文摘
短膜序列图案的重要性已被证明在许多作品,强调相关序列主题分析。一起与特定的跨膜helix-helix交互,交互序列部分的分析有助于理解过程膜蛋白质折叠和保留三维折叠。这里我们提出一个简单的高通量分析方法推导突变信息交互的序列部分。应用于水通道蛋白水通道蛋白,我们的方法支持突变的分析变异在不同交互子序列,最后自然变异导致疾病的调查,例如,肾原性的尿崩症。在这个工作我们将演示一个简单的方法为大型膜蛋白的数据分析。如图所示,在硅片分析提供信息交互序列部分约束的蛋白质进化。我们提出一个简单的图形可视化表征媒介的进化影响交互模式对(EIPPs)适应aquaporin-2诱变剂的调查,一个蛋白质的突变体参与罕见的内分泌疾病称为肾原性的尿崩症,一般和膜蛋白。此外,我们提出了一种新的方法来获得新的进化变化在EIPPs可以用于进一步的诱变剂实验室调查。
1。介绍
整合膜蛋白编码的20 - 30%的已知基因的开放阅读框(1- - - - - -3]。元素在完成大量分子的过程,也就是说,信号转导和被动和主动运输大量的化合物和离子,突变基因编码膜蛋白往往与疾病(4]。尽管生物的重要性,相对很少有人知道折叠,功能力学和膜蛋白的合成1]。这是由于实验昂贵和复杂的过程,由于膜蛋白很难处理在实验室的实验5]。理解基因突变之间的通信和对蛋白质的影响力学,小说理论方法的发展要求。在我们的工作,我们展示的高通量在硅片的方法调查中的遗传变异的影响相互作用在膜蛋白序列,这是直接关系到肾原性的尿崩症。肾原性的尿崩症(NDI)是一个障碍,可以获得的副作用超过吸毒或者是由遗传基因突变引起的。常染色体隐性和显性遗传NDI与突变基因编码的积分膜aquaporin-2水通道(6,7]。x连锁遗传NDI是由突变基因编码AVP 2型受体膜蛋白(V2R) [8,9]。在普通人群中,继承NDI显示低流行的一个案例中每20000 - 30000人(10- - - - - -12]。Aquaporin-2水通道和V2R是必不可少的元素通过顶端细胞膜水重吸收。这水组成preurine的主要部分,从肾脏超滤产品的结果。从preurine水重吸收的过程是必要的,以确保身体的液体平衡和意识到是membrane-integrated aquaporin-2水通道。aquaporin-2插入人类肾脏细胞膜抗利尿激素引发的,也称为精氨酸加压素(AVP)。AVP血药浓度是由脑下垂体AVP的控释是根据人体的液体平衡。在这个过程中,绑定的AVP V2R导致受体的激活。在这种状态下,V2R能够与鸟嘌呤nucleotide-binding G (s)α亚基(13,14]。随后,adenylcyclase 6的激活,导致阵营的合成,增加阵营在细胞内浓度等离子体(15,16]。通过蛋白激酶,营触发aquaporin-2分子的磷酸化是存储在细胞质绑定到内质网囊泡。磷酸化产生易位和胞质囊泡的融合到质膜,最后导致aquaporin-2分子插入顶端膜(17]。不活跃的突变体V2R和aquaporin-2导致肾脏(水重吸收减少18]。后果是NDI的典型症状,例如,神经性耳聋,尿路解剖,共济失调,周围神经病变,精神发育迟滞,精神疾病,日产量15 - 20 L高度稀释(< 100 mOsmol /公斤)尿液(多尿)、和补充摄取过多液体18- - - - - -20.]。刚出生的婴儿,NDI的特征是脱水症状,易怒,可怜的喂养和可怜的体重增加。示意图说明这些分子相干图给出1。的直接检查aquaporin-2基因以及V2受体基因(AVPR2)已成为临床实践可达成的21]对微分NDI诊断和用脱水测试在过去的年18]。
2。材料和方法
