研究报告

血红蛋白表征的In silico分析引领糖基化敏感性研究迈向新领域  

Reza , Ahmad , Fazlolah , Seyed
1动物遗传学系, 农学部, Bu-Ali Sina University, 哈马丹, 伊朗
2动物遗传学系, 伊朗农业生物技术研究所, 雷什特, 伊朗
3动物遗传学系, 农学部, University of Guilan, 雷什特, 伊朗
作者    通讯作者
计算分子生物学, 2015 年, 第 4 卷, 第 7 篇   doi: 10.5376/cmb.cn.2015.04.0007
收稿日期: 2015年09月07日    接受日期: 2015年09月07日    发表日期: 2015年09月07日
© 2015 BioPublisher 生命科学中文期刊出版平台
本文首次以英文发表在 Computational Molecular Biology 2015, Vol. 5, No. 1, 1-13上。现依据版权所有人授权的许可协议,采用 Creative Commons Attribution License 协议对其进行授权,用中文再次发表与传播。只要对原作有恰当的引用, 版权所有人允许并同意第三方无条件的使用与传播。如果读者对中文含义理解有歧义,
推荐引用:

Talebi et al., 2015, In Silico investigation for hemoglobin characterizations leads to new aspects in susceptibility to glycosylation, Computational Molecular Biology, Vol.5, No.1, 1-13 (doi: 10.5376/cmb.2015.05.0001)

摘要

应用In silico分析不同物种的血红蛋白表征特别是糖基化的抗性。多重序列比对结果显示骆驼、人类、牛和马中都具有L-K-V-K-E-G-E-A-L-R-P-T-F-F-D-L-S-A-V-K-H-G-K-V-H-D-L-S-L-H-K-L-V-D-P-N-F-L-L-L-A-F-T-P-A-K-V-L-Y的2个血红蛋白亚基序列。血红蛋白序列在进化过程中和不同物种之间是非常保守的。双峰驼家庭HBA存在于相同的群体(91% bootstrapping),然而HBB在同一个群体(95% bootstrapping)。骆驼血红蛋白似乎比其他物种更加基础。基于等电点,骆驼HBB在电泳中具有高于HBA的迁移率。骆驼中血红蛋白的带电荷和亲水性氨基酸比人类多。葡萄糖与蛋白质或HbA1c的非酶结合被揭示,人类中的两个亚基血红蛋白都具有对N-糖基化的抗性,但骆驼HBB仅对O-糖基化具有抗性。此外,HBB在骆驼中具有关键作用,例如对糖基化和之后糖尿病的抗性。

关键词
In silico;多重比对;血红蛋白;糖基化;HbA1c

球蛋白是可以通过身体组织传输氧的独特分子。血红蛋白和肌红蛋白是分别在血液和肌肉中负责的两种球蛋白。它们存在于所有脊椎动物和一些种类的无脊椎动物中。脊椎动物中的血红蛋白结构为球蛋白折叠与一个血红素基团结合的典型结构,该血红素基团是一个可逆地将氧结合到其中心亚铁原子化合物的基团。成人血红蛋白是红细胞中每条链的分子量为15 kDa的[α(2):β(2)]四聚体血红蛋白,其中它负责结合肺中的氧并将结合的氧运输到整个身体以用于有氧代谢途径(Dickerson and Geiss, 1983; Paoli and Nagai, 2004; Pairet and Jaenicke, 2010)。除了骆驼科以外的哺乳动物中的红细胞的形状是球形和凹形的,在骆驼科中是椭圆形,并且核较少(Goniakowska-Witalinska and Witalinski, 1976; Azwai et al., 2007)。骆驼科的红细胞对渗透性溶血具有高度抗性,因此能够扩展高达其原始体积的240%而在低渗溶液中不会破裂(Oyewale et al., 2011)。

 

