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In questo articolo

  • Riepilogo
  • Abstract
  • Introduzione
  • Protocollo
  • Risultati
  • Discussione
  • Divulgazioni
  • Riconoscimenti
  • Materiali
  • Riferimenti
  • Ristampe e Autorizzazioni

Riepilogo

Qui, presentiamo un protocollo per eseguire l'analisi di correlazione bioinformatica per prevedere le proprietà fisico-chimiche, la struttura secondaria e gli epitopi delle cellule B e T helper della proteina Art v 1 dell'allergene principale del polline di artemisia per fornire una base teorica per il successivo sviluppo del vaccino contro la malattia allergica al polline di artemisia e il trattamento della malattia.

Abstract

Per analizzare le caratteristiche di sequenza della proteina Art v 1, allergene del polline di artemisia, e prevedere i suoi epitopi di cellule B e Th (helper T cell), la sequenza genica e la sequenza di aminoacidi della proteina Art v 1 sono state ottenute facendo riferimento alla banca genetica. Prot Param, TMHMM, DNAstar Protean, Swiss-Model, UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 e IEDB di ExPASy sono stati utilizzati per analizzare e prevedere le proprietà fisico-chimiche, la regione transmembrana, la struttura secondaria, la struttura terziaria e gli epitopi delle cellule B e Th della proteina.

La proteina Art v 1 è composta da 132 residui di amminoacidi, il peso molecolare relativo è 13404,26, la formula molecolare è C584H903N157O181S12, il valore pI è 7,49, l'indice di solubilità lipidica è 41,59 e l'indice idrofilo è -0,454, che è considerato come proteina idrofila. L'indice di instabilità (ii) è 78,11, che è classificato come proteina instabile. L'N-terminale della proteina ha una regione transmembrana α-elicoidale, che si trova nella sequenza di residui di 5-27 amminoacidi, e la posizione 1-24 è la sequenza peptidica segnale. Ci sono bobine casuali, β giri, α elica e β foglio, e contiene anche strutture di regioni idrofile, regioni flessibili e regioni di accessibilità superficiale.

I risultati della previsione della struttura terziaria sono coerenti con i risultati dell'analisi della struttura secondaria. Furono previsti cinque epitopi dominanti delle cellule B, che erano Art v 1 71-87, Art v 1 33-49, Art v 1 104-120, Art v 1 95-111 e Art v 1 86-102. C'erano cinque epitopi dominanti a cellule Th, che erano Art v 1 2-16, Art v 1 3-17, Art v 1 4-18, Art v 1 5-19 e Art v 1 6-20. Si prevede che la proteina Art v 1 abbia una buona antigenicità a causa della presenza di epitopi delle cellule B e delle cellule Th.

Introduzione

L'artemisia, un genere di Artemisia in Compositae, è ampiamente distribuita nella Mongolia Interna, nel Gansu e in altre regionidella Cina. Varie malattie allergiche indotte dal polline di artemisia sono solitamente allergie di tipo I causate dall'esposizione ripetuta di individui atopici agli allergeni del polline e alla generazione di mediatori bioattivi, con conseguente infiammazione catarrale della mucosa nasale, della congiuntiva e dei bronchi e persino attacchi d'asma2. Ilsottocomitato 3 per la nomenclazione degli allergeni dell'OMS/IUIS ha ufficialmente riconosciuto sette allergeni dell'artemisia, vale a dire, Art v 1-Art v 6 e Art AN 7. La proteina Art v 1 è uno dei principali responsabili delle allergie al polline di artemisia. Ha un peso molecolare di 24-28 kDa e può essere riconosciuto dal 95% degli individui allergici al polline di artemisia4. È costituito da un dominio simile alla beta-defensina N-terminale che è collegato a una coda ricca di prolina C-terminale. Le defensine rappresentano polipeptidi antimicrobici endogeni espressi in diversi eucarioti5.

Attualmente, l'immunoterapia allergenelogica (AIT) è l'unico trattamento eziologico in grado di modificare il decorso naturale delle malattie allergiche oltre a evitare l'esposizione agli allergeni6. La crescente prevalenza delle malattie allergiche negli ultimi decenni sottolinea l'importanza della ricerca di base e clinica sulle molecole allergeniche e sulle loro potenziali applicazioni nella diagnosi e nel trattamento delle allergie. Molti degli allergeni utilizzati per l'AIT appartengono a proteine ricombinanti, le cui proprietà fisiche, chimiche e immunologiche sono adatte alla produzione di vaccini allergenici a ridotta allergenicità. Pertanto, l'AIT è considerato il mezzo principale per prevenire e trattare efficacemente le malattie allergiche, poiché i vaccini contro le allergie sono relativamente facili da produrre a basso costo7. Tuttavia, lo sviluppo di vaccini in passato dipendeva esclusivamente dalla biologia molecolare e dagli esperimenti immunologici. Inoltre, l'identificazione dell'epitome è essenziale per lo sviluppo di vaccini e i metodi più affidabili per l'identificazione di un epitopo sono attualmente la cristallografia a raggi X e le tecniche NMR; tuttavia, richiedono tempo e denaro8. Pertanto, sono stati impiegati metodi e strumenti computazionali, con i vantaggi del basso costo e dell'alta velocità, per prevedere gli epitopi.

