JoVE Logo
Autores
Contáctenos

Iniciar sesión

Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.

En este artículo

  • Resumen
  • Resumen
  • Introducción
  • Protocolo
  • Resultados
  • Discusión
  • Divulgaciones
  • Agradecimientos
  • Materiales
  • Referencias
  • Reimpresiones y Permisos

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para realizar análisis de correlación bioinformática para predecir las propiedades fisicoquímicas, la estructura secundaria y los epítopos de las células auxiliares B y T de la proteína Art v 1 del alérgeno principal del polen de artemisa para proporcionar una base teórica para el desarrollo posterior de la vacuna contra la enfermedad alérgica al polen de artemisia y el tratamiento de la enfermedad.

Resumen

Para analizar las características de la secuencia de la proteína Art v 1 del alérgeno del polen de artemisa y predecir sus epítopos de células B y Th (células T auxiliares), se obtuvo la secuencia génica y la secuencia de aminoácidos de la proteína Art v 1 consultando el Banco de Germoplasma. Para analizar y predecir las propiedades fisicoquímicas, la región transmembrana, la estructura secundaria, la estructura terciaria y los epítopos de las células B y Th de ExPASy, se utilizaron Prot Param, TMHMM, DNAstar Protean, Swiss-Model, UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 e IEDB para analizar y predecir las propiedades fisicoquímicas, la región transmembrana, la estructura secundaria, la estructura terciaria y los epítopos de las células B y Th de la proteína.

La proteína Art v 1 está compuesta por 132 residuos de aminoácidos, el peso molecular relativo es 13404.26, la fórmula molecular es C584H903N157O181S12, el valor pI es 7.49, el índice de solubilidad lipídica es 41.59 y el índice hidrofílico es -0.454, que se considera como proteína hidrofílica. El índice de inestabilidad (ii) es de 78,11, que se clasifica como una proteína inestable. El extremo N-terminal de la proteína tiene una región transmembrana α-helicoidal, que se encuentra en la secuencia de residuos de aminoácidos 5-27, y la posición 1-24 es la secuencia de péptidos señal. Hay bobinas aleatorias, β vueltas, α hélices y β láminas, y también contiene estructuras de regiones hidrofílicas, regiones flexibles y regiones de accesibilidad superficial.

Los resultados de la predicción de la estructura terciaria son consistentes con los resultados del análisis de la estructura secundaria. Se predijeron cinco epítopos dominantes de células B, que fueron Art v 1 71-87, Art v 1 33-49, Art v 1 104-120, Art v 1 95-111 y Art v 1 86-102. Había cinco epítopos dominantes de la célula Th, que eran Art v 1 2-16, Art v 1 3-17, Art v 1 4-18, Art v 1 5-19 y Art v 1 6-20. Se predice que la proteína Art v 1 tiene buena antigenicidad debido a la presencia de epítopos de células B y Th.

Introducción

La artemisa, un género de Artemisia en Compositae, está ampliamente distribuida en Mongolia Interior, Gansu y otras regiones de China1. Diversas enfermedades alérgicas inducidas por el polen de artemisa suelen ser alergias de tipo I causadas por la exposición repetida de individuos atópicos a alérgenos polínicos y la generación de mediadores bioactivos, lo que resulta en inflamación catarral de la mucosa nasal, conjuntiva y bronquios e incluso ataques de asma2. El Subcomité de Nomenclatura de Alérgenos3 de la OMS/IUIS ha reconocido oficialmente siete alérgenos de la artemisa en la actualidad, a saber, el artículo V 1, el artículo v 6 y el artículo AN 7. La proteína Art v 1 es uno de los principales contribuyentes a las alergias al polen de artemisa. Tiene un peso molecular de 24-28 kDa y puede ser reconocido por el 95% de las personas alérgicas al polen de artemisa4. Consiste en un dominio similar a la beta-defensina N-terminal que está conectado a una cola rica en prolina C-terminal. Las defensinas representan polipéptidos antimicrobianos endógenos que se expresan en varios eucariotas5.