糖基化血红蛋白(GHB)或美拉德反应是由葡萄糖和N-末端缬氨酸之间的非酶相互作用和HB的β链的赖氨酸残基形成的,可能引起与HbA1c-a型血红蛋白相关的糖尿病(Rohlfing et al., 2002; Wautier and Schmidt, 2004; Soranzo, 2011)。由于HbA1c长期存在并且没有分解,几十年来已经使用HbA1c浓度来评估长期血糖控制对糖尿病患者的影响。10种GHB的形成是不可逆的,其在红细胞中的水平取决于血糖浓度。GHB的测定方法在20世纪70年代首次引入,提供长期血糖控制的指数,其已经被证明引起糖尿病治疗的改变,导致改善的代谢控制。HbA1c程度直接与人类的血糖水平有关,也可能与其他动物的血糖水平有关(Nathan et al., 2008; Shahbazkia et al., 2010; Bazzi et al., 2013)。基于氨基酸和葡萄糖之间的相关性,真核生物中糖基化的过程可以分为五种类型:N-连接,O-连接,C-连接,P-连接和G-连接,其中N-和O-连接最常见的糖基化形式(Chauhan et al., 2013)

 

骆驼和牛中的血糖浓度比为(9.7±2.8 mM)(高水平)和(5.7±0.73 mM)(最低水平)。 骆驼中高水平的血糖可能是由于其强大的胰岛素抵抗能力引起的(Jirimutu et al., 2012; Bazzi et al., 2013)。骆驼和牛中糖基化血红蛋白(GHB)水平分别为3.4±0.23%和3.2±0.11%。 在较高的葡萄糖浓度下,骆驼Hb的低糖化表明某些因素在高葡萄糖浓度下保护Hb免于糖基化(Bazzi et al., 2013)。根据Oyewale等人(2011)的研究,单峰骆驼血红蛋白为研究沙漠极高温度条件下的生存条件提供了一个有趣的案例,骆驼Hb也表现出比人或牛的正常血红蛋白更高的电泳迁移率(Oyewale et al., 2011)。

 

目前,相关学者已经对骆驼物种的红细胞和血红蛋白进行了大量的研究(Lin et al., 1976; Braunitzer et al., 1980; Farooq et al., 2011; Oyewale et al., 2011)Oyewale等人(2011)比较了在不同环境情况下单峰骆驼(Camelus dromedarius)和驴(Equus asinus)之间的红细胞脆性。他们提出除了血液储存时间之外,红细胞环境的温度和pI的变化可以在骆驼和驴红细胞的渗透行为中各自发挥重要作用(Oyewale et al., 2011)。Bazzi等人(2013)发现骆驼中的血糖浓度(9.7±2.8 mM)较高并且糖基化血红蛋白含量较低(3.4±0.23%),但是牛血液样品在葡萄糖浓度(5.7±0.73 mM)或糖基化血红蛋白(3.2±0.11%)中没有显著差异(Bazzi et al., 2013)。骆驼血液中高葡萄糖浓度中的低糖基化显示高葡萄糖浓度可以保护Hb不发生糖基化。糖基化Hb的水平不仅可以反映对血糖水平,红细胞寿命和红细胞膜渗透性的依赖性,而且还显示在食品体系方面(Ardia, 2006)。Borai等人(2011)建议HbA1c可以作为胰岛素抗性的一种简单可靠的标志物,以用来标记对胰岛素相对敏感的正常成人的葡萄糖耐受性(Borai et al., 2011)。 根据以往关于血红蛋白在糖尿病中的作用的研究,我们决定研究骆驼属单峰骆驼,双峰驼,野骆驼,牛,人类和马的血红蛋白的结构、化学特征和组成。尽管骆驼具有比人类更高的血糖水平,但是骆驼血液中的糖基化程度远小于我们人类。因此,HB亚基的DNA和蛋白质序列在所提及的物种之间进行比较以研究糖基化的抗性和随后的糖尿病。

 

1材料与方法

1.1数据收集

从生物数据库例如Uniprot和KEGG获得用于单峰骆驼、双峰驼、野骆驼、牛、人类和马的AA和HB(α和β亚基)核酸(NA)序列(表1)。

 

表 1 血红蛋白的α和β链通过访问生物学数据库获得,蛋白名称、登录号和GenBank如下所示; Table 1 α and ß chains of hemoglobin are obtained from accessing biological database. Protein names, Access number and GeneBank following is shown


