1、目 录摘 要 .1关键词 .1Abstract.1Keywords .1前 言 .11 材料与方法 .11.1 Interleukin-4 蛋白序列的获取 .11.2 Interleukin-4 蛋白序列比对及多重聚类分析 .21.3 Interleukin-4 蛋白理化性质及结构分析 .22 结果与分析 .22.1 Interleukin-4 蛋白信息的获取 .22.2 Interleukin-4 蛋白序列获取及比对分析 .32.3 Interleukin-4 蛋白理化性质分析 .32.4 Interleukin-4 的亲疏水性分析 .42.5 蛋白质信号肽的预测 .42.6 跨膜结构域的预
2、测和分析 .52.7 Interleukin-4 的二级结构预测 .52.8 Interleukin-4 蛋白的三维结构构建 .63 结论 .7参考文献 .71Interleukin-4 的生物信息学分析学生姓名：尹玲 学号：20105071101学院：生命科学学院 专业：生物科学指导老师：宋强 职称：副教授摘要：白细胞介素 4（Interleukin-4）由抗原或丝裂原刺激的 cd4+t 细胞产生，是 1819kd 的糖蛋白，能刺激活化 B 细胞和 T 细胞增殖、 调节体液免疫和适应性免疫中起关键作用 1-2。本文通过生物信息学手段从数据库中检索到几种白细胞介素 4 的蛋白氨基酸序列信息，再
3、以此为例，用各种软件对其进行多方面的分析和预测，希望能为白细胞介素 4 的防治和治疗以及研究该蛋白的潜在功能提供理论基础 3-4。关键词：白细胞介素；生物信息学；糖蛋白Abstract：Interleukin-4 (Interleukin-4) from the antigen or mitogen-stimulated cd4 + t cells, is 18 19kd glycoprotein can stimulate the activation of B cells and T cell proliferation, humoral immunity and adaptive imm
4、une regulation play a key role. Through bioinformatics retrieved from the database to several interleukin-4 amino acid sequence information, and then thought out, many of them with a variety of software analysis and forecasting, hoping to interleukin-4 Prevention and treatment, and research potentia
5、l function of this protein to provide a theoretical basis.Keywords: interleukin; biological cytology; glycoprotein前言21 世纪初,已经发现 29 种白细胞介素,分别被命名 IL - 1 至 IL 295。白介素 4 是 II 型辅助 T 细胞分泌的细胞因子 6。白细胞介素- 4 的生物学效应,包括刺激激活的 T 细胞和 B 细胞增殖,T 细胞分化成 II 型辅助 T 细胞 7。它在调节体液免疫和获得性免疫中发挥重要作用 8。白细胞介素-4 诱导 B 细胞抗体类别转向 IgE，上调
6、第二型主要组织兼容性复合体的产生。这一因子是由 M.霍华德、W.保罗和 E.委特塔（Vitetta）在 1982 共同发现的 9。1 材料与方法1.1 Interleukin-4 蛋白序列的获取 登录 NCBI 主页进 Entrez 网页( http:/www.ncbi.nlm.nih.gov/sites/gquery )，2在“Search NCBI databases”对话框栏中输入检索词“Interleukin-4 ”， 单击search 检索 10-12。Protein 数据库命中 2875 条记录。点击 “Protein: Protein sequences ”进入数据库。对命中的
7、2875 条记录进行条件限制，在“Source database”栏下拉菜单中选择 “UniProtKB/Swiss-Prot”，降低检索的冗余度。结果显示有 77 条记录进入结果，从结果中选择 8 种不同来源的 Influenza virus protein，选择 Fasta 单击打开序列页面，依次将其序列保存至 IV.txt 文件中。1.2 Interleukin-4 蛋白序列比对及多重聚类分析打开 Clustal 2.1，利用“ File”菜单中的“Load Sequences”，打开保存有Interleukin-4 蛋白序列的文件 IV.txt。打开 MEGA5.02，利用“File”