En la actualidad, la inmunoterapia con alérgenos (ITA) es el único tratamiento etiológico que puede cambiar el curso natural de las enfermedades alérgicas, además de evitar la exposición a los alérgenos6. El aumento de la prevalencia de enfermedades alérgicas en las últimas décadas subraya la importancia de la investigación básica y clínica sobre las moléculas de alérgenos y sus posibles aplicaciones en el diagnóstico y tratamiento de las alergias. Muchos de los alérgenos utilizados para la AIT pertenecen a proteínas recombinantes, cuyas propiedades físicas, químicas e inmunológicas son adecuadas para la producción de vacunas alergénicas con alergenicidad reducida. Por lo tanto, la AIT se considera el principal medio para prevenir y tratar eficazmente las enfermedades alérgicas, ya que las vacunas contra la alergia son relativamente fáciles de producir a bajo costo7. Sin embargo, en el pasado, el desarrollo de vacunas dependía exclusivamente de la biología molecular y los experimentos inmunológicos. Además, la identificación de epítome es esencial para el desarrollo de vacunas, y los métodos más fiables para la identificación de un epítopo son la cristalografía de rayos X y las técnicas de RMN en la actualidad; sin embargo, requieren mucho tiempo y son costosos8. Por lo tanto, se emplearon métodos y herramientas computacionales, con las ventajas de bajo costo y alta velocidad, para predecir epítopos.

Este artículo describe un método de análisis de correlación bioinformática para la predicción de las propiedades fisicoquímicas, la estructura secundaria, la estructura terciaria y los epítopos de las células B/Ésima de la proteína Art v 1 del alérgeno principal del polen de artemisa. Esto proporcionará una base teórica para el desarrollo posterior de la vacuna contra la enfermedad alérgica contra el polen por artemisia y el tratamiento de la enfermedad.

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

Protocolo

1. Propiedades físicas y químicas de la proteína Art v 1

  1. Entrada AF493943.1 en el Banco de Germoplasma (Tabla de Materiales) para obtener la secuencia de aminoácidos de la proteína Art v 1 (Archivo Suplementario 1-Figura Suplementaria S1).
    NOTA: La proteína Art v 1 contiene 132 aminoácidos, que están codificados por 624 pb de secuencias de genes. Su secuencia de aminoácidos (AAO24900.1) es MAKCSYVFCAVLLIFIVAIGEMEAAGSKLCEKTSKTYSG
    KCDNKKCDKKCIEWEKAQHGACHKREAGKESCFCYF
    DCSKSPPGATPAPPGAAPPPAAGGSPSPPADGGSPP
    PPADGGSPPVDGGSPPPPSTH.
  2. Inicie la herramienta Expasy ProtParam (Tabla de materiales), introduciendo la secuencia de aminoácidos proteicos Art v 1 mencionada en el paso 1.1. Haga clic en el botón Calcular parámetros para mostrar la composición de aminoácidos, el número atómico, la fórmula molecular, el peso molecular relativo, la carga positiva y negativa, el punto isoeléctrico y el índice de inestabilidad (Archivo complementario 1-Figura suplementaria S2).
    NOTA: El índice de inestabilidad es <40, lo que indica que la proteína es estable; Un valor > 40 significa que la proteína es inestable9.

2. Predicción de la región transmembrana y el péptido señal de la proteína Art v 1

  1. Introduzca la secuencia de aminoácidos de la proteína Art v 1 mencionada anteriormente en el software en línea TMHMM Server v.2.0 (Tabla de materiales). Elija Extensivo, con gráficos como formato de salida, haga clic en Enviar para mostrar la estructura de la membrana y obtenga las características físicas y químicas de la proteína transmembrana (Archivo suplementario 1-Figura suplementaria S3).
  2. Introduzca la secuencia de aminoácidos de la proteína Art v 1 mencionada anteriormente en la herramienta en línea del servidor SignaIP5.0 (Tabla de materiales). Elija Eukarya como el grupo de organismos y la salida larga como el formato de salida, luego, haga clic en Enviar y complete la dirección de correo electrónico para recibir el resultado del péptido señal de proteína predicho (Archivo complementario 1-Figura suplementaria S4).

3. Predicción de la estructura secundaria de la proteína Art v 1

  1. Para analizar la hidrofilicidad, la accesibilidad de la superficie, la flexibilidad y el índice de antígeno de la proteína Art v 1, ingrese AF493943.1 en el Banco de Germoplasma (Tabla de Materiales) y haga clic en protein id AAO24900.1 | FASTA. Copie la secuencia FASTA en el nuevo archivo de texto y modifique el tipo de archivo como FASTA (Archivo complementario 1-Figura complementaria 5). A continuación, inicie el módulo proteico DNAstar del software y abra el archivo FASTA para mostrar la estructura secundaria de la proteína Art v 1 (Archivo suplementario 1-Figura suplementaria S6).

