Article de méthode

Analyses bioinformatiques et prédiction de l’épitope des cellules B/Th de la protéine Art V 1 du pollen d’armoise

DOI :

10.3791/66517

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22 décembre 2023

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1School of Basic Medicine, Ningxia Medical University, 2Preparation Center, General Hospital of Ningxia Medical University, 3Department of Pharmacy, General Hospital of Ningxia Medical University, 4Institute of Neurological Diseases, Shizuishan First People's Hospital, 5Department of Pharmacy, People's Hospital of Ningxia Hui Autonomous Region

* These authors contributed equally

Dans cet article

Résumé

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Ici, nous présentons un protocole pour effectuer une analyse de corrélation bio-informatique afin de prédire les propriétés physicochimiques, la structure secondaire et les épitopes des cellules B et T auxiliaires du pollen d’armoise principal allergène de la protéine Art v 1 afin de fournir une base théorique pour le développement ultérieur du vaccin contre les maladies allergiques au pollen d’artemisia et du traitement de la maladie.

Résumé

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Pour analyser les caractéristiques de la séquence de la protéine Art v 1 de l’allergène du pollen d’armoise et prédire ses épitopes de cellules B et Th (cellules T auxiliaires), la séquence du gène et la séquence d’acides aminés de la protéine Art v 1 ont été obtenues en se référant à la banque de gènes. ExPASy Prot Param, TMHMM, DNAstar Protean, Swiss-Model, UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 et IEDB ont été utilisés pour analyser et prédire les propriétés physicochimiques, la région transmembranaire, la structure secondaire, la structure tertiaire et les épitopes des cellules B et Th de la protéine.

La protéine Art v 1 est composée de 132 résidus d’acides aminés, le poids moléculaire relatif est de 13404,26, la formule moléculaire est C584H903N157O181S12, la valeur pI est de 7,49, l’indice de solubilité lipidique est de 41,59 et l’indice hydrophile est de -0,454, ce qui est considéré comme une protéine hydrophile. L’indice d’instabilité (ii) est de 78,11, ce qui est classé comme une protéine instable. L’extrémité N-terminale de la protéine a une région transmembranaire α-hélicoïdale, qui est située dans la séquence de résidus d’acides aminés 5-27, et la position 1-24 est la séquence peptidique signal. Il existe des structures aléatoires en bobine, en β-tour, en hélice α et en feuille β, et il contient également des structures de région hydrophile, de région flexible et de région d’accessibilité de surface.

Les résultats de prédiction de la structure tertiaire sont cohérents avec les résultats d’analyse de la structure secondaire. Cinq épitopes dominants des lymphocytes B ont été prédits, à savoir Art v 1 71-87, Art v 1 33-49, Art v 1 104-120, Art v 1 95-111 et Art v 1 86-102. Il y avait cinq épitopes dominants de cellules Th, qui étaient Art v 1 2-16, Art v 1 3-17, Art v 1 4-18, Art v 1 5-19 et Art v 1 6-20. La protéine Art v 1 devrait avoir une bonne antigénicité en raison de la présence d’épitopes de cellules B et de cellules Th.

Introduction

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L’armoise, un genre d’Artemisia chez les Compositae, est largement répandu en Mongolie intérieure, dans le Gansu et dans d’autres régions de Chine1. Diverses maladies allergiques induites par le pollen d’armoise sont généralement des allergies de type I causées par l’exposition répétée d’individus atopiques à des allergènes de pollen et la génération de médiateurs bioactifs, entraînant une inflammation catarrhale de la muqueuse nasale, de la conjonctive et des bronches et même des crises d’asthme2. À l’heure actuelle, le sous-comité3 de l’OMS/IUIS sur la nomination des allergènes des allergènes a officiellement reconnu sept allergènes d’armoise, à savoir l’Art v 1, l’Art v 6 et l’Art AN 7. La protéine Art v 1 est l’un des principaux contributeurs aux allergies au pollen d’armoise. Il a un poids moléculaire de 24-28 kDa et peut être reconnu par 95 % des personnes allergiques au pollen d’armoise4. Il se compose d’un domaine N-terminal de type bêta-défensine qui est connecté à une queue C-terminale riche en proline. Les défensines représentent des polypeptides antimicrobiens endogènes qui sont exprimés chez plusieurs eucaryotes5.

Actuellement, l’immunothérapie allergénique (AIT) est le seul traitement étiologique qui peut changer le cours naturel des maladies allergiques en plus d’éviter l’exposition auxallergènes6. La prévalence croissante des maladies allergiques au cours des dernières décennies souligne l’importance de la recherche fondamentale et clinique sur les molécules allergènes et leurs applications potentielles dans le diagnostic et le traitement des allergies. De nombreux allergènes utilisés pour l’AIT appartiennent à des protéines recombinantes, dont les propriétés physiques, chimiques et immunologiques conviennent à la production de vaccins allergènes à allergénicité réduite. Par conséquent, l’AIT est considéré comme le principal moyen de prévenir et de traiter efficacement les maladies allergiques, car les vaccins contre les allergies sont relativement faciles à produire à faible coût7. Cependant, dans le passé, le développement de vaccins dépendait exclusivement de la biologie moléculaire et des expériences immunologiques. De plus, l’identification de l’épitome est essentielle pour le développement d’un vaccin, et les méthodes les plus fiables pour l’identification d’un épitope sont la cristallographie aux rayons X et les techniques de RMN à l’heure actuelle ; Cependant, ils prennent du temps et coûtent cher8. Par conséquent, des méthodes et des outils de calcul, avec les avantages d’un faible coût et d’une vitesse élevée, ont été utilisés pour prédire les épitopes.

Cet article décrit une méthode d’analyse de corrélation bio-informatique pour la prédiction des propriétés physicochimiques, de la structure secondaire, de la structure tertiaire et des épitopes des cellules B/Th de la protéine Art v 1 du pollen d’armoise. Cela fournira une base théorique pour le développement ultérieur du vaccin contre les maladies allergiques au pollen d’artemisia et du traitement des maladies.

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Protocole

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1. Propriétés physiques et chimiques de la protéine Art v 1

  1. Entrée AF493943.1 dans la banque de gènes (table des matériaux) pour obtenir la séquence d’acides aminés de la protéine Art v 1 (Fichier supplémentaire 1-Figure supplémentaire S1).
    REMARQUE : La protéine Art v 1 contient 132 acides aminés, qui sont codés par 624 pb de séquences génétiques. Sa séquence d’acides aminés (AAO24900.1) est MAKCSYVFCAVLLIFIVAIGEMEAAGSKLCEKTSKTYSG
    KCDNKKCDKKCIEWEKAQHGACHKREAGKESCFCYF
    DCSKSPPGATPAPPGAAPPPAAGGSPSPPADGGSPP
    PPADGGSPPVDGGSPPPPSTH.
  2. Lancez l’outil Expasy ProtParam (Table des matériaux), en saisissant la séquence d’acides aminés de la protéine Art v 1 mentionnée à l’étape 1.1. Cliquez sur le bouton Calculer les paramètres pour afficher la composition en acides aminés, le numéro atomique, la formule moléculaire, le poids moléculaire relatif, la charge positive et négative, le point isoélectrique et l’indice d’instabilité (Fichier supplémentaire 1-Figure supplémentaire S2).
    REMARQUE : L’indice d’instabilité est de <40, ce qui indique que la protéine est stable ; Une valeur > 40 signifie que la protéine est instable9.

2. Prédiction de la région transmembranaire et du peptide signal de la protéine Art v 1

  1. Entrez la séquence d’acides aminés de la protéine Art v 1 mentionnée ci-dessus dans le logiciel en ligne TMHMM Server v.2.0 (Table des matériaux). Choisissez Extensif, avec des graphiques comme format de sortie, cliquez sur Soumettre pour afficher la structure de la membrane et obtenir les caractéristiques physiques et chimiques de la protéine transmembranaire (Fichier supplémentaire 1-Figure supplémentaire S3).
  2. Entrez la séquence d’acides aminés de la protéine Art v 1 mentionnée ci-dessus dans l’outil en ligne SignaIP5.0 Server (Table des matériaux). Choisissez Eukarya comme groupe Organisme et Sortie longue comme format de sortie, puis cliquez sur Soumettre et remplissez l’adresse e-mail pour recevoir le résultat du peptide signal protéique prédit (Fichier supplémentaire 1-Figure supplémentaire S4).

3. Prédiction de la structure secondaire de la protéine Art v 1

  1. Pour analyser l’hydrophilie, l’accessibilité de surface, la flexibilité et l’indice antigénique de la protéine Art v 1, entrez AF493943.1 dans GeneBank (Table of Materials) et cliquez sur protein id AAO24900.1 | FASTA. Copiez la séquence FASTA dans le nouveau fichier texte et modifiez le type de fichier en FASTA (Fichier supplémentaire 1-Figure supplémentaire 5). Ensuite, lancez le module protéiforme du logiciel DNAstar et ouvrez le fichier FASTA pour afficher la structure secondaire de la protéine Art v 1 (Supplemental File 1-Supplemental Figure S6).

