生长抑素Ⅱ型受体SSTR2...的理化性质及生物信息学分析_张丽萌.pdf

第 41 卷 第 1 期2023 年 1 月 广西师范大学学报(自然科学版)Journal of Guangxi Normal University(Natural Science Edition)Vol.41 No.1Jan.2023DOI:10.16088/j.issn.1001-6600.2021121402http:张丽萌,李闰婷,聂晓宁,等.生长抑素 II 型受体 SSTR2 蛋白的理化性质及生物信息学分析J.广西师范大学学报(自然科学版),2023,41(1):164-173.ZHANG L M,LI R T,NIE X N,et al.Physicochemical properties and bioinformatics analysis of somatostatin receptor 2(SSTR2)J.Journal of Guangxi Normal University(Natural Science Edition),2023,41(1):164-173.?生长抑素型受体 SSTR2 蛋白的理化性质及生物信息学分析张丽萌1,2,李闰婷1,聂晓宁1,李玉华2,李 林2,李亚蒙2,陈龙欣1,2,王林青1(1.郑州师范学院 分子生物学实验室,河南 郑州 450044;2.郑州师范学院 生命科学学院,河南 郑州 450044)摘 要:利用生物信息学方法在线分析生长抑素型受体 SSTR2 的理化性质、信号肽、跨膜结构、分泌蛋白类型、亚细胞定位、磷酸化位点修饰、空间结构及蛋白互作网络等,并通过 MEGA5.0 软件建立 SSTR2 蛋白的系统进化树。结果显示,该基因编码 369 个氨基酸,分子式为 C1898H2984N470O513S23,相对分子质量为 41 332.79,等电点理论值为 9.15,不稳定系数为 37.16。SSTR2 是一种碱性稳定亲水蛋白,无信号肽,存在 7 个跨膜区,作用于质膜结构;二级结构主要为-螺旋,属 7tmGPCRs 超家族,且含有 1 个 7tmA_SSTR2 结构域;与 SSTR2 相互作用的蛋白质包括 CORT、SST、NPY、GHRL、GNAI1、GNAI2、GNAI3、SHANK1、HIVEP2。SSTR2 基因及其编码蛋白在进化上高度保守,可能参与 G 蛋白偶联受体信号通路,进而发挥其作用。本研究通过对 SSTR2 蛋白的理化性质及生物学功能进行分析,为深入研究该蛋白在疾病发生中的机制以及为靶向治疗神经内分泌肿瘤等肿瘤药物研发提供理论依据。关键词:生长抑素型受体;SSTR2 蛋白;神经内分泌肿瘤;生物信息学;生物学功能中图分类号:Q811.4 文献标志码:A 文章编号:1001-6600(2023)01-0164-10神经内分泌肿瘤(NETs)包括来自内分泌和神经系统的多种激素分泌肿瘤,这些细胞通常具有遗传性或散发性基因突变。近几十年来,神经内分泌肿瘤的发病率稳步上升,由于这些肿瘤生长缓慢且缺乏早期症状,40%95%NETs 患者确诊时肿瘤细胞已经转移,使得完全手术切除几乎不可能,且 NETs 患者的预后和生存取决于原发病灶位置、生化功能状态、分化、初始分期和对治疗的反应1。有研究发现,生长抑素治疗一直是功能性神经内分泌肿瘤抗分泌治疗的主要支柱,神经内分泌肿瘤会导致激素分泌过多引起各种临床症状2。目前用于 NET 肿瘤的治疗方法主要包括化学疗法和放射疗法,前者有明显疗效,但可能导致全身毒性3,后者可以延长患者生存期,但对快速增殖肿瘤的影响相对较差。因此,开发新的治疗方法用以有效治疗 NET 肿瘤势在必行。生长抑素(somatostatin,SST)是一类环状多肽,由 14 个氨基酸组成,其中主要是靶向于生长抑素受体(somatostatin receptors,SSTRs)发挥作用。首次发现生长抑素受体是在羊的下丘脑提取物中,可作用于大脑、垂体、胃肠道、胰腺、甲状腺和肾脏等多种器官,在机体内具有广泛的抑制功能4。