生物信息学1

生物信息学，2011;6（1）：23-30。线上发表于2011年3月2日。PMCID：PMC3064848版权所有©2011生物医学信息人基质金属蛋白酶的比较分析：新兴疾病的治疗目标Jaiswalastha，AasthaChhabra，Umang马尔霍特拉，ShreyKohli先生，和Vibha拉尼*Jaypee学院生物技术系，信息技术，A-10-62部门，诺伊达-201307，印度北方邦*Vibha拉尼：电子邮件：[e-mail]电话：+（91）-120-2594210传真：+（91）-120-24009862011年2月3日，接受，2011年2月7日。这是一个开放式访问的文章，允许无限制的使用，分配，在任何媒介的复制，用于非商业目的，提供的原始作者和出处计入。本文已被引用在PMC的其他物品。其他路段▼抽象任何有病的具体目标蛋白质的鉴定涉及的蛋白质可能涉及广泛的表征。展示的蛋白质相媲美的功能家庭的成员可能会出现某些不同寻常的特点，在病理状态时有牵连。在计算生物学领域的进步和各种生物信息学工具的使用进行分析，可以帮助研究人员理解他们的工作体系，在研究的初级阶段。初步筛选可以帮助减少在实验室的测试和实验的时间和成本。人基质金属蛋白酶（MMP）的内肽酶的家庭是一个23名成员，负责降解的ECM蛋白的胞外基质（ECM）重塑家庭。虽然他们的作用已被牵连的各种病理情况，如关节炎，动脉粥样硬化，癌症，肝纤维化，心脑血管和神经退行性疾病，很少有人知道，在疾病的MMP家庭成员的具体参与。比较已在硅片的MMP蛋白家族的特征进行了分析其物理化学，二级结构和功能特性。发生非典型特征的观测模式的基础上，我们推测，富含半胱氨酸和高耐热蛋白酶可能在疾病条件的关键球员。因此，进行合理的分组可能的疾病，可能会被视为有前途的临床目标考虑的反应基质金属蛋白酶。这项研究可用于识别签名模式的特点，分析和筛选大量的蛋白质家族作为根本途径。其他路段▼背景过去二十年里，无数的核酸和蛋白质序列数据银行的形式存储在基因组和蛋白质组数据的积累，在指数上升。数以千计的科学家研究的巨大努力，正在做注解生物的蛋白质的结构和功能。相反，新发现的蛋白质在发挥正常或患病的条件下可能扮演潜在的角色，这种功能的认识大大得益于数据的积累[1]。在系统与生物信息学工具的帮助下，这些蛋白质序列注解是应用生物学今天主要的重点领域之一。生物信息学领域的进展标志着众多工具的发展使特定显著蛋白的分类和定义变得更系统化和更容易，从而在实验室中节约了更多因为反复的实验和错误而花费的时间和成本。这种事先的分析，也可以使得实验室研究有了方向，从而帮助一起集成在硅片和实验工作的领域。蛋白质家族是从同一祖先进化而来的，且都表表现出阈值水平的关系[2]。MMPs是一个含锌的内肽酶，这是金属metzincin家族的一个子集家庭。基质金属蛋白酶(matrixmetalloproteinase,MMPs)是参与降解包括骨在内的全身各种组织细胞外基质(extracellularmatrix，ECM)的蛋白酶家族。在此基础上，他们已被列为胶原酶，明胶酶（也叫Ⅳ型胶原酶），基质溶解素，膜型基质金属蛋白酶（MT-MMPs）和[3]其他未分类蛋白酶。在结构上，基质金属蛋白酶包括四个领域：一个氨基末端疏水亲域，锌2+含有催化结构域，灵活的铰链区和羧基端hemopexin样结构域负责其基板的具体性质[4]。MMPs活性受组织基质金属蛋白酶（蛋白酶抑制剂）抑制剂。在正常情况下，这种控制是负责维护ECM的。监管活动中的不平衡，因此，破坏ECM的完整性[5]。基质金属蛋白酶已被牵连在许多生理和病理条件下，如关节炎，临床指标，动脉粥样硬化，癌症，眼科疾病，皮肤病，心脑血管和神经退行性疾病[6]。出26至日期蛋白酶报道，已确定23人[7]。我们的研究报告，在硅片比较表征和分析人体蛋白酶的使用各种生物计算工具，其理化，二级结构和功能特性有关。