 
1.2分析

序列已经通过Lasergene软件转化为氨基酸(*.pro)。同时相关文件更改为FASTA格式(*.fas),这种形式常用于基因组数据分析。我们利用MEGA 5.01 (Tamura et al., 2011)和CLC Genomics Workbench 7.5软件使用ClustalW对每个物种中的蛋白质进行多重序列比对。进化史使用基于Kimura蛋白距离标准的UPGMA进行推断。UPGMA假定不变的进化速率。

 

1.3蛋白质组成

       全蛋白结构类型使用Alpha Deléage和Roux对Nishikawa和Ooi(1987)修改后的方法进行预测(Deléage and Roux, 1987)。利用Protean软件(DNASTAR Inc., Madison, WI. USA)测定蛋白质结构、滴定曲线、氨基酸组成和每种蛋白质的频率。

 

1.4蛋白质结构预测

我们使用在ExPASy网站(http://swissmodel.expasy.org/)中提供的SWISS-MODEL预测基于同源性建模的血红蛋白亚基的三级结构。该模型可使蛋白质建模可访问世界各地的所有生物化学家和分子生物学家。

 

1.5 N-O-糖基化位点的预测

在这项研究中,我们利用一个新的网络服务器GlycoEP(http://www.imtech.res.in/raghava/glycoep/submit.htm l)更准确地预测骆驼物种和人类中HBA、HBB或葡萄糖与蛋白质的非酶结合(如在HbA1c的情况下)的N链接、O链接和C链接的糖基化位点。

 

1.6比较建模

为了计算比较建模,我们使用BlastP在所提到的物种中的一些标准,例如同源性,保守性,一致性和E值,并比较NCBI HomoloGene数据库以将它们分配到基因家族。最后,进行PSI-BLAST(位置特异性迭代BLAST)以便在所选数据库中发现骆驼血红蛋白和各种蛋白质之间的同源基因(Altschul et al., 1997)。

 

2结果与讨论

2.1血红蛋白亚基的多重序列比对

多重序列比对显示Leu,Lys,Val,Lys,Glu,Gly,Glu,Ala,Leu,Arg,Pro,Thr,Phe,Phe,Asp,Leu,Ser,Ala,Val,Lys,His,Gly,Lys ,Val,His,Asp,Leu,Ser,Leu,His,Lys,Leu,Val,Asp,Pro,Asn,Phe,Leu,Leu,Leu,Ala,Phe,Thr,Pro,Ala,Lys,Val,Leu和Tyr在所有血红蛋白亚基中完全保守(图1)。由于保守序列,可以推测在所述种类的这些AA中发生最小突变,或者一些aa因为通过突变消除了这些保守序列的血红蛋白。根据Binder等(2013)研究,在保守序列的基础上,Leu具有主要贡献,同时,亮氨酸对肠糖异生和胰岛生理学的积极效果可能有助于预防II型糖尿病(Binder et al., 2013)。同时,在图1的基础上,在所提及的物种中分别保留了大量的AA用于血红蛋白的α和β亚基,因此这表明在不同物种血红蛋白结构中发生最小的突变。因此,我们可以得知,血红蛋白的结构可以保护其免受诱变剂的威胁,由于α和β亚基在骆驼、牛、马和人中高度保守,因此骆驼或其他物种中血红蛋白的最独特的效力与αHBA和HBB的结构、组成和特征有关。如图3所示,本研究中每个血红蛋白链仅具有一个结构域(domain 1)。     

 

图 1 HB亚基的多重序列比对. 1A)血红蛋白的α和β链在人, 家养单峰驼和双峰驼, 野生双峰驼, 牛和马之间的序列比对. 1B)所列物种之间血红蛋白A链序列比对. 1C)所列物种之间血红蛋白B链序列比对. 相同的缺失和保守序列分别用虚线(-)和粉红色柱表示; Multiple sequence alignment of HB subunits. 1A) α and ß chains of hemoglobin were aligned between human, domestic one and two-humped camel, wild two humped camel, cow and horse. 1B) Α chain of hemoglobin was aligned between mentioned species. 1C) B chain of hemoglobin was aligned between mentioned species. Identical gaps and conserved sequences are indicated by dashes (-) and pink columns respectively

 

具有高频共有序列的AAs属于L-K-V-K-E-G-E-A-L-R-P-T-F-F-D-L-S-V-K-H-G-K-V-H-L-D-L-L-S-L-H-K-L-V-D-P-N-F-L-L-L-A-F-T-P-A-K-V-L-Y这种最常见的模式。基于共有序列可以鉴定受突变影响较小的核苷酸。例如,根据图1,在牛的血红蛋白的α亚基部分中,A-A-G-A-W-V-S-G-A-A-A的AA(氨基酸)序列分别被一个双峰驼中的S-K-T-T-F-I-G-A-K-G-D取代。 此外,在骆驼和骆驼的血红蛋白α亚基部分,S-K-T-F-I-G-A-G的氨基酸序列分别被人类中的P-A-A-W-V-A-G-S取代,这也显示在了系统发育图的结果中(图2)。在两个亚基的骆驼科之间没有发现氨基酸的取代,但是对于其他物种显然发现了氨基酸的取代(图1)。

 

因此,它可能涉及血红蛋白序列在进化和物种之间是保守的。在Camelus家族(Camelus bactrianus, Camelus dromedariusCamelus ferus)的β链序列的一些部分中,H,D,N,H,G,S,K,V和D的AA被Q,E,A ,L,A,D,N,E和E取代,或者骆驼科中S,G,D,N,H,G,S,K和R的AA被T,P,E,S ,T,A,G,N和Q取代。因此,在突变期间,物种中氨基酸的分化发生在同一多肽中,这是与生物中血红蛋白效率有关的主要因素。因此,突变在使动物适应不同环境情况方面发挥了重要或独特的作用。Lin等(1976)年研究显示,在成年骆驼血红蛋白和成年人血红蛋白之间,在α链的N-末端20个氨基酸残基中发现6个氨基酸差异,残基:4,5,12,14,17,19;在β链中,在位置4,5,6,9,12,13,16和19处发现了8个氨基酸取代。在α5Ala→Lys和β19Asn→Lys处的取代增加了骆驼的净正电荷血红蛋白两倍,而其他取代没有显著差异(Lin et al., 1976)。 Pieragostini等(2010)在反刍动物品种中提出了血红蛋白变体与血液学模式的适应性意义(Pieragostini et al., 2010)。 Braunitzer等(1980)表示,野骆驼HBA中5种AAs和HBB 中2中AAs分别与羊驼属发生交换。同时,他们推导出野骆驼和单峰骆驼的AAs序列是相同的(Braunitzer et al., 1980)。然而,我们假设通过蛋白质或基因工程将AA替代为多肽结构,将是如何增加血红蛋白对糖基化和随后糖尿病的电阻率的适当方法。

 

2.2系统发育分析

图2圆图所示,双峰驼和野骆驼中的HBA在100% bootstrapping时属于同一亚群,与单峰驼α亚基相邻。Camelus家族的HBB与此类似(图2)。由于双峰驼和单峰驼α-链与人类的系统发育距离大于牛和马(图2)。 系统发育树揭示了双峰驼、单峰驼和野骆驼的ß链(HBB)在同一亚群中95% bootstrapping,55% bootstrapping接近马属的HBB。基于图2 中HBA在马和牛在相同的亚群中具有39% bootstrapping,但是远离人类的HBA。系统发育分析证明,每个血红蛋白亚基在物种中是保守的,并且它取决于蛋白质的特定功能和性能。

 

图 2 UPGMA的圆形剖面图. 通过使用基于JTT矩阵模型的UPGMA方法推断进化历史. 1000个重复预测的bootstrap consensus tree表示类群分析进化历史。 启发式搜索的初始树自动获得如下. 该分析涉及12个氨基酸序列; Circular cladogram by UPGMA. The evolutionary history was inferred by using the UPGMA method based on the JTT matrix-based model. The bootstrap consensus tree inferred from 1000 replicates is taken to represent the evolutionary history of the taxa analyzed. Initial tree(s) for the heuristic search were obtained automatically as follows. The analysis involved 12 amino acid sequences


 

2.3全蛋白组成

HBA和HBB的全蛋白组成在骆驼科中是相同的,但是完全不同于其他物种(表2)。基于表2,骆驼属中血红蛋白的等电点(pI)似乎超过了人类,牛和马(表2)。事实上,骆驼中的血红蛋白亚基的pI是碱性的,而人类并不是。骆驼中的血红蛋白亚基还包含比人类更多的带正电和带负电的氨基酸。pII在骆驼HBB中的基本效应大于HBA(表2),因此我们认为它与骆驼HBB的高迁移率相比HBA在电泳和随后的糖基化中有关。然而,我们认为骆驼家族的HBB中的等电点比人和牛多,但稍微小于马(表2)。换句话说,在骆驼和人类中的β链(HBB)具有碱性和中性特征,或者它可以影响糖基化。它在电泳期间影响蛋白质的迁移率,因此骆驼和人HBB在电泳期间分别具有高和低的迁移率。除了Bazzi等(2013)年宣布骆驼血红蛋白具有比人或牛的正常血红蛋白更高的电泳迁移率(Bazzi et al., 2013)。基于表2,双峰驼和骆驼骆驼的血红蛋白(HBA)的α链的pI值略高于骆驼属(9.33)。两个血红蛋白亚基的骆驼pI比人类多(表2)。根据研究结果和表2,我们注意到人类和骆驼之间的HBA的整个蛋白质组成的显着差异不存在。因此,我们设想其他情况受到骆驼血红蛋白的最小糖基化的影响,例如,与人类相比,骆驼红细胞可能更限制葡萄糖转运。 Oyewale等人(2011)发现骆驼红细胞比驴红细胞更耐溶血(或更少渗透脆性)(Oyewale et al., 2011)。在这项研究中,如图2所示,骆驼家族血红蛋白与人类相比具有更高比例的亲水性氨基酸(极性)(例如人和骆驼的HBA分别为20.42和21.28),并且这使得骆驼血红蛋白具有亲水性在骆驼家族中HBA和HBB的带电荷A(氨基酸)比人类多(表2)。根据Bazzi等人(2013)年的研究,也可能的是骆驼血的氧化还原状态或红细胞的内部环境作为血液pH的变化可能有助于HbA1c水平的降低。1976年被描述骆驼羚血红蛋白比人类HBA在纸张电泳上拥有更多的正电荷,并且表明仅由单一成分组成(Lin et al., 1976)。一些研究人员宣称,与牛、绵羊、山羊、猪、小鼠、人和其他动物相比,骆驼的红细胞对溶血更具抗性(Al-Qarawi et al., 2004; Oyewale et al., 2011)。由于来自骆驼的血红蛋白在极高的温度下提供了适应沙漠中的生活条件的有趣的情况(Balasubramanian et al., 2009)。在渗透不可除去的骆驼红细胞中的水的比例几乎是人类的三倍,这似乎导致骆驼红细胞对渗透变化的极好的抗性(Bognera et al., 2005)。正如食物对鸟类中血红蛋白(GHB)的糖基化的影响被证明一样(Miksik and Hodny, 1992)。

 

表 2 血红蛋白的组成. 全蛋白质预测的结构分类:Alpha Deleage & Roux Modification of Nishikawa & Ooi 1987; Composition of hemoglobin. Predicted structural class of the whole protein: Alpha Deleage & Roux Modification of Nishikawa & Ooi 1987

 

2.4同源性的测量

基于表3中显示的信息,双峰驼和单峰驼的HBA和HBB的相似性为100%,并且具有100%覆盖率(表3)。然而,在骆驼家族中HB(HBB)的β链的相似性是100%和100%查询覆盖。 Hb的α和β链均为84%的相似性,在骆驼科和人类之间具有100%的覆盖率。骆驼家族Hb的α链与牛和马的相似度分别为85%和86%。骆驼家族与牛和马的ß链的相似度分别为83%和82%(表3)。因此,血红蛋白的α和β链在所列物种中是保守的。所以,亚铁转移氧取决于血红蛋白的基本功能。

