Методическая статья

Биоинформатические анализы и прогнозирование эпитопов B/th клеток белка аллергена пыльцы полыни Art V 1

DOI:

10.3791/66517

⸱

22 декабря 2023 г.

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
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

В этой статье

Краткое содержание

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

В данной работе мы представляем протокол проведения биоинформатического корреляционного анализа для прогнозирования физико-химических свойств, вторичной структуры и эпитопов В и Т-хелперных клеток белка основного аллергена пыльцы полыни Art v 1, чтобы обеспечить теоретическую основу для последующей разработки вакцины против аллергических заболеваний полыни и лечения этих заболеваний.

Аннотация

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

Для анализа характеристик последовательности белка аллергена пыльцы полыни Art v 1 и прогнозирования эпитопов его В-клеток и Th (хелперных Т-клеток) были получены последовательность генов и аминокислотная последовательность белка Art v 1 путем обращения к Genebank. Для анализа и прогнозирования физико-химических свойств, трансмембранной области, вторичной структуры, третичной структуры, а также эпитопов В-клеток и Th-клеток белка использовались Prot Param, TMHMM, DNAstar Protean, Swiss-Model, UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 и IEDB.

Белок Art v 1 состоит из 132 аминокислотных остатков, относительная молекулярная масса составляет 13404,26, молекулярная формула C584H903N157O181S12, значение pI составляет 7,49, индекс растворимости липидов составляет 41,59, а гидрофильный индекс составляет -0,454, что считается гидрофильным белком. Индекс нестабильности (ii) составляет 78,11, что классифицируется как нестабильный белок. N-конец белка имеет α-спиральную трансмембранную область, которая расположена в последовательности остатков 5-27 аминокислот, а позиция 1-24 является последовательностью сигнального пептида. Существуют случайные катушки, β-витковые, α-спиральные и β-листовые, а также гидрофильная область, гибкая область и структуры областей поверхностной доступности.

Результаты прогноза третичной структуры согласуются с результатами анализа вторичной структуры. Были предсказаны пять доминантных эпитопов В-клеток: Art v 1 71-87, Art v 1 33-49, Art v 1 104-120, Art v 1 95-111 и Art v 1 86-102. Существовало пять доминантных эпитопов Th-клеток: Art v 1 2-16, Art v 1 3-17, Art v 1 4-18, Art v 1 5-19 и Art v 1 6-20. Предполагается, что белок Art v 1 обладает хорошей антигенностью из-за присутствия эпитопов В-клеток и Th-клеток.

Введение

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

Полынь, род Artemisia в семействе Compositae, широко распространен во Внутренней Монголии, Ганьсу и других регионах Китая1. Различные аллергические заболевания, вызванные пыльцой полыни, обычно являются аллергиями I типа, вызванными повторным воздействием аллергенов пыльцы на атопических особей и образованием биоактивных медиаторов, что приводит к катаральному воспалению слизистой оболочки носа, конъюнктивы и бронхов и даже приступам астмы2. В настоящее времяПодкомитет 3 по номенклатуре аллергенов ВОЗ/IUIS официально признал семь аллергенов полыни, а именно: Арт V 1, Арт v 6 и Арт АН 7. Белок Art v 1 является одним из основных факторов аллергии на пыльцу полыни. Он имеет молекулярную массу 24-28 кДа и может быть распознан 95% лиц с аллергией на пыльцу полыни4. Он состоит из N-концевого бета-дефензин-подобного домена, который соединен с С-концевым хвостом, богатым пролином. Дефензины представляют собой эндогенные антимикробные полипептиды, которые экспрессируются в нескольких эукариотах5.

В настоящее время иммунотерапия аллергенами (АИТ) является единственным этиологическим лечением, которое может изменить естественное течение аллергических заболеваний в дополнение к предотвращению контакта с аллергенами6. Растущая распространенность аллергических заболеваний в последние десятилетия подчеркивает важность фундаментальных и клинических исследований молекул аллергенов и их потенциального применения в диагностике и лечении аллергии. Многие из аллергенов, используемых для АИТ, относятся к рекомбинантным белкам, физические, химические и иммунологические свойства которых пригодны для производства вакцин против аллергенов с пониженной аллергенностью. Таким образом, АИТ считается основным средством эффективной профилактики и лечения аллергических заболеваний, поскольку вакцины от аллергии относительно легко производить при низкой стоимости. Однако разработка вакцин в прошлом зависела исключительно от молекулярной биологии и иммунологических экспериментов. Кроме того, идентификация эпитома имеет важное значение для разработки вакцин, и в настоящее время наиболее надежными методами идентификации эпитопа являются рентгеновская кристаллография и методы ЯМР; Тем не менее, они отнимают много времени и стоят дорого8. Следовательно, для прогнозирования эпитопов были использованы вычислительные методы и инструменты, обладающие такими преимуществами, как низкая стоимость и высокая скорость.

