JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

هنا ، نقدم بروتوكولا لإجراء تحليل ارتباط المعلوماتية الحيوية للتنبؤ بالخصائص الفيزيائية والكيميائية ، والهيكل الثانوي ، وحواتم الخلايا المساعدة B و T من بروتين مسببات الحساسية الرئيسية لحبوب لقاح الحبق البالغة الخامس 1 لتوفير أساس نظري للتطوير اللاحق لقاح مرض تحسس حبوب لقاح الأرطماسيا وعلاج المرض.

Abstract

لتحليل خصائص تسلسل مسببات الحساسية لحبوب لقاح الحبق البالغة بروتين Art v 1 والتنبؤ بالخلايا البائية وحواتم الخلايا Th (الخلية التائية المساعدة) ، تم الحصول على تسلسل الجينات وتسلسل الأحماض الأمينية لبروتين Art v 1 من خلال الرجوع إلى بنك الجينات. تم استخدام ExPASy's Prot Param و TMHMM و DNAstar Protean و Swiss-Model و UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 و IEDB لتحليل والتنبؤ بالخصائص الفيزيائية والكيميائية ، ومنطقة الغشاء ، والبنية الثانوية ، والبنية الثلاثية ، وحواتم الخلية البائية والخلايا Th للبروتين.

يتكون بروتين Art v 1 من 132 بقايا من الأحماض الأمينية ، والوزن الجزيئي النسبي هو 13404.26 ، والصيغة الجزيئية هي C584H903N157O181S12 ، وقيمة pI هي 7.49 ، ومؤشر الذوبان في الدهون هو 41.59 ، والمؤشر المحب للماء هو -0.454 ، والذي يعتبر بروتين محب للماء. مؤشر عدم الاستقرار (ii) هو 78.11 ، والذي يصنف على أنه بروتين غير مستقر. يحتوي الطرف N للبروتين على منطقة غشاء حلزونية α ، والتي تقع في تسلسل بقايا الأحماض الأمينية 5-27 ، والموضع 1-24 هو تسلسل ببتيد الإشارة. هناك ملف عشوائي ، β دورة ، حلزون α ، وصفائح β ، ويحتوي أيضا على منطقة محبة للماء ، ومنطقة مرنة ، وهياكل منطقة إمكانية الوصول إلى السطح.

تتوافق نتائج التنبؤ للهيكل الثلاثي مع نتائج تحليل الهيكل الثانوي. تم التنبؤ بخمسة حواتم للخلايا البائية المهيمنة ، وهي الفن الخامس 1 71-87 ، والفن الخامس 1 33-49 ، والفن الخامس 1 104-120 ، والفن الخامس 1 95-111 ، والفن الخامس 1 86-102. كانت هناك خمسة حواتم مهيمنة للخلية ، وهي الفن الخامس 1 2-16 ، والفن الخامس 1 3-17 ، والفن الخامس 1 4-18 ، والفن الخامس 1 5-19 ، والفن الخامس 1 6-20. من المتوقع أن يكون لبروتين Art v 1 مستضد جيد بسبب وجود حواتم الخلايا البائية والخلايا Th.

Introduction

Mugwort ، جنس Artemisia في Compositae ، موزع على نطاق واسع في منغوليا الداخلية ، قانسو ، ومناطق أخرى من الصين1. عادة ما تكون أمراض الحساسية المختلفة التي يسببها حبوب لقاح الحبق هي حساسية من النوع الأول ناتجة عن التعرض المتكرر للأفراد التأتبي لمسببات الحساسية وحبوب اللقاح وتوليد وسطاء نشطين بيولوجيا ، مما يؤدي إلى التهاب نزلي الغشاء المخاطي للأنف والملتحمة والشعب الهوائية وحتى نوبات الربو2. وقد اعترفت اللجنةالفرعية 3 المعنية بمسببات الحساسية التابعة لمنظمة الصحة العالمية/IUIS رسميا بسبعة مسببات للحساسية في الوقت الحاضر، وهي المادة 5-1-المادة 6 والبند AN 7. يعد بروتين Art v 1 أحد المساهمين الرئيسيين في حساسية حبوب لقاح الحبق. يبلغ وزنها الجزيئي 24-28 كيلو دالتون ويمكن التعرف عليها من قبل 95٪ من الأفراد الذين يعانون من حساسية من حبوب لقاحالحبق 4. يتكون من مجال يشبه بيتا ديفينسين الطرفي N متصل بذيل غني بالبرولين الطرفي C. تمثل الديفينسينات عديد الببتيدات الداخلية المضادة للميكروبات التي يتم التعبير عنها في العديد من حقيقيات النوى5.