8、菜单下的“Convert File Format To MEGA”选项，将保存的 IV.aln 文件转换成 IV.meg 并保存。在主窗口中打开上步保存的 IV.meg 文件，序列输入到 MEGA 软件中。在主窗口点击“Phylogeny ”执行“Construct/ Neighbor-Joining”，选择临近法操作，得到 NJ 进化树。1.3 Interleukin-4 蛋白理化性质及结构分析通过瑞士生物信息学研究所的蛋白分析专家系统( Expert Protein Analysis Systerm，ExPASY ，http:/web.expasy.org/protparam/) 所提供的
9、蛋白组学和序列分析工具，对蛋白质序列理化参数，如分子量、等电点、氨基酸组成、摩尔消光系数、半衰期、脂肪系数和总平均亲水性等分析 13-15；利用 ProtScale 程序(http:/web.expasy.org/protscale/) 预测 Interleukin-4 的亲疏水性。2 结果与分析2.1 Interleukin-4 蛋白信息的获取 通过 Clustal2.1 从 NCBI 数据库中检索得到的一系列 Interleukin-4 蛋白序列文件 16，如图 1 所示:3图 1 利用 Clustal2.1 显示的 Interleukin-4 蛋白序列2.2 Interleukin-4
10、蛋白氨基酸序列比对分析 利用 Clustal2.1 对不同来源的蛋白氨 Interleukin-4 基酸序列进行序列对齐 17(图 2)，根据相似度进行同源性分析，利用 MEGA 5.0 作同源树，并用 TreeView 进行显示( 图 3)。图 2 利用 Clustal2.1 对 Interleukin-4 蛋白进行的比对结果图 3 TreeView 显示的进化树注：Cytokine 细胞因子；Interleukin-4 白细胞介素 4；Protein 蛋白质；Prohibitin-2 阻抑蛋白 2；NFATC2-interacting NFATC2 相互作用； Zinc 锌 ；Coatom
11、er 外被体；60S 核糖体亚基2.3 Interleukin-4 蛋白理化性质分析利用在线工具对蛋白质的各种理化性质进行预测，Interleukin-4 大约含有 369 个氨基酸残基，分子量约 422.870kDa，理论等电点为 5.9018-20。其不4稳定系数为 41.98，根据不稳定参数值在以下才是稳定蛋白的标准,可推定该段蛋白稳定性不好.脂肪系数为 80.00，疏水性评估系数为- 0.373。该蛋白中，亮氨酸（Leu）含量最高，为 13.0%21-22；其次为丝氨酸（Ser）和脯氨酸（Pro） ，分别为 9.5%和 7.6%。 2.4 Interleukin-4 蛋白质的亲疏水性分
12、析我们使用 ProtScale 对蛋白质 Interleukin-4 的亲疏水性进行了预测，其中分值越低代表亲水性越强，分值越高疏水性越强 23-24。图 4 结果表明该蛋白质亲水性最大的氨基酸是组氨酸，分值为-3.200；疏水性最大的氨基酸是苯丙氨酸，分值为 2.80024-26。从整体上看来，该蛋白的亲水性氨基酸要少于疏水性氨基酸，因此我们可以认为 Interleukin-4 是一个疏水蛋白质。图4 Interleukin-4 氨基酸亲水性疏水性轮廓2.5 Interleukin-4 的信号肽预测利用在线工具 SignalP 预测到为分泌蛋白， Interleukin-4 第 23-24
13、个氨基酸为预测的信号肽剪切位点。5图 5 Interleukin-4 信号肽预测结果2.6 Interleukin-4 蛋白跨膜结构域的预测和分析利用在线软件2.0 Server 对人 Interleukin-4 蛋白进行跨膜结构分析，结果见图 6。由图 6 可知，Interleukin-4 蛋白存在跨膜结构域。图 6 Interleukin-4 跨膜区预测结果2.7 Interleukin-4 蛋白的二级结构域分析利用波兰 Network Protein Sequence Analysis 对人的 CII 蛋白二级结构预测。由图可知，其中 -螺旋(helix)占 8.93%，-折叠占(she
14、et)7.27%，无规则卷曲（coil）占 83.79%。6图 7 Interleukin-4 二级结构预测结果2.8 Interleukin-4 蛋白的三维结构构建利用 Expasy 中的 SWISS-MODEL 同源建模方法预测 CII 蛋白的三级结构，然后在 Rasmol 软件中进行序列编辑，获得 CII 的三维结构结构模型（图 8） 。7图 8 Interleukin-4 三维结构模型预测3 结语截止目前有 29 种白细胞介素被发现，Interleukin-4 是其中的一种，它可以使抗原活化的 b 细胞分裂增殖，但其作用远远弱于 il-227。该研究应用生物信息学的方法和工具对 Int