В данной работе описан метод биоинформатического корреляционного анализа для прогнозирования физико-химических свойств, вторичной структуры, третичной структуры и эпитопов B/Th клеток основного аллергена полыни Art v 1 белка. Это обеспечит теоретическую основу для последующей разработки вакцины против аллергических заболеваний на пыльцу полыни и лечения этих заболеваний.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

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

1. Физико-химические свойства белка Art v 1

  1. Ввод AF493943.1 в GeneBank (Table of Materials) для получения аминокислотной последовательности белка Art v 1 (Supplemental File 1-Supplemental Figure S1).
    Примечание: Белок Art v 1 содержит 132 аминокислоты, которые кодируются 624.н. последовательностей генов. Его аминокислотная последовательность (AAO24900.1) — MAKCSYVFCAVLLIFIVAIGEMEAAGSKLCEKTSKTYSG
    KCDNKKCDKKCIEWEKAQHGACHKREAGKESCFCYF
    DCSKSPPGATPAPPGAAPPPAAGGSPPADGGSPP
    ППАДГГСППВДГГСПППППСТХ.
  2. Запустите инструмент Expasy ProtParam (Таблица материалов), вводя последовательность аминокислот белка Art v 1, упомянутую в шаге 1.1. Нажмите кнопку «Вычислить параметры », чтобы отобразить аминокислотный состав, атомный номер, молекулярную формулу, относительную молекулярную массу, положительный и отрицательный заряд, изоэлектрическую точку и индекс нестабильности (Дополнительный файл 1-Дополнительный рисунок S2).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Индекс нестабильности составляет <40, что указывает на стабильность белка; Значение > 40 означает, что белок нестабилен9.

2. Прогнозирование трансмембранной области и сигнального пептида белка Art v 1

  1. Введите упомянутую выше аминокислотную последовательность белка Art v 1 в онлайн-программу TMHMM Server v.2.0 (Table of Materials). Выберите «Экстенсивный» с графикой в качестве выходного формата, нажмите « Отправить », чтобы отобразить структуру мембраны и получить физические и химические характеристики трансмембранного белка (Дополнительный файл 1-Дополнительный рисунок S3).
  2. Введите вышеупомянутую аминокислотную последовательность белка Art v 1 в онлайн-инструмент сервера SignaIP5.0 (Таблица материалов). Выберите Eukarya в качестве группы организмов и Long output в качестве выходного формата, затем нажмите « Отправить » и введите адрес электронной почты, чтобы получить результат предсказанного белкового сигнального пептида (Дополнительный файл 1-Дополнительный рисунок S4).

3. Предсказание вторичной структуры белка Art v 1

  1. Чтобы проанализировать гидрофильность, поверхностную доступность, гибкость и индекс антигена белка Art v 1, введите AF493943.1 в GeneBank (Table of Materials) и нажмите на идентификатор белка AAO24900.1 | ФАСТА. Скопируйте последовательность FASTA в новый текстовый файл и измените тип файла как FASTA (Дополнительный файл 1-Дополнительный рисунок 5). Затем запустите программный модуль DNAstar protean и откройте файл FASTA, чтобы отобразить вторичную структуру белка Art v 1 (Дополнительный файл 1-Дополнительный рисунок S6).

4. Прогнозирование третичной структуры и оценка конформации белка Art v 1

  1. Чтобы предсказать модель третичной структуры белка Art v 1, введите вышеупомянутую аминокислотную последовательность белка Art v 1 в онлайн-программу Swiss-Model (Table of Materials), нажмите на кнопку «Поиск шаблонов», выберите самый высокий похожий белок 2kpy.1.A в качестве шаблона, нажмите на кнопку «Построить модели» | Model 01 и загрузите файл в формате PDB (Supplemental File 1-Supplemental Figure S7).
  2. Чтобы оценить гомологичное моделирование, показанное на шаге 4.1, откройте онлайн-программное обеспечение UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 (Таблица материалов) и нажмите « Выбрать файл », чтобы загрузить файл в формате PDB на шаге 4.1 | Запуск программ | Прочек | Результат | График Рамачандрана (Дополнительный файл 1-Дополнительный рисунок S8).