حاليا ، العلاج المناعي لمسببات الحساسية (AIT) هو العلاج المسببة الوحيدة التي يمكن أن تغير المسار الطبيعي لأمراض الحساسية بالإضافة إلى تجنب التعرض لمسببات الحساسية6. يؤكد الانتشار المتزايد لأمراض الحساسية على مدى العقود الأخيرة أهمية البحوث الأساسية والسريرية حول جزيئات مسببات الحساسية وتطبيقاتها المحتملة في تشخيص الحساسية وعلاجها. تنتمي العديد من مسببات الحساسية المستخدمة في AIT إلى البروتينات المؤتلفة ، التي تكون خصائصها الفيزيائية والكيميائية والمناعية مناسبة لإنتاج لقاحات مسببات الحساسية ذات الحساسية المنخفضة. لذلك ، يعتبر AIT الوسيلة الأساسية للوقاية من أمراض الحساسية وعلاجها بشكل فعال ، حيث يسهل إنتاج لقاحات الحساسية بتكلفة منخفضة7. ومع ذلك ، كان تطوير اللقاح في الماضي يعتمد حصريا على البيولوجيا الجزيئية والتجارب المناعية. بالإضافة إلى ذلك ، يعد تحديد الخلاصة أمرا ضروريا لتطوير اللقاح ، وأكثر الطرق موثوقية لتحديد الحاتمة هي علم البلورات بالأشعة السينية وتقنيات الرنين المغناطيسي النووي في الوقت الحاضر. ومع ذلك ، فهي تستغرق وقتا طويلاومكلفة 8. ومن ثم ، تم استخدام الأساليب والأدوات الحسابية ، مع مزايا التكلفة المنخفضة والسرعة العالية ، للتنبؤ بالحواتم.

تصف هذه الورقة طريقة تحليل ارتباط المعلوماتية الحيوية للتنبؤ بالخصائص الفيزيائية والكيميائية ، والبنية الثانوية ، والبنية الثلاثية ، وحواتم الخلايا B / Th لحبوب اللقاح الرئيسية مسببات الحساسية Art v 1. سيوفر هذا أساسا نظريا للتطوير اللاحق لقاح مرض تحسس حبوب اللقاح وعلاج الأمراض.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1. الخصائص الفيزيائية والكيميائية لبروتين Art v 1

  1. المدخلات AF493943.1 في GeneBank (جدول المواد) للحصول على تسلسل الأحماض الأمينية لبروتين Art v 1 (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S1).
    ملاحظة: يحتوي بروتين Art v 1 على 132 من الأحماض الأمينية ، والتي يتم ترميزها بواسطة 624 نقطة أساس من تسلسل الجينات. تسلسل الأحماض الأمينية (AAO24900.1) هو MAKCSYVFCAVLLIFIVAIGEMEAAGSKLCEKTSKTYSG
    KCDNKKCDKKCIEWEKAQHGACHKREAGKESCFCYF
    DCSKSPPGATPAPPGAAPPPAAGGSPSPPADGGSPP
    PPADGGSPPVDGGSPPPPSTH.
  2. قم بتشغيل أداة Expasy ProtParam (جدول المواد) ، وإدخال تسلسل الأحماض الأمينية البروتينية Art v 1 المذكور في الخطوة 1.1. انقر فوق الزر "حساب المعلمات " لعرض تكوين الأحماض الأمينية ، والعدد الذري ، والصيغة الجزيئية ، والوزن الجزيئي النسبي ، والشحنة الموجبة والسالبة ، والنقطة المتساوية ، ومؤشر عدم الاستقرار (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S2).
    ملاحظة: مؤشر عدم الاستقرار هو <40 مما يشير إلى استقرار البروتين. تعني القيمة > 40 أن البروتين غير مستقر9.

2. التنبؤ بمنطقة الغشاء وببتيد إشارة بروتين Art v 1

  1. أدخل تسلسل الأحماض الأمينية البروتينية Art v 1 المذكور أعلاه في البرنامج عبر الإنترنت TMHMM Server v.2.0 (جدول المواد). اختر واسع النطاق ، مع الرسومات كتنسيق إخراج ، انقر فوق إرسال لعرض بنية الغشاء ، واحصل على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للبروتين عبر الغشاء (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S3).
  2. أدخل الفن الخامس أعلاه الفن الخامس 1 تسلسل الأحماض الأمينية البروتينية في أداة SignaIP5.0 Server عبر الإنترنت (جدول المواد). اختر حقيقيات النوى كمجموعة الكائن الحي والإخراج الطويل كتنسيق الإخراج ، ثم انقر فوق إرسال واملأ عنوان البريد الإلكتروني لتلقي نتيجة ببتيد إشارة البروتين المتوقع (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S4).

