為更好了解冷激蛋白潛在的生物功能,分析其蛋白的品腐空間結構。將水產品腐敗希瓦氏菌冷激蛋白的败希白氨基酸序列提交到PSIPRED預測其二級結構,結果見圖4。瓦氏典型的菌冷激蛋结构冷激蛋白的二級結構包含5個β折疊,預測得到的分析二級結構與這個結果大致相符,Csp1589和Csp1376二級結構的水产最後一個β折疊出現斷層,這可能是品腐天冬酰胺預測可信度太低所致。
將冷激蛋白的败希白氨基酸序列提交SWISS-MODEL網站,根據序列相似性及模型質量分別選取1mjc的瓦氏A鏈、5xv9的菌冷激蛋结构A鏈、3i2z的分析B鏈作為Csp1589、Csp1376和Csp2252的水产模板建模。然後,品腐用PROCHECK和verify3D對所建三級模型進行質量評估。败希白構建的腐敗希瓦氏菌冷激蛋白三級結構都包含5個反向平行的β鏈,其形成了一個桶狀結構,符合冷激蛋白的已知特征。由拉氏構象圖可看出,對於Csp1589蛋白模型,氨基酸處於有利區域、額外允許區域、一般允許區域以及不允許區域的量分別為88.9%,11.1%,0%和0%。對於Csp1376型蛋白模型,對應值分別為92.7%,7.3%,0.0%和0.0%。對於Csp2252型蛋白模型,對應值分別為96.1%,3.9%,0.0%和0.0%,氨基酸全部處於有利區域和額外允許區域,模型質量較好。在Verify3D結果中,對於Csp1589、Csp1376和Csp2252模型,平均分≥0.2的氨基酸的量分別是和100%,89.86%和100%,平均分≥0.2的氨基酸的量達到80%就認為蛋白三級模型是合格的,因此,以verify3D結果來看,這3個模型均具有較好的質量。
利用STRING和COACH網站對腐敗希瓦氏菌冷激蛋白進行分析,得到如圖6所示與其緊密作用的蛋白質和潛在的配體結合位點。對於腐敗希瓦氏菌冷激蛋白Csp1589、Csp1376和Csp2252,STRING分別檢測到5,4,10個與其相互作用的蛋白(圖6)。與冷激蛋白Csp1589存在相互作用的蛋白是組氨酸激酶(ABP76854.1)、甲基轉移酶(ABP75296.1)、DNA聚合酶1(polA)、多功能融合蛋白(trpC)、伴侶蛋白(htpG)。與冷激蛋白Csp1376存在相互作用的蛋白是組氨酸激酶(ABP76854.1)、DNA聚合酶1(polA)、多功能融合蛋白(trpC)、伴侶蛋白(htpG)。與冷激蛋白Csp2252存在相互作用的蛋白是依賴ATP的Clp蛋白酶(ABP75948.1)、依賴ATP的Clp蛋白酶適配蛋白(ClpS)、組氨酸激酶(ABP76854.1)、DNA聚合酶1(polA)、多功能融合蛋白(trpC)、組氨酸磷酸氨基轉移酶(hisC)、磷酸庚糖異構酶(gmhA)、含有CBS結構域的蛋白(ABP76571.1)、氮調控蛋白PtsN(ABP74443.1)、伴侶蛋白(htpG)。其中組氨酸激酶是一個磷酸化組氨酸保守殘基的信號傳導酶家族,參與構成雙組分信號傳導係統。雙組分信號傳導係統可以感應環境變化,應對環境變化引起的負麵效應,研究表明一些雙組分信號轉導係統參與了細菌的低溫適應過程,推測腐敗希瓦氏菌冷激蛋白與細胞對逆境的適應有關。DNA聚合酶是DNA複製的重要酶,冷激蛋白可能與DNA複製有關。冷激蛋白作為一種伴侶蛋白,可能與伴侶蛋白htpG存在競爭關係。從分析結果可推測相較Csp1589和Csp1376,腐敗希瓦氏菌冷激蛋白Csp2252的功能可能更為複雜。在許多重要的生命活動中,蛋白質功能的執行依賴於蛋白質與配體的相互作用,對於蛋白質配體結合位點的預測具有重要的意義。例如:把小分子放到目的蛋白的配體結合位點,優化配體構象和位置,使之和目的蛋白有最佳的結合作用,就有可能發現抑製該蛋白的化合物。對於腐敗希瓦氏菌冷激蛋白Csp1589、Csp1376和Csp2252,其分別預測到2,2,1個可能性較高的配體結合位點(圖6)。
冷激蛋白是解析細菌低溫適應的關鍵蛋白之一。本研究成功擴增了水產品腐敗希瓦氏菌的3個冷激蛋白基因,並對其進行生物信息學分析,獲得蛋白理化性質、結構和功能方麵的相關進展。腐敗希瓦氏菌冷激蛋白均為親水的小分子酸性蛋白質,皆位於細胞質,為非分泌型、非跨膜蛋白,都存在冷激蛋白特有的冷休克結構域,存在DNA結合位點和RNA結合基序(motif),能與單鏈DNA和單鏈RNA結合。腐敗希瓦氏菌冷激蛋白Csp1589和Csp1376與大腸杆菌冷激蛋白CspA親緣關係較近,可能在腐敗希瓦氏菌低溫適應過程中起重要作用。冷激蛋白的二級結構和三級結構均符合冷激蛋白家族的特征,其可靠的三級模型可用於各種對接和藥物靶向研究。通過蛋白互作和配體結合位點的分析,對其功能有更深的了解,為後續驗證冷激蛋白在腐敗希瓦氏菌低溫適應過程中的功能,以及水產品中腐敗希瓦氏菌冷激蛋白抑製劑的篩選奠定基礎。
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