小鼠Aurora-A 蛋白的生物信息學分析＊

楊可心 王 會 李會

（1.徐州醫科大學生命科學學院，江蘇徐州 221004；2.徐州醫科大學基礎醫學院，江蘇徐州 221004）

0 引言

極光激酶A（Aurora-A）是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是近年來廣受關注的細胞周期調節因子。Aurora-A激酶主要定位于有絲分裂期細胞中心體和紡錘體微管，在中心體復制階段開始表達，促進中心體的成熟、分離、紡錘體的精確組裝及胞質分裂。Aurora-A 以有絲分裂激酶依賴的方式調控多種細胞的發育分化和穩態維持，主要參與調控G2/M 期的細胞周期進程[1]。多項研究表明，Aurora-A 在造血惡性腫瘤、乳腺癌、結直腸癌等多種類型的癌癥中異常高表達，是多種腫瘤治療的靶點分子[2]。

盡管Aurora-A 以有絲分裂激酶依賴的方式調控多種細胞的發育分化和穩態維持，目前有研究指出Aurora-A 也以有絲分裂激酶非依賴的方式調控細胞多種生命活動，例如，Aurora-A 調控免疫突觸的微管形成介導T 細胞活化[3]、介導微管形成調控神經元軸突延伸等[4]。此外，Aurora-A 作為絲蘇氨酸激酶可通過磷酸化與中心體功能無關的蛋白質，如Taga 等人發現在U20S 人骨肉瘤細胞中，Aurora-A 可誘導Akt 和mTOR 癌蛋白的磷酸化，從而促進癌細胞擴增[5]。近年來也有研究報道，Aurora-A 存在著經典的SUMO 化保守序列，體內和體外實驗均證明Aurora-A 通過SUMO 化促進自身激酶活性從而確保細胞的有絲分裂正常進行[6]。

Aurora-A 以有絲分裂激酶依賴和非依賴的方式調控多種細胞的生命活動，但是Aurora-A 激酶活化的結構基礎和具體作用機制目前還不清楚。研究小鼠Aurora-A 的蛋白性質和蛋白結構對研究其功能具有重要的意義，目前尚未見Aurora-A 蛋白性質和結構的相關報道。本研究利用生物信息學工具對小鼠Aurora-A 蛋白的性質和結構進行預測和分析，旨在為研究Aurora-A 蛋白在生理和病理條件下的功能和調控機制奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

從NCBI 獲取小鼠Aurora-A 蛋白的氨基酸序列（GenBank：AAH14711.1）。在線分析工具為 Blast、ExPASy、SOPMA、Swiss Model、NetPhos、SUMOplot、JASSA、GPS-SUMO 等生物信息學分析軟件。

1.2 方法

利用生物信息學分析軟件ExPASy 分析Aurora-A 蛋白的理化性質和疏水性（https://web.expasy.org/protparam，http://web.expasyweb.expasy.org/ protscale），利用SOPMA 分析Aurora-A 的二級結構（http://npsa-pbil.ibcp.fr/cgi-bin/npsa_automat.pl?page=npsa_sopma.html），利用Swiss Model 分析Aurora-A 的三級結構（https://swissmodel.expasy.org/），利用NetPhos3.1 對Aurora-A的磷酸化位點進行預測（https://services.healthtech.dtu.dk/services/NetPhos-3.1/），利用SUMOplot （http://www.abgent.com/sumoplot)、JASSA（http://www.jassa.fr/）和GPS-SUMO （http://sumosp.biocuckoo.org/）軟件預測Aurora-A 的SUMO 化位點。

2 結果與分析

2.1 Aurora-A 理化性質分析

小鼠Aurora-A 分子式為C2083H3325N609O614S14，含417個氨基酸殘基，由20 種基本氨基酸組成。小鼠Aurora-A蛋白質分子量為47172.87u，等電點為9.44，含帶正電荷的氨基酸殘基（賴氨酸+精氨酸）62 個，帶負電荷的氨基酸殘基（谷氨酸＋天冬氨酸）46 個。體外小鼠Aurora-A的半衰期在哺乳動物細胞中為30h，在酵母中＞20h，在大腸桿菌中＞10h。Aurora-A 蛋白的不穩定指數為50.61，根據蛋白質穩定參數在40 以下判定為穩定蛋白質，推測小鼠Aurora-A 屬于不穩定蛋白質。Aurora-A 的脂溶系數為76.42，親水系數為-0.628，說明該蛋白為親水性蛋白質[7]。ProtScale 軟件分析的結果顯示，絕大多數氨基酸分值為較低的負值，表明Aurora-A 是較強的親水性蛋白質，小鼠Aurora-A 疏水性分析如圖1 所示。