研究发现,对不同组织中各类细胞的影响取决于细胞表面表达的生长抑素受体类型,包括有 SSTR1SSTR5 共 5 种亚型5-6,它们通过与生长抑素类似物相互作用发挥抗分泌和抗增殖作用。在这些亚型中,SSTR2 研究得最多,并且是唯一一种有 SSTR2a 和 SSTR2b 这 2 种异构体的受体蛋白,它们通过交替剪接产生,广泛分布于收稿日期:2021-12-14 修回日期:2022-03-22基金项目:国家自然科学基金(32071447);河南省高等学校重点科研项目资助计划(22A180031);河南省高校科技创新人才支持计划(22HASTIT041);河南省科技厅科技发展计划(科技攻关)项目(212102310901);郑州师范学院大学生科研创新基金(2021013);德阳市科技局社会领域重点研发项目(2021SZ018)通信作者:陈龙欣(1984),男,河南郑州人,郑州师范学院副教授,博士。E-mail:chen_王林青(1978),男,河南郑州人,郑州师范学院副教授,博士。E-mail:http:人体的所有组织中;不同受体的组织表达谱各不相同,与疾病联系最为紧密7-8。该蛋白在体内分布广泛,参与多类激素的分泌、调控细胞增殖和细胞凋亡等一系列生理过程9。它们在多种类型的实体瘤中常过度表达,包括神经内分泌瘤和小细胞肺癌10,这些特性使生长抑素成为治疗多种疾病的潜在候选药物,目前在肢端肥大症、库欣病、某些形式的消化道出血和神经内分泌肿瘤(NET)治疗方面应用广泛11-12。因此,SSTR2 是开发治疗 NET 新治疗方法的潜在靶点。靶向治疗一直是国内外研究治疗肿瘤的主要方法,其中单克隆抗体(mAb)和抗体-药物偶联物(ADC)已被应用于治疗各类癌症,且对正常细胞的副作用最小,具有癌症特异性靶向、在正常组织中毒性较低、免疫原性低、血浆半衰期长、稳定性高等优点13-14。目前市场上商品化的维布妥昔单抗(brentuximabvedotin)、恩美曲妥珠单抗(trastuzumab emtansine)、托西莫单抗(131 I-Tositumomab)、替伊莫单抗(90 Y-Ibritumomab tiuxetan)和曲妥珠单抗(traztuzumab deruxtecan)已被开发用于治疗复发性霍奇金淋巴瘤,系统性间变性大细胞淋巴瘤,非霍奇金淋巴瘤(NHL)以及复发性、化疗难治性或晚期 HER2 阳性乳腺癌等,但至今尚未研发出用于 NET 治疗的抗 SSTR2 单克隆抗体。尽管靶向 SSTR 蛋白的药物研发已经取得较大进展,但是针对 SSTR2 蛋白的抗体药物研发还相对缓慢15,因此,研发更为安全、有效、低副作用的靶向SSTR2 抗体药物势在必行。本研究主要通过各种在线软件对 SSTR2 蛋白进行理化特性、结构功能及互作蛋白关系的深入分析,拟为阐明 SSTR2 蛋白的分子机制及作为治疗靶点的药物研发提供新的理论依据。1 材料与方法1.1 SSTR2 蛋白的氨基酸序列打开 NCBI(https:www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/)蛋白质数据库搜索获得人 SSTR2 蛋白(登录号:NP_001041.1)氨基酸序列,序列如图 1。图 1 SSTR2 蛋白的氨基酸序列Fig.1 Amino acid sequence of SSTR2 protein1.2 SSTR2 蛋白的理化性质分析利用 ProtParam 数据库(https:web.expasy.org/protparam/)对人 SSTR2 基因编码蛋白的理化参数进行分析,包括蛋白质相对分子质量、原子组成、理论等电点 pI、氨基酸组成、不稳定性指数等。