4. Predicción de la estructura terciaria y evaluación de la conformación de la proteína Art v 1

  1. Para predecir el modelo de estructura terciaria de la proteína Art v 1, ingrese la secuencia de aminoácidos de la proteína Art v 1 mencionada anteriormente en el software en línea Swiss-Model (Tabla de materiales), haga clic en Buscar plantillas, seleccione la proteína similar más alta 2kpy.1.A como plantilla, haga clic en Construir modelos | Modelo 01, y descargue el archivo en formato PDB (Archivo Suplementario 1-Figura Suplementaria S7).
  2. Para evaluar la conformación de modelado homóloga que se muestra en el paso 4.1, abra el software en línea UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 (Tabla de materiales) y haga clic en Seleccionar archivo para cargar el archivo de formato PDB en el paso 4.1 | Ejecutar programas | Procheck | Resultado | Diagrama de Ramachandran (Archivo Suplementario 1-Figura Suplementaria S8).

5. Predicción de epítopos de células B de la proteína Art v 1

  1. Para predecir el epítopo de la célula B de la proteína Art v 1, abra el sitio web de la herramienta en línea IEDB Analysis Resource (Tabla de materiales), haga clic en Propiedades de la secuencia de antígenos, ingrese la secuencia de aminoácidos de la proteína Art v 1 mencionada anteriormente y elija el método Bepipred Linear Epitope Prediction 2.0, y finalmente haga clic en Enviar (Archivo Suplementario 1-Figura Suplementaria S9).
  2. Abra el sitio web de la herramienta en línea ABCpred (Tabla de materiales), ingrese la secuencia de aminoácidos proteicos Art v 1 mencionada anteriormente, 0.51 como umbral y 16 como la longitud de la ventana a usar para la predicción, seleccione ON para el filtro superpuesto y haga clic en Enviar secuencia (Archivo complementario 1-Figura complementaria S10).

6. Predicción de los epítopos de las células Th de la proteína Art v 1

  1. Para predecir el epítopo de la célula Th de la proteína Art v 1, abra el sitio web de la herramienta en línea IEDB Analysis Resource (Tabla de Materiales), haga clic en MHC II Binding e ingrese la secuencia de aminoácidos de la proteína Art v 1 mencionada anteriormente. Elija NetMHCllpan 4.1 EL (predictor de epítopo recomendado-2023.09) como método de predicción, humano como especie /locus, DRB1*01:01 como HLA-DR, alelo, 15 como longitud, ordene los péptidos por rango de percentil y haga clic en Enviar (Archivo complementario 1-Figura complementaria S11).

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

Resultados

Para la caracterización fisicoquímica y funcional de la proteína10 se utilizó el software en línea Prot Param Tool de ExPASy. La longitud del marco de lectura de texto abierto fue de 624 pb, codificando 132 aminoácidos, codificando proteínas con un total de 1.837 átomos y un peso molecular relativo de 13.404,26. La fórmula molecular es C584H903N157O181S12, de los cuales los tres aminoácidos principal...

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

Discusión

La artemisia es uno de los alérgenos exteriores más importantes de China, y sus partículas de polen son pequeñas, con un diámetro de 19-25 μm, que se dispersan fácilmente por el viento y producen grandes cantidades de polvo. Además, la gravedad de los síntomas alérgicos de los pacientes se correlaciona con el contenido de polen en el aire5. El Art v 1 se considera el alérgeno principal de la alergia al polen de la artemisa, y más del 95% de los pacient...

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

Divulgaciones

Los autores no tienen conflictos de intereses que revelar.

Agradecimientos

Este trabajo contó con el apoyo de la Fundación de Ciencias Naturales de Ningxia (2022AAC03601 y 2023AAC02087) y la Fundación de Investigación de la Universidad Médica de Ningxia (XM2019052).

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

Materiales

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/

Referencias

  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.

Reimpresiones y Permisos

Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos

Solicitar permiso

Explorar más artículos

Bioinform ticaAl rgeno del polen de artemisaProte na Art V 1Ep topos de c lulas BEp topos de c lulas ThSecuencia de amino cidosPropiedades fisicoqu micasRegi n transmembranaEstructura secundariaEstructura terciariaH lice transmembranaSecuencia de p ptidos se alAntigenicidadndice de inestabilidadAccesibilidad a la superficie

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacidad

Condiciones de uso

Políticas

Contáctenos

RECOMIENDE A LA BIBLIOTECA

BOLETINES de JoVE

Investigación

Educación

Autores

Bibliotecarios

ACERCA DE JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos los derechos reservados