圖1 小鼠Aurora-A疏水性分析

2.2 Aurora-A 二級結構和三級結構分析

利用SOPMA 分析Aurora-A 蛋白質二級結構，窗口參數（Window width）設置為17，相似閾值（Similarity threshold）設置為8，狀態數（Number of states）設置為4。結果顯示，小鼠Aurora-A 蛋白質二級結構中α-螺旋占27.10%、延伸鏈占11.99%、β-轉角占5.28%、無規則卷曲占55.64%（見圖2A）。利用Swiss Model 軟件對Aurora-A三級結構進行預測，以Aurora-A 為模板（P97477.1.A）進行同源建模，預測結果如圖2B 所示，GMQE 值為0.71，說明預測結構可靠。

圖2 小鼠Aurora-A蛋白的二級結構和三級結構

2.3 Aurora-A SUMO 化位點和磷酸化位點預測

利用NetPhos 軟件對小鼠Aurora-A 蛋白質進行磷酸化位點分析，結果顯示，Aurora-A 共有43 個磷酸化位點，判定標準為得分＞0.5（見圖3），其中絲氨酸26 個、蘇氨酸14 個、酪氨酸3 個。利用SUMOplot、JASSA、GPS-SUMO三個軟件對Aurora-A 蛋白的SUMO 位點進行預測，綜合3個軟件預測的結果（見表1），小鼠Aurora-A 的271、322、156 位賴氨酸發生SUMO 化的可能性最高，且271 位賴氨酸序列與SUMO 化特異性序列Ψ-K-X-E/D 一致。其中，Ψ代表疏水性氨基酸，K 是SUMO 分子共價結合的賴氨酸，X 為任意氨基酸，D/E 為酸性氨基酸（天冬氨酸D 或者谷氨酸E）。

表1 小鼠Aurora-A SUMO位點預測

圖3 小鼠Aurora-A蛋白磷酸化位點預測

3 結論

Aurora-A 是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是近年來廣受關注的細胞周期調節因子，通過生物信息學分析軟件研究發現，Aurora-A 是一種不穩定的親水性堿性蛋白質，共有43 個磷酸化位點和一個保守的SUMO 化序列。蛋白質結構是其功能的基礎。通過深入分析Aurora-A 的理化性質和蛋白質結構，為進一步研究Aurora-A 在生理和病理條件下的功能和調控機制提供實驗依據。

蛋白質的理化性質是蛋白質鑒定、提純、純化的基本依據，本研究中蛋白質理化性質預測結果顯示，小鼠Aurora-A 是一個不穩定的親水性堿性蛋白質。蛋白質的磷酸化可以調節蛋白質的結構和功能，在細胞信號轉導過程中發揮重要調控作用。激活的Aurora-A 是其磷酸化形式，其活化通常發生在有絲分裂G2/M 期[8]。盡管TPX2、BORA、BuGZ 等已被報道可激活Aurora-A[9-11],但是Aurora-A 激酶活性的調控機制仍知之甚少，本研究預測發現，Aurora-A共有43 個磷酸化位點，將為研究Aurora-A 激酶的活化提供一定的實驗依據。除了磷酸化，SUMO 化修飾也可調控蛋白質的活性和功能，有研究報道小鼠精母細胞中Aurora-A在減數分裂G2/M 期發生SUMO 化[12]，但是SUMO 化調節Aurora-A 的具體調控機制尚不清楚。本研究中發現Aurora-A的271、322、156 位賴氨酸發生SUMO 化的可能性最高，且271 位賴氨酸序列與SUMO 化特異性序列Ψ-K-X-E/D 一致，Aurora-A 激酶SUMO 化位點的預測為深入研究Aurora-A激酶SUMO 化的具體調控機制奠定一定的實驗基礎。

Aurora-A 作為一種重要的有絲分裂激酶調控多種生命活動。通過生物信息學方法分析其理化性質、蛋白結構和激酶活性位點，可為研究Aurora-A 蛋白在不同的生理和病理條件下的作用和功能提供必要的信息，也可為Aurora-A 參與的相關疾病研究和疾病治療提供新的思路和分子靶點。