Methodenartikel

Op bio-informatica gebaseerde analyses en voorspelling van B/Th-celepitoop van bijvoetpollen allergeen Art V 1-eiwit

DOI:

10.3791/66517

⸱

22 december 2023

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Hier presenteren we een protocol om bio-informatica correlatieanalyse uit te voeren om de fysisch-chemische eigenschappen, secundaire structuur en B- en T-helpercelepitopen van bijvoetpollen hoofdallergeen Art v 1-eiwit te voorspellen om een theoretische basis te bieden voor de daaropvolgende ontwikkeling van artemisia-pollen, allergische ziektevaccin en ziektebehandeling.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Om de sequentiekenmerken van bijvoetpollenallergeen Art v 1-eiwit te analyseren en de B-cel- en Th (helper T-cel) celepitopen te voorspellen, werden de gensequentie en aminozuursequentie van Art v 1-eiwit verkregen door te verwijzen naar Genenbank. ExPASy's Prot Param, TMHMM, DNAstar Protean, Swiss-Model, UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 en IEDB werden gebruikt om fysisch-chemische eigenschappen, transmembraangebied, secundaire structuur, tertiaire structuur en B-cel- en Th-celepitopen van het eiwit te analyseren en te voorspellen.

Het Art v 1-eiwit is samengesteld uit 132 aminozuurresiduen, het relatieve molecuulgewicht is 13404.26, de molecuulformule is C584H903N157O181S12, de pI-waarde is 7.49, de oplosbaarheidsindex voor lipiden is 41.59 en de hydrofiele index is -0.454, wat wordt beschouwd als hydrofiel eiwit. De instabiliteitsindex (ii) is 78,11, wat wordt geclassificeerd als een onstabiel eiwit. De N-terminus van het eiwit heeft een α-helicaal transmembraangebied, dat zich bevindt in de 5-27 aminozuurresidusequentie, en de 1-24-positie is de signaalpeptidesequentie. Er zijn willekeurige spoelen, β-bochten, α-helixen en β-vellen, en het bevat ook structuren voor hydrofiele regio's, flexibele regio's en oppervlakte-toegankelijkheidsgebieden.

De voorspellingsresultaten van de tertiaire structuur komen overeen met de analyseresultaten van de secundaire structuur. Er werden vijf dominante B-celepitopen voorspeld, namelijk Art v 1 71-87, Art v 1 33-49, Art v 1 104-120, Art v 1 95-111 en Art v 1 86-102. Er waren vijf dominante epitopen van de Th cel, namelijk Art v 1 2-16, Art v 1 3-17, Art v 1 4-18, Art v 1 5-19 en Art v 1 6-20. Er wordt voorspeld dat het Art v 1-eiwit een goede antigeniciteit heeft vanwege de aanwezigheid van B-cel- en Th-celepitopen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bijvoet, een geslacht van Artemisia in Compositae, is wijd verspreid in Binnen-Mongolië, Gansu en andere regio's van China1. Verschillende allergische aandoeningen die door bijvoetpollen worden veroorzaakt, zijn meestal type I-allergieën die worden veroorzaakt door de herhaalde blootstelling van atopische personen aan pollenallergenen en de vorming van bioactieve mediatoren, resulterend in catarrale ontsteking van neusslijmvlies, bindvlies en bronchiën en zelfs astma-aanvallen2. De WHO/IUIS Allergen Nomenclatory Subcommittee3 heeft op dit moment zeven bijvoetallergenen officieel erkend, namelijk Art v 1-Art v 6 en Art AN 7. Art v 1-eiwit is een van de belangrijkste veroorzakers van allergieën voor bijvoetpollen. Het heeft een moleculair gewicht van 24-28 kDa en kan worden herkend door 95% van de personen die allergisch zijn voor bijvoetpollen4. Het bestaat uit een N-terminaal bèta-defensine-achtig domein dat is verbonden met een C-terminale proline-rijke staart. Defensines vertegenwoordigen endogene antimicrobiële polypeptiden die tot expressie komen in verschillende eukaryoten5.