4. Prédiction de la structure tertiaire et évaluation de la conformation de la protéine Art v 1

  1. Pour prédire le modèle de structure tertiaire de la protéine Art v 1, entrez la séquence d’acides aminés de la protéine Art v 1 mentionnée ci-dessus dans le logiciel en ligne Swiss-Model (Table des matériaux), cliquez sur Rechercher des modèles, sélectionnez la protéine similaire la plus élevée 2kpy.1.A comme modèle, cliquez sur Construire des modèles | Modèle 01 et téléchargez le fichier au format PDB (Supplemental File 1-Supplemental Figure S7).
  2. Pour évaluer la conformation de modélisation homologue affichée à l’étape 4.1, ouvrez le logiciel en ligne UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 (Table des matériaux), puis cliquez sur Sélectionner un fichier pour télécharger le fichier au format PDB à l’étape 4.1 | Exécuter des programmes | Chèque Procheck | Résultat | Graphique de Ramachandran (Fichier supplémentaire 1-Figure supplémentaire S8).

5. Prédiction des épitopes des lymphocytes B de la protéine Art v 1

  1. Pour prédire l’épitope de cellule B de la protéine Art v 1, ouvrez le site Web de l’outil en ligne IEDB Analysis Resource (Table des matériaux), cliquez sur Propriétés de la séquence d’antigène, entrez la séquence d’acides aminés de la protéine Art v 1 mentionnée ci-dessus, et choisissez la méthode Bepipred Linear Epitope Prediction 2.0, et enfin cliquez sur Soumettre (Fichier supplémentaire 1-Figure supplémentaire S9).
  2. Ouvrez le site Web de l’outil en ligne ABCpred (Table des matériaux), entrez la séquence d’acides aminés de la protéine Art v 1 mentionnée ci-dessus, 0,51 comme seuil et 16 comme longueur de fenêtre à utiliser pour la prédiction, sélectionnez ON pour le filtre de chevauchement, puis cliquez sur Soumettre la séquence (Fichier supplémentaire 1-Figure supplémentaire S10).

6. Prédiction des épitopes des lymphocytes Th de la protéine Art v 1

  1. Pour prédire l’épitope de la cellule Th de la protéine Art v 1, ouvrez le site Web de l’outil en ligne IEDB Analysis Resource (Table of Materials), cliquez sur MHC II Binding et entrez la séquence d’acides aminés de la protéine Art v 1 mentionnée ci-dessus. Choisissez NetMHCllpan 4.1 EL (prédicteur d’épitope recommandé-2023.09) comme méthode de prédiction, Humain comme espèce/locus, DRB1*01:01 comme HLA-DR, allèle, 15 comme longueur, triez les peptides par rang centile, puis cliquez sur Soumettre (Fichier supplémentaire 1-Figure supplémentaire S11).

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Résultats

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Le logiciel en ligne Prot Param Tool d’ExPASy a été utilisé pour la caractérisation physicochimique et fonctionnelle de la protéine10. La longueur du cadre de lecture de texte ouvert était de 624 pb, codant pour 132 acides aminés, codant pour des protéines avec un total de 1 837 atomes et un poids moléculaire relatif de 13 404,26. La formule moléculaire est C584H903N157O181S12, dont les trois principaux acides aminés sont la proline (Pro, 15,9...

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Discussion

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L’artemisia est l’un des allergènes extérieurs les plus importants en Chine, et ses particules de pollen sont petites, d’un diamètre de 19 à 25 μm, qui sont facilement dispersées par le vent et produisent de grandes quantités de poudre. De plus, la gravité des symptômes allergiques des patients est corrélée à la teneur en pollen de l’air5. L’Art v 1 est considéré comme l’allergène de référence de l’allergie au pollen d’armoise, et plus de 95 % des patients allergi...

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.

Remerciements

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Ce travail a été soutenu par la Natural Science Foundation of Ningxia (2022AAC03601 et 2023AAC02087) et la Research Foundation de l’Université médicale du Ningxia (XM2019052).