1.3 SSTR2 蛋白进化树的构建通过 NCBI 下载不同物种的 SSTR2 蛋白氨基酸序列,分别为猕猴(登录号:XP_001085574)、猩猩(登录号:XP_018876100)、牛(登录号:NP _776892.1)、狗(登录号:NP _001026987.1)、马(登录号:XP _001498280.1)、绵羊(登录号:XP_004013193.1)、猪(登录号:NP_001011694.1)、褐家鼠(登录号:NP_062221)、鸡(登录号:NP_001025516.1),将其以 FASTA 格式输入至 txt 文件保存,下载安装 MEGA5.0 软件,打开后选择 Neighbor-joining 算法构建上述不同物种的 SSTR2 蛋白系统进化树分析。1.4 SSTR2 蛋白的亲水性分析和亚细胞定位分析利用 ExPASy-ProtScale 在线软件(https:web.expasy.org/protscale/)分析 SSTR2 蛋白的亲疏水性;利用 PSORT在线软件(https:psort.hgc.jp/form2.html)分析其亚细胞定位。561广西师范大学学报(自然科学版),2023,41(1)1.5 SSTR2 的信号肽及跨膜区域预测利用 SignalP-4.1 Server 在线软件(http:www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)预测分析 SSTR2 蛋白是否含有信号肽;利用 TMHMM Server v2.0 在线工具(http:www.cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)预测分析SSTR2 蛋白的跨膜结构域。1.6 SSTR2 蛋白翻译后位点修饰预测在线输入网址 http:www.cbs.dtu.dk/services/NetPhos/,运用 NetPhos 3.1 Server 在线软件进行磷酸化位点预测;打开网址 http:www.cbs.dtu.dk/services/NetNGlyc/,运用 NetNGlyc1.0 Sever 和 NetOGlyc4.0Server 在线软件预测其 N-糖基化位点和 O-糖基化位点。1.7 SSTR2 蛋白的二级结构和高级结构预测分析利用 SOPMA 和 SWISS-MODEL 在线软件分别预测 SSTR2 蛋白的二级结构和高级结构,在线网址分别为 https:npsa-prabi.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html(SOPMA)和 https:swissmodel.expasy.org(SWISS-MODEL)。打开 NCBI 中 Conserved Domain 数据库分析其结构域。1.8 预测分析与 SSTR2 相互作用的蛋白质打开 STRING 数据库(https:string-db.org/),通过交互式数据库分析可获得与 SSTR2 相互作用的蛋白质(可设置高信度0.700,蛋白质数量少于20 个)。另外,通过 GO 在线分析 SSTR2 蛋白参与的生物学过程、分子功能及信号通路。表 1 SSTR2 蛋白的氨基酸组成 Tab.1 Amino acids composition of SSTR2 protein氨基酸数量/个频率/%丙氨酸 Ala(A)205.4精氨酸 Arg(R)143.8天冬酰胺 Asn(N)184.9天冬氨酸 Asp(D)143.8半胱氨酸 Cys(C)102.7谷氨酰胺 Gln(Q)82.2谷氨酸 Glu(E)82.2甘氨酸 Gly(G)205.4组氨酸 His(H)30.8异亮氨酸 Ile(I)359.5亮氨酸 Leu(L)3710.0赖氨酸 Lys(K)195.1甲硫氨酸 Met(M)133.5苯丙氨酸 Phe(F)215.7脯氨酸 Pro(P)143.8丝氨酸 Ser(S)328.7苏氨酸 Thr(T)277.3色氨酸 Trp(W)82.2酪氨酸 Tyr(Y)143.8缬氨酸 Val(V)349.22 结果与分析2.1 SSTR2 蛋白理化性质表 1 分析结果显示,SSTR2 是由 369 个氨基酸编码的蛋白质,含 20 种氨基酸,其中亮氨酸(Leu)占比为10.0%,含量最多,组氨酸(His