固有无序蛋白与蛋白质相互作用位点残基特征分析

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1、ResearchPapers研究报告生物化学与生物物理进展ProgressinBiochemistryandBiophysics2014,41(5):462~471www.pibb.ac.cn固有无序蛋白与蛋白质相互作用位点残基特征分析*董川1)曹赞霞1,2)赵立岭1,2)索振鹏1)王吉华1,2)**(1)德州学院物理与电子信息学院，德州253023；2)山东省功能大分子生物物理重点实验室(德州学院)，德州253023)摘要本文对固有无序蛋白(IDPs)与其他蛋白质相互作用位点残基特征进行了研究．首先在数据库中选出满足条件的109条IDPs蛋白质链

2、及与其他配体蛋白形成的299个IDPs-蛋白质复合物，然后提取复合物中作为相互作用位点的IDPs-蛋白质残基．这109条IDPs链中共含有50031个氨基酸残基，其中处于作用位点的残基有4822个．通过分析发现，20种氨基酸在形成IDPs-蛋白质相互作用位点残基时具有不同的倾向性，根据形成作用位点残基的倾向性，20种氨基酸可分成三大类：倾向型氨基酸(ILE、LEU、ARG、PHE、TYR、MET、TRP)、中间型氨基酸(GLN、GLU、THR、LYS、VAL、ASP、HIS)、非倾向型氨基酸(PRO、SER、GLY、ALA、ASN、CYS)．研究结果

3、还进一步表明，不同氨基酸在有序区域与无序区域形成IDPs-蛋白质作用位点残基的倾向性不同．其中，氨基酸TRP、LEU、ILE、CYS在有序和无序区域形成作用位点残基的差异性尤为明显，而氨基酸GLU、PHE、HIS、ALA则基本没有多大差别．对IDPs-蛋白质相互作用位点残基理化特征进行分析发现：疏水性强、侧链净电荷量较少、极性较小、溶剂可及性表面积较大、侧链体积较大、极化率较大的氨基酸比较倾向于形成作用位点残基．主成分分析结果显示，残基的极化率、侧链体积和溶剂可及表面积对作用位点残基影响最大．关键词固有无序蛋白(IDPs)，作用位点残基特征，有序区，

4、无序区，氨基酸的理化性质学科分类号Q615，Q7DOI:10.3724/SP.J.1206.2013.00214蛋白质的变性理论在20世纪二三十年代被提出，随后Linderstrom-Lang提出了蛋白质的一级结构、二级结构、三级结构学说，在此基础上提出了蛋白质的序列决定结构、结构决定功能的假说．随后，这一假说得到了实验的证实．然而，20世纪90年代发现的固有无序蛋白质(intrinsicallydisorderedprotein，IDPs)或称为天然无折叠蛋白质(nativelyunfoldedprotein，NUP)却打破了“序列-结构-功能”的

5、金科玉律[1-2]．IDPs是一类与以往的传统蛋白质不同类型的蛋白质．这类蛋白质在天然孤立状态下，完全没有稳定的三维结构[3-6]，称为完全无序蛋白；或者部分区域没有稳定的结构，称为部分无序蛋白，相应的区域称为无序区(intrinsicallydisorderedregions)，有稳定结构的区域称为有序区(orderedregions)．由于IDPs无序区域的氨基酸残基有较低的疏水性以及较大的静电排斥作用，这导致了无序区呈现一种松散的状态．当IDPs与配体结合后，由于净电荷的降低，IDPs的无序区会倾向于形成折叠状态[7-8]．该类蛋白在自然界中

6、极为丰富，并且履行着很重要的生物学功能，通常是蛋白质相互作用网络的关键蛋白．IDPs在分子识别、细胞周期调控[9-10]、细胞信号转导[11]、细胞内调节等多种生理活动中起到关键作用，细胞中多种生理活动的进行是通过蛋白质与其配体相互作用来实现的[12]，IDPs-配体的相互作用亦介导了重要的生物学功能．此外，IDPs还与一些重大疾病的发生有密切关系[13]，如与癌症相关的P53蛋白、与帕金森疾病相关的α-synuclein和tau蛋白等均是固有无序蛋白．近年来有文献指出[14-15]，IDPs的无序区域在与生物分子的相互作用中也起到了重要的作用．ID

7、Ps的无序区域可以参与一对多或者多对一的相互作*国家自然科学基金(31000324,61271378,30970561)和山东省自然科学基金(ZR2011FL011,ZR2012CL09)资助项目.**通讯联系人.Tel:0534-8985933,E-mail:jhw25336@126.com收稿日期：2013-05-17，接受日期：2013-08-142014;41(5)董川,等：固有无序蛋白与蛋白质相互作用位点残基特征分析·463·用，这是IDPs功能多样性的重要原因[16]．因此，研究固有无序蛋白与其他生物大分子的相互作用，尤其是与其他蛋白

8、质的相互作用具有重要意义．随着实验技术的改进及提高，被发现的IDPs的数量正在迅速增加．由美国印第安那大学生