Evolisyon Molekilè Pwoteyin Bakterisid/Ogmante Pèmeyabilite (BPIFA1) ki kontwole repons iminitè natirèl nan mamifè yo Pati 1

Résumé:

Pwoteyin bakterisid / pèmeyabilite-ogmante, yon faktè prensipal nan sistèm iminitè natirèl la nan mamifè, patisipe nan pwoteksyon iminitè natirèl kont bakteri anvayi. BPIFA1 aktivman kontribye nan defans lame atravè mekanis miltip, tankou anti-bakteri, surfactant, kontwòl likid sifas Airway, ak aktivite imunomodulateur. Sepandan, istwa evolisyonè ak fòs seleksyon sou jèn BPIFA1 nan mamifè yo pandan evolisyon adaptasyon yo mal konprann. Etid sa a te egzamine jèn BPIFA1 imen an konpare ak lòt espès mamifè pou estime presyon selektif ki sòti nan evolisyon adaptasyon. Pou evalye si wi ou non seleksyon pozitif te fèt, nou te anplwaye plizyè tès posiblite diferan (M1 vs M2 ak M7 vs M8).

Pwopòsyon sit pozitivman chwazi yo te enpòtan, ak yon valè log chans 93.63 pou pwoteyin BPIFA1 la. Yo te itilize sèvè Seleksyon an sou menm seri done a pou rekonfime seleksyon pozitif pou sit espesifik lè yo itilize modèl Konbinezon Mekanistik-Anpirik la, konsa bay plis prèv ki sipòte rezilta seleksyon pozitif yo. Te gen prèv konvenkan pou siyal seleksyon pozitif nan jèn BPIFA1 nan espès mamifè, ki te pi enpòtan pou siy seleksyon ak kreye siyal.

Pwoteyin BPIFA1, ke yo rele tou LPLUNC1 oswa Nasopharyngeal Carcinoma-asosye Gene 6 (NAG6), se yon pwoteyin trè eksprime nan Airway siperyè ak kavite oral. Pwoteyin BPIFA1 gen rapò ak iminite.

Etid yo montre ke pwoteyin BPIFA1 a gen efè anti-bakteri ak imunomodulatwa. Pwoteyin BPIFA1 ka mare nan pwogrese Escherichia coli epi detwi manbràn selilè li yo, kidonk jwe yon wòl anti-bakteri. Anplis de sa, pwoteyin BPIFA1 jwe yon wòl imunomodulateur nan aktive reseptè Toll-like (TLR) 4 ak TLR2 chemen, ankouraje repons enflamatwa, apoptoz, ak aktivasyon selil iminitè.

Relasyon ki genyen ant pwoteyin BPIFA1 ak maladi respiratwa tou te etidye anpil. Pou egzanp, etid yo te montre ke nivo ekspresyon nan pwoteyin BPIFA1 nan maladi respiratwa tankou opresyon bwonch ak maladi kwonik obstriktif poumon (COPD) se pre relasyon ak gravite a nan maladi a. Espesyalman nan kondisyon enfeksyon, nivo ekspresyon nan pwoteyin BPIFA1 ka ogmante siyifikativman, kidonk patisipe nan règleman an nan repons iminitè sistèm respiratwa ak balans flora.

Se poutèt sa, wòl nan pwoteyin BPIFA1 nan sistèm iminitè a pa ka inyore, ak relasyon li yo ak maladi respiratwa ak enfeksyon bezwen plis etid apwofondi. Se poutèt sa, nou bezwen peye atansyon espesyal nan amelyore iminite nou an. Cistanche gen yon efè enpòtan sou amelyore iminite. Polisakarid yo nan vyann lan ka kontwole repons iminitè a nan sistèm iminitè imen an, amelyore kapasite nan estrès nan selil iminitè, ak ranfòse selil iminitè yo. efè bakterisid.

Klike pou w konnen cistanche whole foods

Nou te fè tès pwobabilite konpare divès modèl ki baze sou rapò dN/dS pou rekonèt kodon espesifik anba presyon seleksyon pozitif. Nou idantifye sit pozitivman chwazi nan domèn LBP-BPI nan pwoteyin BPIFA1 nan genòm mamifè a, ki gen ladan yon domèn lipid-obligatwa ak yon wo degre de selektivite pou DPPC. BPIFA1 aktive sistèm iminitè natirèl Airway la an repons a anpil siyal jenetik nan genomic mamifè a. Konklizyon sa yo mete aksan sou avansman evolisyonè nan efè imunoregulatwa ki jwe yon wòl enpòtan nan defans anti-bakteri ak antiviral espès mamifè yo.