3. التنبؤ بالهيكل الثانوي لبروتين Art v 1

  1. لتحليل المحبة للماء ، وإمكانية الوصول إلى السطح ، والمرونة ، ومؤشر المستضد لبروتين Art v 1 ، أدخل AF493943.1 في GeneBank (جدول المواد) ، وانقر على معرف البروتين AAO24900.1 | فاستا. انسخ تسلسل FASTA إلى الملف النصي الجديد ، وقم بتعديل نوع الملف ك FASTA (الملف التكميلي 1-الشكل التكميلي 5). بعد ذلك ، قم بتشغيل الوحدة النمطية البروتينية DNAstar للبرنامج وافتح ملف FASTA لعرض الهيكل الثانوي لبروتين Art v 1 (الملف التكميلي 1-الشكل التكميلي S6).

4. التنبؤ بالهيكل الثلاثي وتقييم التشكل لبروتين Art v 1

  1. للتنبؤ بنموذج الهيكل الثلاثي لبروتين Art v 1 ، أدخل تسلسل الأحماض الأمينية البروتين Art v 1 المذكور أعلاه في برنامج Swiss-Model عبر الإنترنت (جدول المواد) ، انقر فوق البحث عن القوالب ، وحدد أعلى بروتين مشابه 2kpy.1.A كقالب ، انقر فوق بناء النماذج | النموذج 01 ، وقم بتنزيل ملف تنسيق PDB (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S7).
  2. لتقييم تشكل النمذجة المتماثلة المعروض في الخطوة 4.1 ، افتح برنامج UCLA-DOE LAB v6.0 عبر الإنترنت (جدول المواد) ، وانقر فوق تحديد ملف لتحميل ملف تنسيق PDB في الخطوة 4.1 | تشغيل البرامج | بروتيك | النتيجة | مؤامرة راماشاندران (الملف التكميلي 1 - الشكل التكميلي S8).

5. التنبؤ بحواتم الخلايا البائية لبروتين Art v 1

  1. للتنبؤ بحتمة الخلية البائية لبروتين Art v 1 ، افتح موقع الويب الخاص بأداة IEDB Analysis Resource عبر الإنترنت (جدول المواد) ، وانقر فوق خصائص تسلسل المستضد ، وأدخل تسلسل الأحماض الأمينية البروتينية Artv 1 المذكورة أعلاه ، واختر طريقة Bepipred Linear Epitope Prediction 2.0 ، وأخيرا انقر فوق إرسال (الملف التكميلي 1-الشكل التكميلي S9).
  2. افتح موقع الويب الخاص بأداة ABCpred عبر الإنترنت (جدول المواد) ، وأدخل تسلسل الأحماض الأمينية البروتينية Art v 1 المذكورة أعلاه ، و 0.51 كعتبة ، و 16 كطول النافذة لاستخدامه للتنبؤ ، وحدد ON لمرشح التداخل ، وانقر فوق إرسال التسلسل (الملف التكميلي 1-الشكل التكميلي S10).

6. التنبؤ بحواتم الخلية Th لبروتين Art v 1

  1. للتنبؤ بحتمة الخلية Th لبروتين Art v 1 ، افتح موقع الويب الخاص بأداة IEDB Analysis Resource عبر الإنترنت (جدول المواد) ، وانقر فوق ربط معقد التوافق النسيجي الكبير الثاني ، وأدخل تسلسل الأحماض الأمينية البروتينية Art v 1 المذكور أعلاه. اختر NetMHCllpan 4.1 EL (متنبئ الحافة الموصى به-2023.09) كطريقة التنبؤ ، الإنسان كنوع / موضع ، DRB1 * 01: 01 ك HLA-DR ، الأليل ، 15 كطول ، قم بفرز الببتيدات حسب الرتبة المئوية ، وانقر فوق إرسال (الملف التكميلي 1-الشكل التكميلي S11).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

تم استخدام برنامج Prot Param Tool عبر الإنترنت من ExPASy للتوصيف الفيزيائي والكيميائي والوظيفي للبروتين10. كان طول إطار قراءة النص المفتوح 624 نقطة أساس ، حيث قام بترميز 132 من الأحماض الأمينية ، وترميز البروتينات بإجمالي 1,837 ذرة ووزن جزيئي نسبي قدره 13,404.26. الصيغة الجزيئ?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

الأرطماسيا هي واحدة من أهم مسببات الحساسية الخارجية في الصين ، وجزيئات حبوب اللقاح صغيرة ، يبلغ قطرها 19-25 ميكرومتر ، والتي يمكن تشتيتها بسهولة عن طريق الرياح وتنتج كميات كبيرة من المسحوق. بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط شدة أعراض الحساسية لدى المرضى بمحتوى حبوب اللقاح في الهوا?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإفصاح عنه.

