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真核生物中人类疾病易感基因ELAC2和DJ-1的生物信息学分析

作　者: 王志康
导　师: 黄鹰
学　校: 南京师范大学
专　业: 微生物学
关键词: TM-type tRNase Z~S 多序列比对 DJ-1 Hsp31 丙酮醛 GLO3
分类号: Q811.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

人中tRNase Z基因ELAC2是一种与人类疾病前列腺癌疾病相关的基因,研究表明tRNase Z是一种前体tRNA(pre-tRNA)3’末端加工酶,它是tRNA3’末端添加CCA序列所必须的。根据tRNase Z的氨基酸序列数目,可以分为两种tRNase Z:tRNase Zs和tRNase ZL:按照tRNae Z的序列特性,可以分为三种tRNase Z:Bacterial-type tRNase Zs, Eukaryotic-type tRNase ZL和Thermotoga maritima(TM)-type tRNase ZS。本实验对大量植物和动物的ELAC2同源蛋白进行鉴定分析,发现了一些很有趣的现象。我们发现每株植物中存在多条的tRNase Z同源蛋白,例如Arabidopsis thaliana有4条tRNase Z,S.italica有5条tRNase Z.植物中存在大量TM-type tRNase Zs,它们具有独特的保守模体,KL模体.EGxSxxG模体、xHxT模体和HxH模体。我们预测TM-type tRNase Zs定位于植物细胞的叶绿体中,并且它们不能识别3’末端含有CCA的tRNA序列。对动物中的tRNase Z进行检索,我们发现几乎所有的后口动物、冠轮动物和低等非辐射对称动物含有1个tRNase Zs和1个tRNase ZL,而蜕皮动物中只有1个tRNase ZL的存在。同时,我们预测大部分后生动物的tRNasg ZL存在双重定位信号,既可以定位在细胞核中,也可以定位在线粒体中。我们再对所有检索到的tRNase Z进行多序列比对,发现了一个新的模体AxDx。我们预测AxDx模体与PxKxRN模体形成一个环状结构,增加了tRNase Z三级结构的刚性。我们又进行了一些关于AxDx模体的回补实验,结果表明AxDx模体具有重要的功能。DJ-1基因是另一种与人类疾病相关的基因,它与人帕金森疾病相关。DJ-1蛋白和Hsp31蛋白(属于DJ-1的两种不同的亚家族,Hsp31是大肠杆菌的一种热休克蛋白,他们可能都是GLO3。丙酮醛(MG)是细胞糖酵解过程中产生的一种有毒的副产物,乙二醛酶Ⅰ(GLO1)和乙二醛酶Ⅱ(GLO2)在谷胱甘肽(GSH)的辅助下可以降解细胞内(MG),乙二醛酶Ⅲ(GLO3)不需要GSH的辅助可以直接降解MG。本实验对真菌中的DJ-1和Hsp31同源蛋白进行检索发现,DJ-1只在部分真菌中存在,而Hsp31广泛存在于不同真菌菌株中。Schizosaccharomyces pombe的DJ-1(SpDJ-1)和Saccharomyces cerevisiae的Hsp31(ScHsp31)在体外都有GL03活性,GL03需要一个保守的三联体(SpDJ-1:Glu16-Cys111—His130,ScHsp31:Glu30-Cys138-His139)。我们的实验结果表明真菌中DJ-1和Hsp31蛋白都具有GLO3功能,在细胞稳定期使细胞免受MG的毒害。同时,我们的进化树结果和GLO3酶活实验也支持了真菌DJ-1和Hsp31的进化很可能是趋同进化。