Mo kle:

BPIFA1; bakterisid; sistèm iminitè; evolisyon molekilè; seleksyon pozitif.

1. Entwodiksyon

Bakterisid pèmeyabilite-ogmante pwoteyin (BPI) se yon pwoteyin antimikwòb trè efikas ki mare ak netralize lipopolisakarid ki soti nan manbràn eksteryè bakteri [1]. Jèn BPI ki gen fanmi A manm 1 (BPIFA1) gen efè sou sistèm iminitè lokal la, e efè sa yo kapab enfliyanse kwasans ak envazyon mikwo-òganis yo [2]. Youn nan mekanis potansyèl ki kache lyen sa a se kapasite BPIFA1 pou amelyore absòpsyon bakteri pa selil fagositik ak kapasite yo pou detwi yo [3].

Malgre ke yo gen resanblans sekans minim, BPI gen de domèn ki adopte menm pliye estriktirèl la [1,4]. Anvayi bakteri Gram-negatif lakòz yon repons lame entegre fasilite pa prezans nan yon pwoteyin obligatwa lipopolysaccharide (LBP). LBP se yon pwoteyin endotoxin-obligatwa lye ak kowòdone ak BPI [5]. BPIFA1 kontwole mikrobyota mukoz la ak siyal entèferon debaz. SPLUNC1 (ansyen ke yo rekonèt kòm BPIFA1) se yon manm fanmi ki gen pliye pwoteyin ak aktivite anti-bakteri, surfactant, ak imunomodulateur, yo tout kontribye nan pwoteksyon lame. Sistèm respiratwa a se sit prensipal ekspresyon li [6]. SPLUNC1, homolog imen an nan jèn sourit PLUNC, montre menm modèl ekspresyon nan pasaj siperyè yo ak zòn nasopharyngeal kòm omològ sourit li yo. Aksyon anti-bakteri kont bakteri Gram-negatif parèt pa pwoteyin antimikwòb kode [5]. Nan kansè nan poumon ki pa ti selil, li ta ka sèvi kòm yon makè molekilè potansyèl pou lokalize mikrometastaz. Yo te dekouvri plizyè varyant transkripsyon kòm rezilta splicing altènatif rejyon 3' ki pa tradui a; sepandan, nati tout longè sèlman twa nan variants transkripsyon sa yo konprann [7].

Tou de sourit ak imen yo gen nivo enpòtan nan ekspresyon jèn BPIFA1 nan pati siperyè trachea a, men ekspresyon sa a diminye ak distans soti nan trachea a, rive nan yon minimòm nan bifurcation nan bronchi prensipal yo tij ak vin endeslabl nan periferik poumon yo. [8]. Etid ekspresyon jèn anpil nan sourit ak imen yo te echwe pou pou detekte BPIFA1 nan tisi periferik nan poumon [9]. Eksepte pou nivo ki ba anpil nan ekspresyon mRNA BPIFA1 nan tim sourit la, kè rat, ak mukoza olfactif, BPIFA1 pa eksprime nan okenn ògàn oswa tisi deyò sistèm respiratwa a nan wonjè [10]. Pa gen okenn endikasyon ke BPIFA1 mRNA prezan nan nenpòt nan tisi imen sa yo: kè, fwa, sèvo, lestomak, ti ​​trip, plasenta, misk skelèt, pankreyas, larat, gangliyon lenfatik nòmal, lenfosit periferik, pwostat, tèstikul, oswa. ovè [11].

Ekspresyon mRNA BPIFA1 swiv yon modèl distribisyon ki trè konparab nan tisi anbriyon ak granmoun. Modèl sa a obsève nan tou de kalite tisi [1]. BPIFA1 twòp ekspresyon nan sourit transjenik pwodui makrofaj alveolatè ak opsonizasyon amelyore ak fagositoz nan nanotub kabòn nan yon modèl enflamasyon nan Airway kontwole [12]. Anplis de sa, yo te montre nanobakteri Gram-negatif kòmansal yo ko-lokalize ak BPIFA1 nan selil epitelyal yo nan tisi kansè nasopharyngeal [13]. Echantiyon yo te pran nan men pasyan ki te deja idantifye kòm gen kansòm nasopharyngeal. Konklizyon yo nan yon etid resan sijere ke entèraksyon ant BPIFA1 ak LPS ki pa bakteri ka bese repons enflamatwa kò a ki te koze pa LPS ki pa bakteri. [1].

