口蹄疫病毒3A蛋白结构预测及功能分析

摘要

口蹄疫(Foot and mouth disease,FMD)是由口蹄疫病毒(Foot and Mouth disease virus,FMDV)引起的偶蹄动物发生的急性、热性和高度接触性传染病.对猪牛羊等家畜和许多野生动物危害严重.1989年口蹄疫病毒粒子晶体结构的解析,揭示了口蹄疫病毒重要生物学功能的物质基础,为口蹄疫病毒的防治研究开辟了广阔的前景. 测定蛋白质三维结构的实验室方法主要有两种:X射线晶体衍射法和核磁共振法.这两种方法在测定蛋白质三维结构时发挥了巨大的作用,但都有各自的局限性. 为了弥补实验手段测定蛋白质三维结构的不足,基于不同经验和理论计算方法的蛋白质结构预测方法得到了长足的发展. 我们选用四个FMDV毒株作为研究对象,对其重要的非结构蛋白3A进行了一级结构分析、二级结构和空间结构进行了预测.首先,对3A蛋白的氨基酸组成进行了统计,发现不同毒株的3A在经历了氨基酸缺失和变异后,其组成没有发生太大的变化.然后进行了对序列比对,以TB61毒株的3A为模板,比较了TB61-35、HKN/21/70和TAW97毒株3A的差异,发现TB61-35在83-102间的氨基酸缺失,以及HKN/21/70和TAW97毒株3A在93-102间的氨基酸缺失. 其次,通过网络服务器PROTEINPREDICT预测了四个毒株3A蛋白的二级结构. 然后,经网络服务器I-TASSER预测了四个毒株3A蛋白的空间结构,并用软件PROCHECK对预测结果进行了合理性评估. 最后,通过蛋白质三维结构的相似性比较服务器DALI发现口蹄疫病毒非结构蛋白3A的三维结构与导致细胞编程性死亡的蛋白PEA-15的三维结构有极大的相似性.两个蛋白的前半部分都主要由α螺旋形成稳定的结构,后半部分则为较长的无规卷曲,具有很大的柔性.通过计算两个蛋白质的Ca间的RMSD,将两个蛋白的C骨架进行重叠比较,发现两个蛋白质空间排列重叠较好.为了进一步探索不同毒株FMDV 3A蛋白空间结构上的差异,我们将3A蛋白和PEA-15蛋白按其空间结构分成两个部分.分别比较了四个毒株3A蛋白N端与PEA-15 N端的结构相似性,也分别比较了他们C端空间结构的相似性.缘于FMDV 3A与PEA-15具有的相似的空间结构,推测可能两种蛋白有相似的生物学功能. 本研究预测出了O型FMDV非结构蛋白3A的空间结构,通过蛋白质三维结构相似性比较推测了3A的生物学功能.为3A蛋白质进一步的研究指出重要的方向.

目录

文摘

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第一章绪言

1.1研究目的和意义

1.2口蹄疫病毒基因组结构与功能研究进展

1.2.1 FMDV基因组基本结构

1.2.2 FMDV基因组RNA5’非编码区功能

1.2.3 FMDV RNA 3’UTR

1.2.4 Poly(A)尾

1.3FMDV RNA聚合蛋白编码区

1.3.1 L基因核苷酸和编码产物结构及功能

1.3.2 P2编码区及编码产物功能

1.3.3 2A基因及2A蛋白酶

1.3.4 2BC基因及2BC蛋白

1.3.5 P3区编码序列和产物功能

1.3.6 3A和3AB蛋白的作用

1.3.7 3B蛋白的作用

1.3.8 3C蛋白酶的作用

1.3.9 3D蛋白酶的作用

2.1蛋白质三维结构测定方法

2.1.1 X射线晶体衍射法

2.1.2核磁共振技术

2.1.3电镜三维重构技术

2.2蛋白质三维结构理论预测方法

2.2.1同源模建法

2.2.2折叠识别法

2.2.3从头预测法

3.1研究内容与方法

第二章FMDV 3A蛋白结构预测及分析

2.1材料

2.1.1病毒株

2.2 3A蛋白一级结构分析

2.3 3A蛋白二级结构预测

2.4 3A蛋白空间结构预测

2.5 3A蛋白空间结构预测结果评估

2.6讨论

第三章FMDV 3A蛋白空间结构功能预测及分析

3.1FMDV 3A蛋白结构相似性搜索

3.2蛋白质功能预测

3.2.1FMDV 3A蛋白与PEA-15蛋白空间结构的重叠

3.2.2 PEA-15的功能

3.3结果

3.4讨论

第四章结论

参考文献

致谢

作者简历