任何的非典型但是显着的特点，可能有不同的内涵与基质金属蛋白酶在病理条件下的作用。这里的目的是要找出潜在的疾病，他们在疾病的作用，有可能会被牵连的反应基质金属蛋白酶。此外，在所有人体蛋白酶的深入了解，将大大有助于研究人员确定各自的工作系统的利益相关的基质金属蛋白酶。这将进一步设置了类似的其他大型的蛋白质家族，从计算生物学领域中使用的大量资源，比较表征研究的先例。其他路段▼方法论蛋白质序列检索UniProtKB/SWISS-PROT，高品质的手工注释和非冗余的蛋白质序列数据库，用于检索的23人的基质金属蛋白酶的完整序列[8]。这些序列被用于进一步分析使用各种网上的生物计算工具。物理化学分析各种物理和化学参数，如氨基酸组成，分子量，等电点（PI），总人数的积极和消极被控残留，消光系数，不稳定指数，脂肪指数和大水疗法平均（肉汁），计算，使用ExPASy的ProtParam工具（~~V工具/protparam.html的）。ExPASy的ProtScale工具被用来分析密码子数目，膨松，极性，折射率，识别因素，疏水性，跨膜趋势，％埋残留，访问残留％，平均面积掩埋，平均灵活性和相对可变性（。expasy.org/工具/protscale.html的）[9]。二级结构分析使用核动力源@（网络的蛋白质序列分析）服务器（自优化预测方法对准）SOPMA工具的特点，如α-螺旋，3蛋白质的二级结构功能10螺旋，π螺旋，β桥，延伸链测试反过来，河曲地区，无规卷曲，模棱两可的状态和其他国家[10]。功能分析Motif的扫描工具的帮助下完成分析的MMP图案（）[11]。SOSUI服务器预测产生人体蛋白酶，这是进一步归类为膜结合和可溶性蛋白的跨膜区，12]。其他路段▼结果与讨论蛋白酶分泌亲蛋白酶和潜在的形式，这些酶原激活裂解。他们发现，表现出亲和活跃的形式，由分子量（表1看到不同特点的补充材料）。两个活跃的形式（45kDa和22kDa的），MMP-12的异常行为，是因为内部的自溶处理机制，导致其羧基末端结构域，其催化结构域，从而产生了三种产品被切割[13]。氨基酸组成分析表明，在大多数MMPs的半胱氨酸残基的比例，而在于在0.6-1.3％的范围内，MMP-2，9日和23显示值2.9，2.7和2.8个百分点，分别显着上升（图1）（请参阅表2的补充材料）。中MMP-2和9的半胱氨酸残基的高比例可能与半胱氨酸开关图案和这些基质金属蛋白酶的作用，在病理条件下存在。这些明胶此前已牵连癌和心血管疾病。非保密的MMP-23的高半胱氨酸含量，可能是由于半胱氨酸在其结构阵列的存在。半胱氨酸存在高度显着，表明其作为MMP活性的关键残基的作用，因此，这些蛋白酶可能患病的条件下可能发挥的作用进行调查。氨基酸组成进行进一步分析，可以帮助找到氨基酸的存在，在一个不寻常的水平，并与相关特定病理条件[14]。Figure1PercentageofcysteineresiduesinhumanMMPscomputedbyExPASy'sProtParamtool.Theaminoacidcompositionofthe23humanMMPswasanalyzed.CysteineshowedanabnormaltrendasthepercentageofcysteineresiduesinMMP-2,9and23wasfoundtobe(more...)其他物理化学参数，也意味着在不同条件下的基质金属蛋白酶的行为（见表3（a）和表3（B）见补充材料）。PI值，为广大基质金属蛋白酶（MMP-7，12，14，15，16，19，20，21，23，24，25，27日和28日）在碱性（pH7）的范围，同时为他人谎言蛋白酶（MMP-1，2，3，8，9，10，11，13，17和26），它属于在酸性范围（pH值7）。