Ranje nan efè anti-bakteri li yo ak prezèvasyon estrikti li yo nan vertebre lè-respire vle di ke BPIFA1 te evolye bay kapasite esansyèl pwoteksyon lame [14]. Sepandan, akòz kote li nan pasaj proximal yo ak nivo segondè li nan kondisyon fondamantal, BPIFA1 ka endispansab. Sa a se paske efè antimikwòb yo abondan nan bèt [15]. Kontinwe, BPIFA1 sanble gen efè ki pi enpòtan nan evite enfeksyon ak netwaye li anvan envazyon an nan patojèn. Enfeksyon bakteri nan sistèm respiratwa a ka anpeche gras a fonksyon sa yo, ki ka siyal deklanchman iminite a ak amelyore règleman lòt fonksyon Airway [15].

Chanjman adaptasyon an repons a demand anviwònman yo panse ke yo dwe contrainte pa faktè byofizik, men aspè yo estriktirèl nan sit ki gen chanjman adaptasyon pa ka prevwa pa nenpòt teyori evolisyonè [16]. Sa a se paske kontrent byofizik limite kalite sibstitisyon ki pèmèt yo kenbe fonksyon pwoteyin [17]. Seleksyon pozitif ka pi plis nan seksyon pwoteyin kote mitasyon yo espere gen yon efè pi ba pase nan lòt pati nan pwoteyin lan, byenke sa pa te pwouve (egzanp, sit règleman allosteric) [18]. Sepandan, rejyon fonksyonèl yo espere rete anpil konsève pandan evolisyon, menm si chanjman adaptasyon yo asosye ak fiksasyon rapid nan mitasyon favorab [19]. Evolisyon molekilè nan sekans pwoteyin se siyifikativman enfliyanse pa pwosesis la nan seleksyon natirèl.

Dènye devlopman nan sekans jenom ak metòd enferans serye nan nivo filojenetik ak popilasyon an te fè li posib pou fè yon evalyasyon rapid ak solid nan pousantaj evolisyonè yo ak adaptasyon ki kondwi pa seleksyon natirèl [20]. Nan tou de nivo filojenetik ak popilasyon an, yo te fè yon kantite travay sibstansyèl pou konstwi metòd enferans. Anplis de sa, ogmante aksè nan done estriktirèl ak fonksyonèl pwoteyin pèmèt chèchè yo egzamine enpak kontrent estriktirèl ak fonksyonèl sou evolisyon ak adaptasyon nan sekans pwoteyin [16]. Akòz limit yo enpoze pa estrikti yo ak fonksyon yo, pousantaj evolisyon ak adaptasyon yo diferan pou divès pwoteyin ak sit ki nan menm pwoteyin [19].

Gwo fonksyon selil yo byen mare ak rezo regilasyon ekspresyon jèn ki pèmèt òganis yo tolere pi wo nivo enfeksyon oswa bese efè enfeksyon sa yo [21]. Pifò nan eleman ki fòme fizyoloji selilè yo gen rapò intim ak sistèm regilasyon ekspresyon jèn sa yo, ki souvan ansyen adaptasyon evolisyonè [22]. Mekanis sa yo te trase yon gwo enterè nan rechèch ki te itilize yon seri espès modèl ki gen enfòmasyon jenetik ki disponib [23]. Sepandan, yon ti kras konnen sou mekanis yo ki te mennen nan evolisyon nan sistèm sa yo oswa ki jan yo adapte yo nan anviwònman divès kalite anviwònman an kòm devlopman pwogrese.

Etid sa a gen pou objaktif pou mennen ankèt sou orijin evolisyonè jèn BPIFA1 pou revele karakteristik fizyochimik li yo epi aplike genomik konparatif pou bay yon evalyasyon jèn nan divès espès mamifè. Nou te fè etid konparatif apwofondi sou jèn bakterisid / pèmeyabilite ki ogmante pwoteyin (BPIFA1), ki kontwole repons iminitè natirèl la nan mamifè, pou pi byen konprann ki jan jèn sa yo travay. Gen yon posibilite ke presyon selektif pral gen yon efè enpòtan sou evolisyon nan adaptasyon. Nan etid sa a, nou mennen ankèt sou istwa jèn sa yo nan divès espès vètebre, ansanm ak fason divèsite jenetik ak seleksyon natirèl te enfliyanse devlopman fanmi jèn sa a sou tan.