全文目录

符号说明  3-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 tRNase Z的研究综述  10-15
  1.1 tRNase Z的结构特点和分类  10-12
  1.2 tRNase Z序列定位  12-13
  1.3 tRNase Z的功能  13
  1.4 tRNase Z与疾病研究  13-14
  1.5 课题内容和展望  14-15
第2章植物ELAC2同源蛋白生物信息学分析  15-31
  2.1 实验方法  15-16
    2.1.1 植物ELAC2同源蛋白的收集和鉴别数据收集  15
    2.1.2 植物ELAC2同源蛋白的氨基酸序列分析  15-16
    2.1.3 植物tRNase Z蛋白的亚细胞定位预测  16
    2.1.4 植物ELAC2同源蛋白系统发育树的构建  16
  2.2 实验结果分析  16-29
    2.2.1 植物ELAC2同源蛋白多样分析  16-19
    2.2.2 植物ELAC2同源蛋白的氨基酸序列分析  19-25
    2.2.3 开花植物中tRNase Z亚细胞定位信号的预测  25-27
    2.2.4 植物中tRNase Z分子进化树分析  27-29
  2.3 实验讨论  29-31
    2.3.1 植物中的tRNase Z的多态性  29
    2.3.2 植物中的tRNase Z-like蛋白  29-30
    2.3.3 植物中的tRNase Z小结  30-31
第3章后生动物ELAC2同源蛋白生物信息学分析  31-56
  3.1 材料与方法  31-32
    3.1.1 后生动物ELAC2同源蛋白的收集和鉴别数据收集  31-32
    3.1.2 后生动物ELAC2同源蛋白的氨基酸序列分析  32
    3.1.3 后生动物tRNase Z基因内含子数目预测和编码区GC含量分析  32
    3.1.4 后生动物tRNase Z蛋白的亚细胞定位预测  32
    3.1.5 后生动物ELAC2同源蛋白系统发育树的构建和dN/dS分析  32
  3.2 实验结果分析  32-54
    3.2.1 后生动物ELAC2同源蛋白多态性分析  32-36
    3.2.2 哺乳动物和隐杆线虫的变异剪切体  36-40
    3.2.3 后生动物ELAC2同源蛋白的氨基酸序列分析  40-46
    3.2.4 后生动物tRNase Z基因的内含子多态性分析  46-48
    3.2.5 后生动物tRNase Z蛋白的亚细胞定位预测  48-51
    3.2.6 tRNase Z进化分析及Ka/Ks分析  51-54
  3.3 实验讨论  54-56
    3.3.1 后生动物tRNase Z的起源和进化  54
    3.3.2 后生动物中tRNase Z的功能  54-56
第4章 DJ-1蛋白的研究进展  56-61
  4.1 DJ-1蛋白结构特点  56-57
  4.2 DJ-1功能  57-58
    4.2.1 DJ-1在癌症的诱发扮演重要的角色  57
    4.2.2 DJ-1蛋白能够正调控雄激素受体及受精过程  57
    4.2.3 DJ-1具有氧化还原依赖的分子伴侣功能  57
    4.2.4 DJ-1对氧自由基的清除作用  57-58
  4.3 裂殖酵母GLO3的研究进展  58
  4.4 模式生物—粟酒裂殖酵母  58-60
  4.5 课题内容和展望  60-61
第5章真菌中HsDJ-1和EcHsp31同源蛋白生物信息学分析  61-72
  5.1 材料与方法  61-62
    5.1.1 真菌中HsDJ-1同源蛋白的收集和鉴别  61
    5.1.2 真菌中DJ-1蛋白的氨基酸序列比对和相似性分析  61-62
    5.1.3 真菌中EcHsp31同源蛋白的收集和鉴别  62
    5.1.4 真菌中Hsp31蛋白的氨基酸序列比对和相似性分析  62
    5.1.5 真菌中DJ-1基因和Hsp31基因的系统发育树的构建  62
  5.2 实验结果分析  62-69
    5.2.1 真菌中DJ-1基因的分布和蛋白序列分析  62-65
    5.2.2 真菌中Hsp31基因分布和氨基酸序列分析  65-69
    5.2.3 真菌中DJ-1基因和Hsp31基因进化关系分析  69
  5.3 实验讨论  69-72
第6章 HPLC法检测SpDJ-1和ScHsp31催化MG的产物  72-81
  6.1 实验材料  72-73
    6.1.1 实验菌株、质粒和培养基  72
    6.1.2 主要试剂及来源  72-73
    6.1.3 DNA引物合成和DNA测序服务  73
  6.2 实验方法  73-78
    6.2.1 ScHsp31和SpDJ-1表达菌株的构建  73-77
    6.2.2 ScHsp31蛋白和SpDJ-1蛋白的提取纯化  77-78
    6.2.3 HPLC法检测ScHsp31蛋白和SpDJ-1蛋白催化丙酮醛的产物  78
  6.3 实验结果分析  78-79
  6.4 实验讨论  79-81
附录  81-95
参考文献  95-103
攻读硕士学位期间发表的论文和获得奖励  103-104
致谢  104-105

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