 

表 3 所列物种的血红蛋白α链(HBA)和β链(HBB)的基因组同源性. E-value表示物种同源性标准, query coverage 表示物种间比较; Genome homology of α-chain (HBA) and ß-chain (HBB) of hemoglobin between mentioned species. The criterion of identity as homology with E-value and query coverage is shown for each comparison between species

 

2.5蛋白质结构建模

基于使用ExPASy网络服务器的同源性建模的α和β链(HBA和HBB)的三级结构的预测如图3所示。HBA的三级结构在骆驼科家族中是非常相似的,并且N-连接的糖基化是Asn,这可能是由每个突变发生在Hb的α链中引起的。因此,通过我们的研究结果,,例如氧运输等血红蛋白的最关键的功能不是由其他类型的亚基如γ、δ或ζ完成。事实上α和β链可能控制血红蛋白的最关键功能。如图3所示,HBB和HBA的三级结构在骆驼科家族中都是相同的,但它不同于人类(图3)。如图4所示,所述物种中的HBA和HBB的配体是血红素。血红素的作用与氧有关,两个血红蛋白亚单位都受氧运输的影响。我们在本文中已经看到,基于同源性建模,在骆驼科家族中HBB的三级结构很可能是人类的α-链(图3)。尽管基于图3的事实,骆驼家族中的HBB对糖基化​​不具有易感性位置。如图3所示,在家养和野生骆驼的Asn131和Asn132对于HBA中的N-糖基化是易感氨基酸,然而人HBA中的所有Asn都具有对N-糖基化的抗性。根据人类HBA和骆驼HBB之间的相似结构,我们得出结论,人类中的HBA具有对N-糖基化的抗性。而如图3所示,HBB具有比HBA更少的N-糖基化位置;因此,HBB比HBA更多地参与关键运动。如前所述,HBB的序列在所有考虑的物种中是高度保守的,也许这解释了血红蛋白在氧运输中的关键作用。

 

图3 整个序列预测模型的三级结构. 3A) HBA野骆驼. 3B)HBA双峰驼和单峰驼. 3C)HBA人类. 3D)HBB野骆驼, 双峰驼和单峰驼 3E)HBB 人类; The tertiary structure of predicted model for the whole sequences. 3A) HBA Camelus ferus. 3B) HBA Camelus bactrianus and dromedarius. 3C) HBA Homo sapiens. 3D) HBB Camelus ferusCamelus bactrianus and dromedarius. 3E) HBB Homo sapiens. The predicted 3D model(s) for every domain are shown, that each chains of hemoglobin only have one domain (domain 1) in the mentioned species. As shown in Fig. 3 A and B, Asn is pottential N-glycosylated in camel but Thr is pottential O-glycosylated in Fig. 3 C, D and E. The ligand of hemoglobin (Heme) is illustrated too

 

2.6糖基化位点

葡萄糖与蛋白质的非酶结合(如在HbA1c的情况下)的糖基化预测是基于二元谱(BPP)模式进行。α和β链的糖基化位点的结果显示在表4中。在该研究中,在所提及的物种中没有发现任何HBA和HBB的C连接的糖基化。C连接的糖基化是相对罕见的,并且在其中发现聚糖连接到共有序列W-X-X-W或W-X-X-C或W-X-X-F(其中X是任何AAs)中的第一Trp残基的碳上(Krieg et al., 1998)。基于HBA中的N-糖基化的表4,我们发现了双峰驼和单峰驼中Asn131的潜在的糖基化位点,而野骆驼的Asn132,但是人类对于两个血红蛋白亚基没有显示潜在的N-糖基化位点(表4)。通过向氮原子添加葡萄糖来识别N-连接的糖基化,Asn的N4是特异性识别共有序列Asn-X-Ser/Thr,其中X是除脯氨酸之外的氨基酸(Gavel and von Heijne, 1990)。在这项研究中,我们发现大部分共有序列比如HBA潜在O-糖基化对于O-糖基化是敏感的,例如如家骆驼的Ser3-Ser4-Thr8和人的Ser4-Thr42(表4)。基于表4,α血红蛋白可能易受O糖基化,特别是野骆驼。如表3中所示的HBB的O-糖基化,我们发现在人类中仅对Thr5具有潜在的糖基化(表4)。没有位置对骆驼HBB中的O-糖基化敏感。O-糖基化通过向游离的含羟基的AAs残基加入葡萄糖而形成,所述残基包括Ser、Thr以及在一定程度上羟基脯氨酸和羟赖氨酸(Christlet et al., 2001)。因此,我们得出结论,HBA中的O-连接的糖基化相比于N-,C-连接的糖基化发生得更多,而HBB特别是在骆驼中耐N,O-糖基化,尽管α血红蛋白最易于O-连接的糖基化,这也许取决于酒精因素在骆驼和人类氨基酸。