2. Materyèl ak Metòd

2.1. Rekipere sekans ak analiz

Asid amine ak sekans nukleotid kod nan jèn BPIFA1 nan 34 espès mamifè, ki gen ladan moun kòm espès referans nan etid sa a, yo te kolekte nan GenBank (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank, jwenn aksè nan 20). Septanm 2021), epi yo te aliyen lè l sèvi avèk zouti Clustal Omega nan lojisyèl MEGA 6 [24]. Metòd maksimòm chans lan te itilize nan lojisyèl MEGA 6 pou jenere pye bwa filogenetik pou jèn BPIFA1 la. Pye bwa sa a te konstwi baze sou relasyon evolisyonè ki genyen ant jèn yo. Tès bootstrap la te kalkile kantite mwayèn ranplasman pou chak sit ak longè mwayèn branch nan itilize yon metòd maksimòm chans ak 1000 repete pou detèmine gwoup taksonomik. Metòd sa a te itilize pou chwazi yon topoloji pou valè log-probabilite ki pi avanse [25,26]. Non espès yo ak nimewo admisyon yo itilize pou etidye jèn BPIFA1 yo bay nan Tablo Siplemantè S1.

2.2. Seleksyon analiz

Yo te itilize apwòch maksimòm chans pou konpare rapò dN/dS pou chak sit kodon pou idantifye kodon espesifik nan sekans jèn mamifè BPIFA1 ki sibi seleksyon pozitif [27,28]. CODEML egzekite nan PAML [29] ak sèvè wèb DATA MONKEY (https://www.datamonkey.org, jwenn aksè nan 29 septanm 2021) [30] yo te itilize pou analiz la, ak rezilta yo te deziyen lè l sèvi avèk rapò sibstitisyon nan kodon ki yo te konsiderableman pi wo pase 1 pou kodon anba seleksyon pozitif. Premye etap rechèch sa a se te detèmine si wi ou non seleksyon pozitif te fèt lè l sèvi avèk tès rapò maksimòm chans lan.

Analiz sa a te detèmine prezans sit ki gen yon rapò dN/dS ki pi gran pase youn. Nan etid sa a, nou te konpare yon modèl disrè (jenerik) ki te fè fonksyon sa a ak yon modèl nil ki te entèdi ensidan an nan sit ki gen yon valè ki pi gran pase 1 [31]. Yo te konpare analiz yo lè l sèvi avèk yon distribisyon log (2∆l) ak df=4. Ipotèz nil (M7) te deklare ke distribisyon an te limite pa valè 0 ak 1. Yon modèl altènatif (M8) ak de paramèt, omega (ω) ak beta ( ), pèmèt derivasyon yon valè soti nan. dataset la, ki ka pi gran pase 1 [27]. Analiz ki itilize efè fiks (FEL), yon sèl chans zansèt konte (SLAC), ak chans efè o aza (REL) tout te jwenn ke jèn BPIFA1 la te sijè a seleksyon pozitif lè yo te konpare valè mondyal pou divergens synonyme ak ki pa sinonim nan chak sit. [32].

Dezyèm etap la se te itilize estimasyon pwobabilite maksimòm pou jwenn pozisyon asid amine ki te sijè seleksyon pozitif pandan tout evolisyon. Teyorèm Bayes la, ki predi pwobabilite ki dèyè sit yo ki sijè a seleksyon pozitif, yo te itilize pou akonpli objektif sa a. Seleksyon pozitif yo te obsève opere nan kote asid amine ak pwobabilite posterior ki sòti nan 95 pousan a 99 pousan [33]. Résidus asid amine ki gen yon gwo pwobabilite ke valè a te pi gran pase youn yo te sibi yon pwosedi selektif. Modèl Swis la ak Phyre 2 (http://www.sbg.bio.ic.ec.k/pyre/html, jwenn aksè nan dat 28 septanm 2021) se aplikasyon ki baze sou entènèt ki montre kote asid amine yo chwazi favorab sou estrikti pwoteyin. [34].

Nou te prevwa kote konsèvasyon evolisyonè asid nikleyik ak asid amine nan pwoteyin nan lè l sèvi avèk zouti ConSurf (http://consurftest.tau.ac.il, jwenn aksè nan 28 septanm 2021), ki te baze sou relasyon filojenetik ant sekans yo. 35]. Sekans kodon ki aliye BPIFA1 te egzamine nan vèsyon Selecton 2.2 (http://secton.tau.ac.il, jwenn aksè nan dat 28 septanm 2021), ki pèmèt detèmine rapò divès kalite kodon ki andedan sekans ki aliyen yo. Rapò sa yo te mezire lè l sèvi avèk apwòch Bayezyen nan enferans atravè divès tès chans. Sa a te fèt pou konfime pozitivman kodon yo chwazi [36]. Anplis, rezilta Seleksyon yo te montre nan plizyè koulè pou endike divès kritè seleksyon yo.

2.3. Analiz recombinaison

Pou jwenn prèv rekonbinasyon, nou te fè yon pwosedi seleksyon modèl ki baze sou pwobabilite estatistik ki ka tamize nan anpil aliyman sekans nan rechèch nan pwen breakpoint ak tach ADN ki gen anpil chans recombinant. Teknik sa a te itilize yon algorithm jenetik pou chèche aliyman plizyè sekans pou pwen rupture rekonbinasyon pou akonpli objektif li. Apwòch GARD se senp pou atrab, fasil ekstansibl, ak trè paralelizable. Eksperyans simulation vaste yo te demontre ke metòd la bat lòt zouti aktyèl yo nan prèske tout ka, patikilyèman konsènan presizyon.

Pou mennen ankèt sou prèv rekonbinasyon, yo te premye evalye sekans nukleotid yo pou idantifye haplotip (Na) epi estime sit polimòfik yo (S), kantite mwayèn diferans nukleotid (K), ak divèsite nukleotid (π) lè l sèvi avèk lojisyèl DnaSP 5.10 [37 ]. Deteksyon breakpoints ak evalyasyon siyal recombinant nan sekans nukleotid yo te fèt lè l sèvi avèk zouti GARD sou entènèt nan sèvè wèb Datamonkey la [38]. Anplis de sa, lè l sèvi avèk GARD pou ekran sekans pou rekonbinasyon asire ke metòd ki konsantre sou idantifye seleksyon pozitif gen karakteristik akseptab estatistik.

2.4. Pwoteyin-pwoteyin entèraksyon analiz

Gen anpil enterè ki te dirije nan mennen ankèt sou fason entèraksyon pwoteyin-pwoteyin yo konsève soti nan yon espès nan yon lòt. Piske gen plizyè obstak nan idantifikasyon eksperimantal ak konfimasyon done entèaksyon, li ta enteresan pou w konprann yon PPI transfere soti nan yon espès ki te pwouve nan yon lòt espès [39]. Bank done STRING la se yon resous bioenfòmatik gratis ki gen enfòmasyon ki dekri kijan pwoteyin kominike youn ak lòt kòm yon pati nan plizyè chemen. Yo itilize kantite liy ki konekte chak nœud pwoteyin ak valè ant yo pou idantifye nœuds entèmedyè, ki reprezante pwoteyin ki jwe wòl byolojik enpòtan epi ki gen lye youn ak lòt. Kreyasyon rezo te fèt lè l sèvi avèk STRING ak lojisyèl Cytoscape (http://www.cytoscape.org, jwenn aksè nan 29 septanm 2021) yo te itilize yo montre rezo a [40]. Lè nou idantifye entèraksyon pwoteyin-pwoteyin nan BPIFA1 nan mitan pwoteyin iminitè yo ak analiz ko-ekspresyon lè l sèvi avèk STRING vèsyon 9.1 (http://www.string-db.org, jwenn aksè nan 29 septanm 2021), nou te kapab plis detèmine kijan BPIFA1 fonksyone. nan nivo molekilè.

2.5. Analiz estriktirèl nan pwoteyin BPIFA1

Nan analiz sa a, nou bati estrikti kristal nan pwoteyin imen BPIFA1 lè l sèvi avèk modèl omoloji ak zouti sou entènèt, tankou modèl Swis la (http://swissmodel.expasy. org, jwenn aksè nan 29 septanm 2021) [41], I-TESSAR [42], ak Phyre2 (http://www.sbg. bio1.ic.ac.uk/phyre2/html, jwenn aksè nan 29 septanm 2021) [43]. Metòd gradyan konjige a ak jaden fòs Amber nan lojisyèl UCSF Chimera 1.10.1 yo te itilize pou diminye pwoteyin sib rasanble. Anplis de sa, yo te itilize sèvè entènèt ProSA pou evalye pwopriyete estereochimik estrikti espere [22].

For more information:1950477648nn@gmail.com