5. Предсказание эпитопов В-клеток белка Art v 1

  1. Чтобы предсказать эпитоп В-клеток белка Art v 1, откройте веб-сайт онлайн-инструмента IEDB Analysis Resource (Table of Materials), нажмите на Antigen Sequence Properties, введите вышеупомянутую аминокислотную последовательность белка Art v 1 и выберите метод Bepipred Linear Epitope Prediction 2.0 и, наконец, нажмите кнопку «Отправить » (Дополнительный файл 1-Дополнительный рисунок S9).
  2. Откройте веб-сайт онлайн-инструмента ABCpred (Таблица материалов), введите вышеупомянутую последовательность аминокислот белка Art v 1, 0,51 в качестве порога и 16 в качестве длины окна для использования для прогнозирования, выберите ON для перекрывающегося фильтра и нажмите « Отправить последовательность » (Дополнительный файл 1-Дополнительный рисунок S10).

6. Предсказание эпитопов Th-клеток белка Art v 1

  1. Чтобы предсказать эпитоп Th-клеток белка Art v 1, откройте веб-сайт онлайн-инструмента IEDB Analysis Resource (Table of Materials), нажмите на MHC II Binding и введите вышеупомянутую аминокислотную последовательность белка Art v 1. Выберите NetMHCllpan 4.1 EL (рекомендуемый предиктор эпитопа-2023.09) в качестве метода прогнозирования, Human as the species/locus, DRB1*01:01 as HLA-DR, allele, 15 в качестве длины, отсортируйте пептиды по рангу процентиля и нажмите Submit (Supplemental File 1-Supplemental Figure S11).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

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

Для физико-химической и функциональной характеристики белка10 использовалось онлайн-программное обеспечение Prot Param Tool от ExPASy. Длина рамки для чтения открытого текста составляла 624.н., в ней содержалось 132 аминокислоты, в которых было белков всего 1837 атомов и относительная молекулярная масса составляла 13404,26.н. Молекулярная формула — C584H903N157O181S12, из которых три верхние аминокислоты — пролин (Pro, 15,9%), аланин (Ala, 12,...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

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

Полынь является одним из самых важных аллергенов для наружного применения в Китае, а ее пыльцевые частицы мелкие, диаметром 19-25 мкм, которые легко разносятся ветром и производят большое количество порошка. Кроме того, выраженность аллергической симптоматики у пациентов коррелирует с содержанием пыльцы в воздухе5. Статья v 1 считается знаковым аллергеном аллергии на пыльцу полыни, и более 95% пациентов с аллергией на полынь чувствительны к статье v 1. В Китае ~81...

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

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

У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.

Благодарности

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

Эта работа была поддержана Фондом естественных наук Нинся (2022AAC03601 и 2023AAC02087) и Исследовательским фондом Медицинского университета Нинся (XM2019052).

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
ABCpredIndraprastha Institute of Information Technology, Индияhttps://webs.iiitd.edu.in/raghava/abcpred/ABC_submission.html
программное обеспечение DNAstar ProteanDNASTAR, Inc.Версия 7.1
Expasy ProtParam ToolSIB Швейцарский институт биоинформатикиhttps://web.expasy.org/protparam/
GeneBankНациональный центр биотехнологической информацииhttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/
IEDB Analysis ResourceНациональный институт аллергии и инфекционных заболеванийhttp://www.iedb.org/
SignaIP-5.0 СерверDTU Health Techhttps://services.healthtech.dtu.dk/services/SignalP-5.0/
Swiss-Model онлайн-программное обеспечениеBIOZENTRUMhttps://swissmodel.expasy.org/interactive
TMHMM ServerDTU Health TechVersion 2.0https://services.healthtech.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/
UCLA - DOE LAB SAVESUS Министерство энергетики Office of ScienceVersion 6.0https://saves.mbi.ucla.edu/

Ссылки

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

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

B Cell EpitopeBioinformatics AnalysisProtein Structure PredictionAmino Acid SequencePhysicochemical PropertiesTransmembrane Region
Видео скоро будет доступно

Похожие статьи