 

表 4 骆驼家族和人类中血红蛋白(α和β亚基)中N-,O-和C-糖基化位点的预测. 糖基化类型、共有序列中糖基化的位置和糖基化的预测如下所示; The predicted N-, O- and C-Glycosylation sites of hemoglobin (Alpha and Beta subunits) in Camelus family and human (Homo sapiens). Glycosylation type, position of glycosylation in consensus sequence and prediction of glycosylation are illustrated following

 

2.7 PSI-BLAST分析(位置特异性迭代BLAST)

家养骆驼(HBA和HBB)的α和β链血红蛋白的PSI-BLAST(位置特异性迭代BLAST)的结果如图4所示。我们发现骆驼HB与其他物种如蝙蝠、大熊猫、普通狨等之间有很多HomoloGene。当我们发现家养骆驼的血红蛋白与其他哺乳动物如黑狐或蝙蝠有很多HomoloGene不同时是非常令人兴奋的。

 

图4 在来自GenBank的不同物种的野骆驼, 单峰驼和双峰驼中α链(HBA)和ß-链(HBB)之间的PSI-BLAST(位置特异性迭代BLAST). 我们发现了很多来自不同物种的同源基因,它们各自与野骆驼, 单峰驼和双峰驼(HBA)的α链和β链血红蛋白具有同一性。 最大得分, 总得分, 查询覆盖, E值和同一性显示为基因组同源性; PSI-BLAST (Position-Specific Iterated BLAST) between α-chain (HBA) and ß-chain (HBB) Camelus ferusdromedarius and bactrianus with different species from GenBank. We found a lot of HomoloGene from different species that each them have identity with α-chain and ß-chain hemoglobin of Camelus ferusdromedarius and bactrianus (HBA). Maximum score, total score, query cover, E-value and ident are shown as genome homology

 

3结论

本研究的结果使我们得出结论,骆驼HBB似乎不比人类更易受N-糖基化。基于等电点,骆驼HBB和HBA具有高迁移率,因此影响糖基化。我们知道血红蛋白的α和β亚基具有如生物过程、分子功能和参与疾病的很多功能,但最重要的是,参与从肺到外周组织的氧运输。尽管如此,血红素是所有物种中HBA和HBB的常见配体;它可以通过亚铁与氧连接。以及,O-连接糖基化比N-,C-连接糖基化容易发生;然而骆驼HBB对O连接的糖基化具有抗性。虽然,血红蛋白的α链更易于O-糖基化。这两个血红蛋白亚基对N-糖基化均具有抗性。最终,这些因素,连同其他翻译后修饰,可能负责保护血红蛋白抗糖基化。最终我们认为骆驼的特定特征取决于不同类型的蛋白质。并且,我们建议关于蛋白质的独特特征的研究将适合于鉴定多肽的功能和效率,以及随后通过蛋白质工程生产针对糖尿病、帕金森病、阿尔茨海默病和其他的合成药物。

 

致谢

感谢来自Guilan university的博士生Dr. Hassani-Bafrani对本文英文语法方面的修改。

 

参考文献

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计算分子生物学
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