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Institut ABCpredIndraprastha des technologies de l’information, Indehttps://webs.iiitd.edu.in/raghava/abcpred/ABC_submission.html
DNAstar Protean softwareDNASTAR, Inc.Version 7.1
Expasy ProtParam ToolSIB Institut Suisse de Bioinformatiquehttps://web.expasy.org/protparam/
GeneBankNational Center for Biotechnology Informationhttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/
IEDB Analysis ResourceInstitut National des Allergies et des Maladieshttp://www.iedb.org/
SignaIP-5.0 ServeurDTU Health Techhttps://services.healthtech.dtu.dk/services/SignalP-5.0/
Logiciel en ligne modèle suisseBIOZENTRUMhttps://swissmodel.expasy.org/interactive
TMHMM Serveur DTUHealth TechVersion 2.0https://services.healthtech.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/
UCLA - DOE LABSAVES US Département de l’énergie Office of ScienceVersion 6,0https://saves.mbi.ucla.edu/
Infectieuses

Références

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  1. Liu, D., et al. Recombinant expression of allergen Art la 3.0101 and Art la 3.0102 of Artemisia lavandulaefolia pollen and characteristics of serum specific IgE reactivity. J Clin Dermatol. 49 (07), 398-402 (2020).
  2. Sun, X. Expression, purification and crystallization of Mugwort pollen allergy-associated MHC proteins [D]. , Wuhan Polytechnic University. (2016).
  3. Goodman, R. E., Breiteneder, H. The WHO/IUIS Allergen Nomenclature. Allergy. 74 (3), 429-431 (2019).
  4. Razzera, G., et al. Mapping the interactions between a major pollen allergen and human IgE antibodies. Structure. 18, 1011-1021 (2010).
  5. Zabel, M., et al. Art v 1 IgE epitopes of patients and humanized mice are conformational. J Allergy Clin Immunol. 150 (4), 920-930 (2022).
  6. Peng, G., Han, X. Research progress of specific immunotherapy in atopic dermatitis. J Clin Dermatol. 46 (08), 602-604 (2017).
  7. Gao, Z., et al. Artemisia pollen allergy in China: Component-resolved diagnosis reveals allergic asthma patients have significant multiple allergen sensitization. Allergy. 74, 284-293 (2019).
  8. Sun, P., et al. Bioinformatics resources and tools for conformational B-cell epitope prediction. Comput Math Methods Med. , 943636(2013).
  9. Aqel, A. An integrated multi-pronged reverse vaccinology and biophysical approaches for identification of potential vaccine candidates against Nipah virus. Saudi Pharm J. 31 (12), 101826(2023).
  10. Verma, N. K., Singh, B. Insight from the structural molecular model of cytidylate kinase from Mycobacterium tuberculosis. Bioinformation. 9 (13), 680-684 (2013).
  11. Peters, B., Nielsen, M., Sette, A. T Cell epitope predictions. Annu Rev Immunol. 38, 123-145 (2020).
  12. Andreatta, M., Nielsen, M. Bioinformatics tools for the prediction of T-cell epitopes. Methods Mol Biol. 1785, 269-281 (2018).
  13. Jahn-Schmid, B., et al. Antigen presentation of the immunodominant T-cell epitope of the major mugwort pollen allergen, Art v 1, is associated with the expression of HLA-DRB1 *01. J Allergy Clin Immunol. 115 (2), 399-404 (2005).
  14. Liu, D. Species identification and allergen analysis of Artemisia SPP in northern China [D]. , China Medical University. (2019).
  15. Li, T., Bu, G., Xi, G. Effects of heat treatment on the antigenicity, antigen epitopes, and structural properties of β-conglycinin. Food Chem. 346, 128962(2021).
  16. Li, Y., et al. Bioinformatic prediction of epitopes in the Emy162 antigen of Echinococcus multilocularis. Exp Ther Med. 6, 335-340 (2013).
  17. Qiao, R., et al. Main characteristics and prediction of T-cell epitopes of mite Derp1 protein. Chin J Biologicals. 34 (08), 969-973 (2021).
  18. Ramana, J., Mehla, K. Immunoinformatics and epitope prediction. Methods Mol Biol. 2131, 155-171 (2020).
  19. Ma, F., et al. Advance on prediction methods of B cell antigen epitope. China Animal Husbandry & Veterinary Medicine. 43 (01), 63-67 (2016).
  20. Wang, X., et al. Salidroside, a phenyl ethanol glycoside from Rhodiola crenulata, orchestrates hypoxic mitochondrial dynamics homeostasis by stimulating Sirt1/p53/Drp1 signaling. J Ethnopharmacol. 293, 115278(2022).
  21. Hou, Y., et al. Salidroside intensifies mitochondrial function of CoCl2-damaged HT22 cells by stimulating PI3K-AKT-MAPK signaling pathway. Phytomedicine. 109, 154568(2023).

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Mots-clés

B Cell EpitopeBioinformatics AnalysisProtein Structure PredictionAmino Acid SequencePhysicochemical PropertiesTransmembrane Region
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