Momenteel is allergeenimmunotherapie (AIT) de enige etiologische behandeling die het natuurlijke verloop van allergische aandoeningen kan veranderen, naast het vermijden van blootstelling aan allergenen6. De toenemende prevalentie van allergische aandoeningen in de afgelopen decennia onderstreept het belang van fundamenteel en klinisch onderzoek naar allergeenmoleculen en hun mogelijke toepassingen bij de diagnose en behandeling van allergieën. Veel van de allergenen die voor AIT worden gebruikt, behoren tot recombinante eiwitten, waarvan de fysische, chemische en immunologische eigenschappen geschikt zijn voor de productie van allergeenvaccins met verminderde allergeniciteit. Daarom wordt AIT beschouwd als het belangrijkste middel om allergische aandoeningen effectief te voorkomen en te behandelen, aangezien allergievaccins relatief eenvoudig te produceren zijn tegen lage kosten7. De ontwikkeling van vaccins in het verleden hing echter uitsluitend af van moleculaire biologie en immunologische experimenten. Bovendien is epitoomidentificatie essentieel voor de ontwikkeling van vaccins, en de meest betrouwbare methoden voor de identificatie van een epitoop zijn momenteel röntgenkristallografie en NMR-technieken; Ze zijn echter tijdrovend en duur8. Daarom werden computationele methoden en hulpmiddelen, met de voordelen van lage kosten en hoge snelheid, gebruikt om epitopen te voorspellen.

Dit artikel beschrijft een bio-informatica correlatieanalysemethode voor de voorspelling van de fysisch-chemische eigenschappen, secundaire structuur, tertiaire structuur en B/Th-celepitopen van bijvoetpollen hoofdallergeen Art v 1-eiwit. Dit zal een theoretische basis bieden voor de latere ontwikkeling van artemisia, pollen, allergische aandoeningen, vaccin en ziektebehandeling.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Fysische en chemische eigenschappen van Art v 1-eiwit

  1. Voer AF493943.1 in de genenbank (materiaaltabel) in om de aminozuursequentie van het Art v 1-eiwit te verkrijgen (aanvullend bestand 1-aanvullende figuur S1).
    OPMERKING: Het Art v 1-eiwit bevat 132 aminozuren, die worden gecodeerd door 624 bp gensequenties. De aminozuursequentie (AAO24900.1) is MAKCSYVFCAVLLIFIVAIGEMEAAGSKLCEKTSKTYSG
    KCDNKKCDKKCIEWEKAQHGACHKREAGKESCFCYF
    DCSKSPPGATPAPPGAAPPPAAGGSPSPPADGGSPP
    PPADGGSPPVDGGSPPPPSTH.
  2. Start de Expasy ProtParam Tool (Table of Materials) en voer de Art v 1-eiwitaminozuursequentie in die in stap 1.1 wordt genoemd. Klik op de knop Parameters berekenen om de aminozuursamenstelling, het atoomnummer, de molecuulformule, het relatieve molecuulgewicht, de positieve en negatieve lading, het iso-elektrische punt en de instabiliteitsindex weer te geven (aanvullend bestand 1-aanvullende figuur S2).
    OPMERKING: De instabiliteitsindex is <40, wat aangeeft dat het eiwit stabiel is; Een waarde > 40 betekent dat het eiwit onstabiel is9.

2. Voorspelling van het transmembraangebied en het signaalpeptide van het Art v 1-eiwit

  1. Voer de bovengenoemde Art v 1 eiwitaminozuursequentie in de online software TMHMM Server v.2.0 (Materiaaltabel) in. Kies Uitgebreid, met afbeeldingen als uitvoerformaat, klik op Verzenden om de membraanstructuur weer te geven en de fysische en chemische kenmerken van transmembraaneiwit te verkrijgen (aanvullend bestand 1-aanvullende figuur S3).
  2. Voer de bovengenoemde Art v 1 eiwitaminozuursequentie in de SignaIP5.0 Server online tool (Materiaaltabel) in. Kies Eukarya als de groep Organisme en Lange output als het Output-formaat, klik vervolgens op Verzenden en vul het e-mailadres in om het resultaat van het voorspelde eiwitsignaalpeptide te ontvangen (Aanvullend bestand 1-Aanvullende Figuur S4).

3. Voorspelling van de secundaire structuur van het Art v 1-eiwit

  1. Om de hydrofiliciteit, toegankelijkheid van het oppervlak, flexibiliteit en antigeenindex van het Art v 1-eiwit te analyseren, voert u AF493943.1 in GeneBank (Table of Materials) in en klikt u op eiwit-id AAO24900.1 | SNEL. Kopieer de FASTA-reeks naar het nieuwe tekstbestand en wijzig het bestandstype als FASTA (aanvullend bestand 1-aanvullende afbeelding 5). Start vervolgens de software DNAstar protean-module en open het FASTA-bestand om de secundaire structuur van het Art v 1-eiwit weer te geven (aanvullend bestand 1-aanvullende afbeelding S6).