Acknowledgements

تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الطبيعية في نينغشيا (2022AAC03601 و 2023AAC02087) ومؤسسة الأبحاث بجامعة نينغشيا الطبية (XM2019052).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
ABCpredIndraprastha Institute of Information Technology, Indiahttps://webs.iiitd.edu.in/raghava/abcpred/ABC_submission.html
DNAstar Protean softwareDNASTAR, Inc.Version 7.1
Expasy ProtParam ToolSIB Swiss Institute of Bioinformaticshttps://web.expasy.org/protparam/
GeneBankNational Center for Biotechnology Informationhttps://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/
IEDB Analysis ResourceNational Institute of Allergy and Infectious Diseaseshttp://www.iedb.org/
SignaIP-5.0 ServerDTU Health Techhttps://services.healthtech.dtu.dk/services/SignalP-5.0/
Swiss-Model online softwareBIOZENTRUMhttps://swissmodel.expasy.org/interactive
TMHMM ServerDTU Health TechVersion 2.0https://services.healthtech.dtu.dk/services/TMHMM-2.0/
UCLA - DOE LAB SAVESUS Department of Energy Office of ScienceVersion 6.0https://saves.mbi.ucla.edu/

References

  1. Liu, D., et al. Recombinant expression of allergen Art la 3.0101 and Art la 3.0102 of Artemisia lavandulaefolia pollen and characteristics of serum specific IgE reactivity. J Clin Dermatol. 49 (07), 398-402 (2020).
  2. Sun, X. Expression, purification and crystallization of Mugwort pollen allergy-associated MHC proteins [D]. , Wuhan Polytechnic University. (2016).
  3. Goodman, R. E., Breiteneder, H. The WHO/IUIS Allergen Nomenclature. Allergy. 74 (3), 429-431 (2019).
  4. Razzera, G., et al. Mapping the interactions between a major pollen allergen and human IgE antibodies. Structure. 18, 1011-1021 (2010).
  5. Zabel, M., et al. Art v 1 IgE epitopes of patients and humanized mice are conformational. J Allergy Clin Immunol. 150 (4), 920-930 (2022).
  6. Peng, G., Han, X. Research progress of specific immunotherapy in atopic dermatitis. J Clin Dermatol. 46 (08), 602-604 (2017).
  7. Gao, Z., et al. Artemisia pollen allergy in China: Component-resolved diagnosis reveals allergic asthma patients have significant multiple allergen sensitization. Allergy. 74, 284-293 (2019).
  8. Sun, P., et al. Bioinformatics resources and tools for conformational B-cell epitope prediction. Comput Math Methods Med. , 943636(2013).
  9. Aqel, A. An integrated multi-pronged reverse vaccinology and biophysical approaches for identification of potential vaccine candidates against Nipah virus. Saudi Pharm J. 31 (12), 101826(2023).
  10. Verma, N. K., Singh, B. Insight from the structural molecular model of cytidylate kinase from Mycobacterium tuberculosis. Bioinformation. 9 (13), 680-684 (2013).
  11. Peters, B., Nielsen, M., Sette, A. T Cell epitope predictions. Annu Rev Immunol. 38, 123-145 (2020).
  12. Andreatta, M., Nielsen, M. Bioinformatics tools for the prediction of T-cell epitopes. Methods Mol Biol. 1785, 269-281 (2018).
  13. Jahn-Schmid, B., et al. Antigen presentation of the immunodominant T-cell epitope of the major mugwort pollen allergen, Art v 1, is associated with the expression of HLA-DRB1 *01. J Allergy Clin Immunol. 115 (2), 399-404 (2005).
  14. Liu, D. Species identification and allergen analysis of Artemisia SPP in northern China [D]. , China Medical University. (2019).
  15. Li, T., Bu, G., Xi, G. Effects of heat treatment on the antigenicity, antigen epitopes, and structural properties of β-conglycinin. Food Chem. 346, 128962(2021).
  16. Li, Y., et al. Bioinformatic prediction of epitopes in the Emy162 antigen of Echinococcus multilocularis. Exp Ther Med. 6, 335-340 (2013).
  17. Qiao, R., et al. Main characteristics and prediction of T-cell epitopes of mite Derp1 protein. Chin J Biologicals. 34 (08), 969-973 (2021).
  18. Ramana, J., Mehla, K. Immunoinformatics and epitope prediction. Methods Mol Biol. 2131, 155-171 (2020).
  19. Ma, F., et al. Advance on prediction methods of B cell antigen epitope. China Animal Husbandry & Veterinary Medicine. 43 (01), 63-67 (2016).
  20. Wang, X., et al. Salidroside, a phenyl ethanol glycoside from Rhodiola crenulata, orchestrates hypoxic mitochondrial dynamics homeostasis by stimulating Sirt1/p53/Drp1 signaling. J Ethnopharmacol. 293, 115278(2022).
  21. Hou, Y., et al. Salidroside intensifies mitochondrial function of CoCl2-damaged HT22 cells by stimulating PI3K-AKT-MAPK signaling pathway. Phytomedicine. 109, 154568(2023).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

Mugwort Art V 1

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved