생물정보학 기반 분석 및 쑥 꽃가루 알레르겐 Art V 1 단백질의 B/Th 세포 에피토프 예측

요약

본 연구에서는 쑥 꽃가루 주요 알레르겐인 Art v 1 단백질의 물리화학적 특성, 2차 구조, B 및 T 헬퍼 세포 항원결정기를 예측하기 위한 생물정보학 상관분석을 수행하기 위한 프로토콜을 제시하여 쑥 꽃가루 알레르기 질환 백신 및 질병 치료제의 후속 개발을 위한 이론적 기초를 제공합니다.

초록

쑥 꽃가루 알레르겐인 Art v 1 단백질의 염기서열 특성을 분석하고 이의 B 세포 및 Th (helper T cell) 세포 항원결정인자를 예측하기 위해 Genebank를 참조하여 Art v 1 단백질의 유전자 염기서열 및 아미노산 염기서열을 구하였다. ExPASy의 Prot Param, TMHMM, DNAstar Protean, Swiss-Model, UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 및 IEDB를 사용하여 단백질의 물리화학적 특성, 막관통 영역, 2차 구조, 3차 구조, B 세포 및 Th 세포 항원결정기를 분석하고 예측했습니다.

Art v 1 단백질은 132 개의 아미노산 잔기로 구성되며, 상대 분자량은 13404.26, 분자식 공식은 C₅₈₄H₉₀₃N₁₅₇O₁₈₁S₁₂, pI 값은 7.49, 지질 용해도 지수는 41.59, 친수성 지수는 -0.454로 친수성 단백질로 간주됩니다. 불안정성 지수 (ii)는 78.11로 불안정한 단백질로 분류됩니다. 단백질의 N-말단은 5-27 아미노산 잔기 서열에 위치한 α-나선 막관통 영역을 가지고 있으며, 1-24 위치는 신호 펩타이드 서열입니다. 랜덤 코일, β턴, α나선 및 β시트가 있으며 친수성 영역, 유연한 영역 및 표면 접근성 영역 구조도 포함합니다.

3차 구조의 예측 결과는 2차 구조의 분석 결과와 일치합니다. 5개의 우성 B 세포 에피토프가 예측되었는데, Art v 1 71-87, Art v 1 33-49, Art v 1 104-120, Art v 1 95-111 및 Art v 1 86-102였다. 5개의 Th 세포 우성 항원결정기가 있었는데, Art v 1 2-16, Art v 1 3-17, Art v 1 4-18, Art v 1 5-19 및 Art v 1 6-20이었습니다. Art v 1 단백질은 B 세포 및 Th 세포 항원결정기의 존재로 인해 우수한 항원성을 가질 것으로 예측됩니다.

서론

쑥(Mugwort)은 쑥(Artemisia)의 속(屬)으로, 내몽골(Inner Mongolia), 간쑤(Gansu) 및 중국의 다른 지역에 널리 분포한다¹. 쑥 꽃가루에 의해 유발되는 다양한 알레르기 질환은 일반적으로 아토피 환자가 꽃가루 알레르기 항원에 반복적으로 노출되고 생리 활성 매개체가 생성되어 발생하는 I형 알레르기로, 코 점막, 결막, 기관지의 카타르 염증 및 천식 발작을 유발합니다². WHO/IUIS 알레르겐 명명법^제3 위원회는 현재 쑥 알레르기 항원 7가지, 즉 Art v 1-Art v 6 및 Art AN 7을 공식적으로 인정했습니다. Art v 1 단백질은 쑥 꽃가루 알레르기의 주요 원인 중 하나입니다. 분자량은 24-28kDa이며 쑥 꽃가루에 알레르기가 있는 개인의 95%가 인식할 수 있습니다⁴. 이는 C-말단 프롤린이 풍부한 꼬리에 연결된 N-말단 베타 방어신과 같은 도메인으로 구성됩니다. 디펜신(Defensin)은 여러 진핵생물에서 발현되는 내인성 항균 폴리펩티드(endogenous antimicrobial polypeptide)를 나타낸다<....

프로토콜

1. Art v 1 단백질의 물리화학적 성질

1. GeneBank(Table of Materials)에 AF493943.1을 입력하여 Art v 1 단백질의 아미노산 서열을 얻습니다(보충 파일 1-보충 그림 S1).
   참고: Art v 1 단백질은 132개의 아미노산을 함유하고 있으며, 이는 624bp의 유전자 염기서열에 의해 암호화됩니다. 그것의 아미노산 서열(AAO24900.1)은 MAKCSYVFCAVLLIFIVAIGEMEAAGSKLCEKTSKTYSG입니다.
   KCDNKKCDKKCIEWEKAQHGACHKREAGKESCFCYF
   DCSKSPPGATPAPPGAAPPPAAGGSP패드그스프
   PPADGGSPPVDGGSPPPPSTH.
2. Expasy ProtParam 도구(재료 표)를 시작하고 1.1단계에서 언급한 Art v 1 단백질 아미노산 염기서열을 입력합니다. Compute parameters(파라미터 계산) 버튼을 클릭하면 아미노산 조성, 원자 번호, 분자식, 상대 분자량, 양전하 및 음전하, 등전점 및 ....

결과

단백질¹⁰의 물리화학적 및 기능적 특성화를 위해 ExPASy의 Prot Param Tool 온라인 소프트웨어가 사용되었습니다. 열린 텍스트 판독 프레임의 길이는 624bp였으며, 132개의 아미노산을 암호화하고, 총 1,837개의 원자와 13,404.26의 상대 분자량을 가진 단백질을 암호화했습니다. 분자식은 C₅₈₄H₉₀₃N₁₅₇O₁₈₁S₁₂이며, 그 중 상위 3 개 아미노산은 프롤린 (Pro, 15.9 %), 알라닌 (Ala, 12.1 %), 글리신 (Gly, 11.4 %)이며 나머지 아미노산은 10 % 미만을 차지합니다. 등전점(pI) 값은 7.49, 음전하 잔류물의 총 수(Asp + Glu)는 13, 양전하 잔류물의 총 수(Arg + Lys)는 14입니다. 지질 용해도 지수는 41.59이고 친수성 지수는 -0.454로 친수성 단백질입니다. 불안정성 지수 (ii)는 78.11로 불안정.......

토론

쑥은 중국에서 가장 중요한 실외 알레르겐 중 하나이며 꽃가루 입자는 직경이 19-25μm로 작아 바람에 쉽게 분산되고 많은 양의 분말을 생성합니다. 또한, 환자의 알레르기 증상의 중증도는 공기 중의 꽃가루 함량과 상관관계가 있다⁵. Art v 1은 쑥 꽃가루 알레르기의 대표적인 알레르기 항원으로 간주되며, 쑥 알레르기 환자의 95% 이상이 Art v 1에 민감합니다. 중국에서는 쑥 알레르기 환자의 ~81%가 Art v 1 수용성 면역 글로불린 E(sIgE⁾14 양성을 보입니다.

본 연구는 주로 생물정보학 기술을 통해 쑥 꽃가루 단백질 Art v 1의 기본적인 특성을 분석하였다. 단백질의 2차 구조 및 막관통 구조 영역의 예측 및 분석에서, Art v 1 단백질은 불안정한 친수성 단백질인 것으로 밝혀졌습니다. 구조 내에 α나선 및 β시.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
ABCpred	Indraprastha Institute of Information Technology, 인도		https://webs.iiitd.edu.in/raghava/abcpred/ABC_submission.html
DNAstar Protean 소프트웨어	DNASTAR, Inc.	버전 7.1
Expasy ProtParam 도구	SIB 스위스 생물정보학		https://web.expasy.org/protparam/
GeneBank	National Center for Biotechnology Information		https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/
IEDB Analysis Resource	National Institute of Allergy and Infectious Diseases		http://www.iedb.org/
SignaIP-5.0 서버	DTU Health Tech		https://services.healthtech.dtu.dk/services/SignalP-5.0/
Swiss-Model 온라인 소프트웨어	BIOZENTRUM		https://swissmodel.expasy.org/interactive
TMHMM 서버	DTU Health Tech	버전 2.0	https://services.healthtech.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/
UCLA - DOE LAB saves	US Department of Energy Office of Science	버전 6.0	https://saves.mbi.ucla.edu/

연구소