作为第一步,我们要意识到任务的参与预测同系物在跨膜序列部分螺旋线。这意味着特定进化的交互模式对水通道蛋白(EIPPs)生成所述当前工作的22]。在这工作,Grunert和Labudde显示交互信息和序列的组合图案与进化变异可以用于3 d结构的预测。他们从同系物分离序列获得关键信息,预测膜蛋白结构的交互模式和它们的进化变异。模式作为进化的共变的图案代表了。在这里,一个主题被描述在以前的工作的23),可以用广义,XY的类似于正则表达式的形式,X和Y对应氨基酸隔开高度可变的位置。交互信息有助于检测交互模式与进化的背景。这意味着进化变异模式位置标记为x,这样不同的突变类型中描述(22在特定的坐标)可以申请。随后,在这项工作最近出版的蛋白质PDB-Ids: 4 nef 4 oj2被用来转移家庭具体EIPPs这些aquaporin-2代表蛋白质。提到,蛋白质结构(PDB-Id: 4 nef 4 oj2)发表的弗里克et al。24)和Vahedi-Faridi et al。25]之外,蛋白质结构都视为未知结构EIPP代由于失踪时包含条目。这导致没有考虑蛋白质EIPPs代。水通道蛋白的特定EIPPs来自已知结构相应PF00230家庭。EIPPs获得后,他们被用来生成交互块方案(ibs)。这里我们试图说明ibs是有用的图形可视化媒体代表不同的交互模式区分进化。更具体地说,我们能够显示如果一个模式中的突变影响进化变异的交互。最终,肠易激综合症可以用来支持的理解各自的三维折叠互动合作伙伴和整个蛋白质结构。此外,跨膜螺旋信息来源于PDBTM [26)蛋白质的研究(PDB-Ids: 4 nef 4 oj2)。之后,EIPPs被应用于螺旋和序列相似性产生的互动范围比已知的其他家庭成员的结构计算。为进一步调查,突变发生在肾原性的尿崩症患者聚合从最近出版的作品27- - - - - -34并登记在蛋白质序列进行调查。这些自然变异NDI也可以获得UniProt (http://www.uniprot.org/uniprot/P41181)。最后,ibs应用于相似序列部分包括NDI突变的影响。
2.1。在EIPPs进化变化
在本节中,我们描述一个方法来获得变化的坐标从进化序列记录。实现这个任务,完整的未知的种子结构数据集(9641蛋白质)的代表家族(PF00230)是来自数据库(包含了35]。跨膜螺旋使用TMHMM服务器获得信息v.2.0 [36]。各种方法已经开发从序列预测结构特点,如螺旋membrane-spanning螺旋线和额外的/胞内域。基本上,TMHMM执行内部/细胞外区域的预测和基于序列整体膜螺旋。旁边per-residue预测TMHMM还列出了潜在per-residue分配概率作为预测不确定性的指标。因此,螺旋信息被用来应用我们的派生EIPPs未知的结构。这里的坐标研究了近地当现有EIPP同行均在不同的螺旋。对于新进化变化的检测,氨基酸入住率从未知的结构信息是用于与氨基酸在特定坐标已知的结构。最后,新氨基酸变量坐标注册和补充道。最后,通过这种方法我们能够扩展进化信息交互序列部分可用于进一步突变或膜蛋白的一般调查或在这种情况下,特别是水通道蛋白水通道蛋白。
3所示。结果与讨论
我们的结构预测显示,如果一个未知的结构倾向于家庭关系,家庭具体EIPPs不得不再次出现在蛋白质序列。这里,EIPPs来自已知的水通道蛋白家族的晶体结构(PF00230)和标志螺旋结构最近发表aquaporin-2代表蛋白质(PDB-Ids: 4 nef 4 oj2)。如前所述,aquaporin-2代表没有被认为是在EIPP生成过程,使其透明的未知的结构。相似度结果如图2和3并确认已开明的家庭关系和预测结构。这意味着在所有TM-helices EIPPs能找到和求职螺旋范围高达100%,列在表中1。