15、erleukin-4 基因编码蛋白的理化性质、信号肽、疏水性亲水性、二级结构、三级结构、结构域、蛋白质的功能分类和氨基酸同源性进行了分析 28-29。结构域的预测结果显示，Interleukin-4 为一分泌蛋白; 通过多重比对和进化分析，发现了不同来源的 Interleukin-4 之间的进化关系，进一步研究该基因潜在功能打下基础 30。参考文献1 易本谊, 朱红霞.白细胞介素-21 及其与相关疾病的研究进展J. 细胞与分子免疫学杂志，2009, 25(11): 10652 李丽霞.白细胞介素-4 的生物学研究进展 J.医学综述，2006, 26(9):166-167.3 许晓群.白细胞介素
16、 21 免疫学效应研究进展J. 国际免疫学杂志 , 2006, 29(1):36.4 纪玉强，杨筱君.白细胞 4 研究进展J. 上海免疫学杂志 , 2003, 23(6):4235 袁双龙, 蒋莉, 张小莉. 原生性干燥综合征患者血清 IL-4 水平及其临床意义J.细胞与分子免疫学杂志, 2007, 23(2): 421-461.6 董生福, 瞿涤白. 细胞介素 4 在免疫应答中的作用J. 微生物与感染, 2007,2(1): 51-54.7 傅亮, 楚雍烈, 赵恵仁. 白细胞介素-4 结合蛋白研究进展J，生命科学，2002,14(1): 40-42.88 巴德烈.细胞因子协调系统应答的“语言
17、”和治疗疾病的生物技术型药物J.中国医学科学院学报, 2001,23（2）:103-105.9 胡迎东, 沈国顺, 白红光. 白细胞介素 4 与有关疾病的研究进展 J. 现代畜牧兽医. 2005, 11(1): 35-37.10 杨升,卢辉山.白细胞介素-4 及其抗肿瘤作用J. 国际肿瘤学杂志. 2007, 32（9）:34-38.11 LiuzzoG. Atheroseleroselerosin: aninflammatorydiseaseJ. Rays, 2001, 26(4): 221-230.12 Ross R. Atherosclerosis-an inflamma-tory dis
18、ease J. NEngI J Med, 1999, 340(2): 115-126.13 Gotsman I. Sharpe A H, Licbtman A H. T-cell costimulation and coinhibitionin atheroselerosisJ. Cire Res, 2008, 103(II):1220-1231.14 ZouJ.Wang T, Secombes C.J, et al. Cytokines and inmate immunity of fishJ. Developmental and Comparatine Immunology, 2001,
19、25:713-723.15 Hanisch U.k, Quirion R. Interleukin-2 as a neuro-regulatory cytokineJ. Brain Research Review, 1996, 21: 246-284.16 高荣, 李恵, 武梅, 等. 藏猪白细胞介素-4 基因的克隆及序列分析J. 中国兽医杂志, 2004, 06, 3-5.17 邓树轩, 程安春, 汪铭书. DNA 疫苗研究进展J. 安徽农业科学. 2007,8(2):143-147.18 沈志强, 汪明, 赵德明. 杂交猪 IL-2 和 IL-6 全基因克隆及序列分析J. 黑龙江畜牧兽医.
20、2009,10(3):2-5.19 蔡宝祥. 近年来我国新城免疫研究进展A, 中国畜牧学分会第十四次学术研讨会论文集.20 王海艳. 重组 -干扰素,鸡白细胞-18 介素-2 活性及生物学作用的研究D. 内蒙古农业大学. 2004.21 程相朝. 新城疫病毒地方株分子流行病学调查及其疫病控制D. 南京农业大学. 2002.22 孙小燕. 鸡 CD3 和 IL-2 分子单克隆抗体的研制与鉴定D. 扬州大学. 2006 年.23 杨雪芬, 蒋宗勇. 瘦素的生物学功能研究进展J. 广东饲料 .2009, 01:3-4.24 施笔. 养猪增效话补铬N. 瓜果蔬菜报.农业信息周刊. 2008.25 Gi
21、orgiop,Liciak,GiovannaA,etal.Cytokines.incancer therapy.Immunology letters,2000,74:41-44.26 Marcelo A N, lenA P. Comparatine genomic analysis as a tool for biological discovery. The Journal of physiology, 2003.554:31-39. 927 ChouPY, Fastman G D. Empirical Predicttions of protein conformation. Annual Review of Biochemistry,1978,47:251-276.28 全登庄, 间断基因的剪接J, 西北师范大学学报（自然科学版） .1993, 4(4) :6-9.29 林树良, 陈文烈. 大黄色消化道器官显微与亚显微结构 J. 水产学报. 2002,5(9): 10-12: .30 程国建, 赵斐. 神经网络在基因序列预测中的应用研究 J. 微计算机信息. 2008,33(10): 23-24.