除了这个，不稳定指数分类稳定，MMP-1，2，3，7，8，10，12，13，16，19，20，26和27（不稳定指数40），其余为不稳定的金属（不稳定指数40）（图2）。此外，脂肪指数，标志着蛋白质脂肪族侧链占用的相对量，有助于学习的一种酶的热性能稳定。它被发现跨越范围在61.09至83.59（图3）。在一个小范围的人体蛋白酶的稳定性，表明其性质不稳定，在较宽的温度范围内，但MMP-23是最耐热的基质金属蛋白酶观察。此外，高消光系数，观察MMP-2，15，16，21，24和28，这是与高浓度的赖氨酸，色氨酸和酪氨酸残基序列中可能是有用的蛋白质和proteinligand互动研究解决方案。疏水性值的范围从-0.6896MMP-19（最亲水性），MMP-14的0.4615（最疏水）。图2由ExPASy的ProtParam工具作为计算机的稳定和不稳定的基质金属蛋白酶的分布图。分类指数的不稳定稳定（不稳定指数40）和MMP，MMP-1，2，3，7，8，10，12，13，16，19，20，26和27日-9，11，14，15，17，21，23，（更多...）图3计算脂肪由ExPASy的ProtParam工具的指数。脂肪指数表明蛋白质的热稳定性。MMP-23被认为是最耐高温的基质金属蛋白酶与高脂肪指数的83.59。二级结构分析表明，无规卷曲的霸主地位，由α-螺旋，延伸链，并在20基质金属蛋白酶的β-轮流而延长股超过α-螺旋中MMP-9，11和19（图4）（见表4）。这是有用的预测蛋白质三维结构，并可以帮助近似某些蛋白质功能方面，他们进入家庭的分类[15]。图4通过SOPMA分析二级结构特征。23人基质金属蛋白酶的计算表明，无规卷曲的主导地位，其次是α-螺旋，延伸链，并在20基质金属蛋白酶的β-轮流，而延长股超过α-螺旋（更多...）Motif的扫描工具的预测存在的半胱氨酸开关，锌蛋白酶和hemopexin一直在各种文献讨论的主题（见人体蛋白酶的主题见表5）。通过半胱氨酸残基prodomain和催化结构域[锌原子之间的复杂地层的半胱氨酸开关调节MMPs活性16]。hemopexin域是MMPs的重要组成部分，执行多种功能，激活和抑制，二聚体和多聚，有约束力的基板切割，附着到细胞表面和基质金属蛋白酶的降解[17]。主序列的主题HExxH是在目前锌依赖蛋白酶催化结构域。尽管这两个保守的组氨酸残基锌原子协调，谷氨酸残基的成员活性中心的酶[18]。锌结合区域签名已定义（不带电）-（不带电）（不带电）-（不带电）的H-（带电）-（水电恐怖）[19]。此外，一个额外的II型纤维连接蛋白的域名中MMP-2和9在催化领域的三个地区被发现，这些酶在胶原蛋白结合区域扮演一个举足轻重的角色。基质金属蛋白酶-17，19，21，23，25，26和28日，归类为“其他基质金属蛋白酶”，表明锌蛋白酶主题只存在。另外，长度为20-23个碱基对的跨膜区预测14使用SOSUI服务器（见蛋白酶表6）。MMP-15，16，24和25，发现有两个跨膜区。其他路段▼结论密集的特征和比较分析的蛋白质基质金属蛋白酶家族与众多的生物计算工具的帮助下取得了新的见解和观点，可用于识别和组蛋白酶在病理条件下，发挥了至关重要的作用。在这项研究中，物理，化学，二级结构和功能分析大量的人力基质金属蛋白酶家族进行了研究。通过这项研究的结果可用于工作在任何实验系统中的基质金属蛋白酶的研究。氨基酸组成显示了MMP-23的半胱氨酸残基的比例相当高，随着MMP-2和9。此外，基质金属蛋白酶23日被发现热最稳定的MMP。因此，我们推测随着MMP-2和9，MMP-23，可能是在病理条件下的关键球员。需要进行进一步的研究与实验研究和测试帮助验证这一建议。在这种方式中，某些疾病反应基质金属蛋白酶的其他集团和集群可以通过基质金属蛋白酶的计算机使用的生物信息学工具的各种参数的分析。此外，这项研究可能会采取类似的原型在硅片调查研究方面的其他家庭的大量蛋白质，其中这样的比较分析，可能有助