在这里我们解释EIPPs的强烈预测结果。一方面他们预测提供有用和强大的信息螺旋结构在同族体膜蛋白的跨膜环境。另一方面,我们能够描述选择交互领域限制的进化。评估这一假设,不同的肠易激综合症和交互应用于高度保守的序列生成的零部件来自HMM-logos(包含了35]。一个肠易激综合症的例子如图4这说明了两种交互模式。这些模式是aquaporin-2代表的一部分蛋白质PDB-Id: 4)。在一个坐标模式,我们可以注册进化设计变量的位置。我们的ibs另外表明,与另一个模式发生的交互。在这部作品中,目标不是显示哪些模式位置参与空间互动,而是表明两种模式构建一个交互块。图4显示变量的例子,可以被不同的自然变异。肠易激综合症,我们可以表明,一个两个街区之间的相互作用,当双方的立场被氨基酸。这意味着TG9-GL8交互给出Phe23-Ala101或Phe26 Ala101或NDI Leu28Pro[造成的28),TG9-GL8交互和Leu28 Val102(红色彩色氨基酸占领)在特定的位置。这里,肠易激综合症给我们一个快速概述,在一块进化。补偿一个不稳定的氨基酸替换另一个位置在进化的时间尺度已经详细解释了在以前的工作Morcos et al。37]。突变变化信息在特定的坐标可以填补这个空缺。这将导致进一步的结果在我们的工作中,发现的新坐标变化引起的进化。在这里,许多新的可能的氨基酸替换在不同序列的变化模式可以获得。作为一个例子,TG9 TLIXVFFXXG图案代表模式。为此,坐标可以通过以下氨基酸:占领X3F, X3L, X7G, X8V, X7A, X8P, X8L,导致最后一个正则表达式类似于PROSITE [38- - - - - -41]模式语法[F、L] TLI VFF [G] [V, A P L] G。的评价VG5 submotif代表模式VFFGXG显示进化的灵活性。指自然变异导致NDI L28P,联赛第四的位置(从0开始)可以与以下氨基酸:占领X4L X4P。在这里,我们的方法催生了新的氨基酸这个职位。X4T、X4M X4C能够完成这个块导致最终正则表达式VFFG [V, A P L、T M, C] G。最终,这表明VG5以外的更大的变化。为进一步任务在基因组或蛋白质组学像蛋白质建模或突变的调查,包括新的氨基酸替换。这扩展了对结构性机制也可能意识到各自的序列内的三维折叠部分,最终确保蛋白质功能。
(一)
(b)
4所示。结论
在目前的工作中,我们应用一种新方法提取短,空间相互作用的氨基酸序列部分,所谓进化的交互模式对(EEIPs),从已知结构的膜蛋白,更具体地说水通道蛋白水通道蛋白。基于EIPPs,最近出版的结构相似性aquaporin-2代表蛋白质决定,这在硅片分析证实了水通道蛋白家族关系。EIPPs和用来生成交互块计划获得高度保守序列的注释部分与自然变异引起的尿崩症。新发现了氨基酸的变化。在我们进一步我们将证明相关工作。总之,这是一个事实,疾病模式发挥重要作用在膜蛋白,但目前很少有涉及结构可用。不同的作品播放膜蛋白序列突变影响疾病模式。此外,突变是用于诊断的生物标志物。然而,交互块方案的应用可以带来更好的指标,这在硅片分析可以支持实验室诱变剂调查。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
作者的贡献
史蒂芬Grunert和德克Labudde参与本研究的设计。史蒂芬Grunert设计的所有方法和执行实施。史蒂芬Grunert评估结果。德克Labudde提供有价值的咨询在结构生物学和程序步骤。史蒂芬Grunert和德克Labudde写道。所有作者阅读和批准了期末论文。
确认
作者要感谢萨克森自由州和欧洲社会喜欢(养)对金融支持。