4. Tertiaire structuurvoorspelling en conformatie-evaluatie van Art v 1-eiwit

  1. Om het tertiaire structuurmodel van Art v 1-eiwit te voorspellen, voert u de bovengenoemde Art v 1-eiwitaminozuursequentie in de online software van Swiss-Model (Materiaalopgave) in, klikt u op Zoeken naar sjablonen, selecteert u het hoogste vergelijkbare eiwit 2kpy.1.A als sjabloon, klikt u op Modellen bouwen | Model 01 en download het bestand in PDB-formaat (aanvullend bestand 1-aanvullende afbeelding S7).
  2. Om de homologe modelleringsconformatie te evalueren die in stap 4.1 wordt weergegeven, opent u de UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 online software (Materiaaltabel) en klikt u op Bestand selecteren om het bestand in PDB-formaat te uploaden in stap 4.1 | Programma's uitvoeren | Procheck Nederland | Resultaat | Ramachandran-plot (Aanvullend Bestand 1-Aanvullende Figuur S8).

5. Voorspelling van B-celepitopen van Art v 1-eiwit

  1. Om het B-celepitoop van Art v 1-eiwit te voorspellen, opent u de website van de online tool IEDB Analysis Resource (Table of Materials), klikt u op Antigen Sequence Properties, voert u de bovengenoemde Art v 1-eiwitaminozuursequentie in en kiest u de methode Bepipred Linear Epitope Prediction 2.0, en klik ten slotte op Verzenden (Aanvullend bestand 1-Aanvullende Figuur S9).
  2. Open de website van de ABCpred online tool (Table of Materials), voer de bovengenoemde Art v 1 eiwitaminozuursequentie in, 0.51 als drempel en 16 als de vensterlengte die moet worden gebruikt voor voorspelling, selecteer AAN voor het overlappende filter en klik op Sequentie indienen (aanvullend bestand 1-aanvullende figuur S10).

6. Voorspelling van de epitopen van de cellen van Art v 1 eiwit

  1. Om het Th-celepitoop van Art v 1-eiwit te voorspellen, opent u de website van de IEDB Analysis Resource online tool (Table of Materials), klikt u op MHC II-binding en voert u de bovengenoemde Art v 1-eiwitaminozuursequentie in. Kies NetMHCllpan 4.1 EL (aanbevolen epitoopvoorspeller-2023.09) als de voorspellingsmethode, Mens als de soort/locus, DRB1*01:01 als HLA-DR, allel, 15 als de lengte, sorteer de peptiden op percentielrang en klik op Verzenden (aanvullend bestand 1-aanvullende figuur S11).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ExPASy's Prot Param Tool online software werd gebruikt voor de fysiochemische en functionele karakterisering van het eiwit10. De lengte van het open tekstleeskader was 624 bp, dat codeert voor 132 aminozuren, codeert voor eiwitten met een totaal van 1.837 atomen en een relatief molecuulgewicht van 13.404,26. De molecuulformule is C584H903N157O181S12, waarvan de top drie aminozuren proline (Pro, 15,9%), alanine...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Artemisia is een van de belangrijkste allergenen voor buitengebruik in China, en de stuifmeeldeeltjes zijn klein, met een diameter van 19-25 μm, die gemakkelijk door de wind worden verspreid en grote hoeveelheden poeder produceren. Bovendien is de ernst van allergische symptomen van patiënten gecorreleerd met het pollengehalte in de lucht5. Art v 1 wordt beschouwd als het kenmerkende allergeen van bijvoetpollenallergie en meer dan 95% van de patiënten met bijvoeta...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben geen belangenconflicten te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd ondersteund door de Natural Science Foundation van Ningxia (2022AAC03601 en 2023AAC02087) en de Research Foundation van Ningxia Medical University (XM2019052).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
ABCpredIndraprastha Institute of Information Technology, Indiahttps://webs.iiitd.edu.in/raghava/abcpred/ABC_submission.html
DNAstar Protean softwareDNASTAR, Inc.Versie 7.1
Expasy ProtParam ToolSIB Swiss Institute of Bioinformaticshttps://web.expasy.org/protparam/
GeneBankNational Center for Biotechnology Informationhttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/
IEDB Analysis ResourceNational Institute of Allergy and Infectious Diseaseshttp://www.iedb.org/
SignaIP-5.0 ServerDTU Health Techhttps://services.healthtech.dtu.dk/services/SignalP-5.0/
Swiss-Model online softwareBIOZENTRUMhttps://swissmodel.expasy.org/interactive
TMHMM ServerDTU Health TechVersie 2.0https://services.healthtech.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/
UCLA - DOE LAB SAVESUS Department of Energy Office of ScienceVersie 6.0https://saves.mbi.ucla.edu/

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  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).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

B Cell EpitopeBioinformatics AnalysisProtein Structure PredictionAmino Acid SequencePhysicochemical PropertiesTransmembrane Region
Video binnenkort beschikbaar

Gerelateerde artikelen