶活性从而确保细胞的有丝分裂正常进行[6]。

Aurora-A 以有丝分裂激酶依赖和非依赖的方式调控多种细胞的生命活动，但是Aurora-A 激酶活化的结构基础和具体作用机制目前还不清楚。研究小鼠Aurora-A 的蛋白性质和蛋白结构对研究其功能具有重要的意义，目前尚未见Aurora-A 蛋白性质和结构的相关报道。本研究利用生物信息学工具对小鼠Aurora-A 蛋白的性质和结构进行预测和分析，旨在为研究Aurora-A 蛋白在生理和病理条件下的功能和调控机制奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

从NCBI 获取小鼠Aurora-A 蛋白的氨基酸序列（GenBank：AAH14711.1）。在线分析工具为 Blast、ExPASy、SOPMA、Swiss Model、NetPhos、SUMOplot、JASSA、GPS-SUMO 等生物信息学分析软件。

1.2 方法

利用生物信息学分析软件ExPASy 分析Aurora-A 蛋白的理化性质和疏水性（https://web.expasy.org/protparam，http://web.expasyweb.expasy.org/ protscale），利用SOPMA 分析Aurora-A 的二级结构（http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html），利用Swiss Model 分析Aurora-A 的三级结构（https://swissmodel.expasy.org/），利用NetPhos3.1 对Aurora-A的磷酸化位点进行预测（https://services.healthtech.dtu.dk/services/NetPhos-3.1/），利用SUMOplot （http://www.abgent.com/sumoplot)、JASSA（http://www.jassa.fr/）和GPS-SUMO （http://sumosp.biocuckoo.org/）软件预测Aurora-A 的SUMO 化位点。

2 结果与分析

2.1 Aurora-A 理化性质分析

小鼠Aurora-A 分子式为C2083H3325N609O614S14，含417个氨基酸残基，由20 种基本氨基酸组成。小鼠Aurora-A蛋白质分子量为47172.87u，等电点为9.44，含带正电荷的氨基酸残基（赖氨酸+精氨酸）62 个，带负电荷的氨基酸残基（谷氨酸＋天冬氨酸）46 个。体外小鼠Aurora-A的半衰期在哺乳动物细胞中为30h，在酵母中＞20h，在大肠杆菌中＞10h。Aurora-A 蛋白的不稳定指数为50.61，根据蛋白质稳定参数在40 以下判定为稳定蛋白质，推测小鼠Aurora-A 属于不稳定蛋白质。Aurora-A 的脂溶系数为76.42，亲水系数为-0.628，说明该蛋白为亲水性蛋白质[7]。ProtScale 软件分析的结果显示，绝大多数氨基酸分值为较低的负值，表明Aurora-A 是较强的亲水性蛋白质，小鼠Aurora-A 疏水性分析如图1 所示。

图1 小鼠Aurora-A疏水性分析

2.2 Aurora-A 二级结构和三级结构分析

利用SOPMA 分析Aurora-A 蛋白质二级结构，窗口参数（Window width）设置为17，相似阈值（Similarity threshold）设置为8，状态数（Number of states）设置为4。结果显示，小鼠Aurora-A 蛋白质二级结构中α-螺旋占27.10%、延伸链占11.99%、β-转角占5.28%、无规则卷曲占55.64%（见图2A）。利用Swiss Model 软件对Aurora-A三级结构进行预测，以Aurora-A 为模板（P97477.1.A）进行同源建模，预测结果如图2B 所示，GMQE 值为0.71，说明预测结构可靠。

图2 小鼠Aurora-A蛋白的二级结构和三级结构

2.3 Aurora-A SUMO 化位点和磷酸化位点预测

利用NetPhos 软件对小鼠Aurora-A 蛋白质进行磷酸化位点分析，结果显示，Aurora-A 共有43 个磷酸化位点，判定标准为得分＞0.5（见图3），其中丝氨酸26 个、苏氨酸14 个、酪氨酸3 个。利用SUMOplot、JASSA、GPS-SUMO三个软件对Aurora-A 蛋白的SUMO 位点进行预测，综合3个软件预测的结果（见表1），小鼠Aurora-A 的271、322、156 位赖氨酸发生SUMO 化的可能性最高，且271 位赖氨酸序列与SUMO 化特异性序列Ψ-K-X-E/D 一致。其中，Ψ代表疏水性氨基酸，K 是SUMO 分子共价结合的赖氨酸，X 为任意氨基酸，D/E 为酸性氨基酸（天冬氨酸D 或者谷氨酸E）。

表1 小鼠Aurora-A SUMO位点预测

图3 小鼠Aurora-A蛋白磷酸化位点预测

3 结论

Aurora-A 是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是近年来广受关注的细胞周期调节因子，通过生物信息学分析软件研究发现，Aurora-A 是一种不稳定的亲水性碱性蛋白质，共有43 个磷酸化位点和一个保守的SUMO 化序列。蛋白质结构是其功能的基础。通过深入分析Aurora-A 的理化性质和蛋白质结构，为进一步研究Aurora-A 在生理和病理条件下的功能和调控机制提供实验依据。

蛋白质的理化性质是蛋白质鉴定、提纯、纯化的基本依据，本研究中蛋白质理化性质预测结果显示，小鼠Aurora-A 是一个不稳定的亲水性碱性蛋白质。蛋白质的磷酸化可以调节蛋白质的结构和功能，在细胞信号转导过程中发挥重要调控作用。激活的Aurora-A 是其磷酸化形式，其活化通常发生在有丝分裂G2/M 期[8]。尽管TPX2、BORA、BuGZ 等已被报道可激活Aurora-A[9-11],但是Aurora-A 激酶活性的调控机制仍知之甚少，本研究预测发现，Aurora-A共有43 个磷酸化位点，将为研究Aurora-A 激酶的活化提供一定的实验依据。除了磷酸化，SUMO 化修饰也可调控蛋白质的活性和功能，有研究报道小鼠精母细胞中Aurora-A在减数分裂G2/M 期发生SUMO 化[12]，但是SUMO 化调节Aurora-A 的具体调控机制尚不清楚。本研究中发现Aurora-A的271、322、156 位赖氨酸发生SUMO 化的可能性最高，且271 位赖氨酸序列与SUMO 化特异性序列Ψ-K-X-E/D 一致，Aurora-A 激酶SUMO 化位点的预测为深入研究Aurora-A激酶SUMO 化的具体调控机制奠定一定的实验基础。

Aurora-A 作为一种重要的有丝分裂激酶调控多种生命活动。通过生物信息学方法分析其理化性质、蛋白结构和激酶活性位点，可为研究Aurora-A 蛋白在不同的生理和病理条件下的作用和功能提供必要的信息，也可为Aurora-A 参与的相关疾病研究和疾病治疗提供新的思路和分子靶点。