Questo articolo descrive un metodo di analisi di correlazione bioinformatica per la previsione delle proprietà fisico-chimiche, della struttura secondaria, della struttura terziaria e degli epitopi delle cellule B/Th della proteina Art v 1 dell'allergene principale del polline di artemisia. Ciò fornirà una base teorica per il successivo sviluppo del vaccino contro l'artemisia, del polline, della malattia allergica e del trattamento della malattia.

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Protocollo

1. Proprietà fisiche e chimiche della proteina Art v 1

  1. Inserire AF493943.1 nella GeneBank (Tabella dei Materiali) per ottenere la sequenza aminoacidica della proteina Art v 1 (File Supplementare 1-Figura Supplementare S1).
    NOTA: La proteina Art v 1 contiene 132 aminoacidi, che sono codificati da 624 bp di sequenze geniche. La sua sequenza di aminoacidi (AAO24900.1) è MAKCSYVFCAVLLIFIVAIGEMEAAGSKLCEKTSKTYSG
    KCDNKKCDKKCIEWEKAQHGACHKREAGKESCFCYF
    DCSKSPPGATPAPPGAAPPPAAGGSPSPPADGGSPP
    PPADGGSPPVDGGSPPPPSTH.
  2. Avvia lo strumento Expasy ProtParam (Tabella dei materiali), inserendo la sequenza di aminoacidi proteici Art v 1 menzionata nel passaggio 1.1. Fare clic sul pulsante Calcola parametri per visualizzare la composizione degli amminoacidi, il numero atomico, la formula molecolare, il peso molecolare relativo, la carica positiva e negativa, il punto isoelettrico e l'indice di instabilità (File supplementare 1-Figura supplementare S2).
    NOTA: L'indice di instabilità è <40 indicando che la proteina è stabile; Un valore > 40 significa che la proteina è instabile9.

2. Predizione della regione transmembrana e del peptide segnale della proteina Art v 1

  1. Inserire la sequenza di aminoacidi proteici Art v 1 sopra menzionata nel software online TMHMM Server v.2.0 (Tabella dei materiali). Scegli Estensivo, con grafici come formato di output, fai clic su Invia per visualizzare la struttura della membrana e ottenere le caratteristiche fisiche e chimiche della proteina transmembrana (File supplementare 1-Figura supplementare S3).
  2. Inserire la sequenza di aminoacidi proteici Art v 1 sopra menzionata nello strumento online SignaIP5.0 Server (Tabella dei materiali). Scegli Eukarya come gruppo di organismi e Output lungo come formato di output, quindi fai clic su Invia e inserisci l'indirizzo e-mail per ricevere il risultato del peptide segnale proteico previsto (File supplementare 1-Figura supplementare S4).

3. Predizione della struttura secondaria della proteina Art v 1

  1. Per analizzare l'idrofilia, l'accessibilità alla superficie, la flessibilità e l'indice dell'antigene della proteina Art v 1, inserire AF493943.1 in GeneBank (Table of Materials) e fare clic su proteina id AAO24900.1 | FASTA. Copiare la sequenza FASTA nel nuovo file di testo e modificare il tipo di file come FASTA (File supplementare 1-Figura supplementare 5). Quindi, avvia il modulo proteico del software DNAstar e apri il file FASTA per visualizzare la struttura secondaria della proteina Art v 1 (File supplementare 1-Figura supplementare S6).

4. Predizione della struttura terziaria e valutazione della conformazione della proteina Art v 1

  1. Per prevedere il modello di struttura terziaria della proteina Art v 1, inserire la sequenza di aminoacidi proteici Art v 1 sopra menzionata nel software online Swiss-Model (Tabella dei materiali), fare clic su Cerca modelli, selezionare la proteina simile più alta 2kpy.1.A come modello, fare clic su Crea modelli | Modello 01 e scaricare il file in formato PDB (File supplementare 1-Figura supplementare S7).
  2. Per valutare la conformazione di modellazione omologa visualizzata nel passaggio 4.1, aprire il software online UCLA-DOE LAB SAVES v6.0 (Table of Materials) e fare clic su Seleziona file per caricare il file in formato PDB nel passaggio 4.1 | Esecuzione di programmi | Procheck | Risultato | Grafico di Ramachandran (File supplementare 1-Figura supplementare S8).

5. Predizione degli epitopi delle cellule B della proteina Art v 1

  1. Per prevedere l'epitopo delle cellule B della proteina Art v 1, aprire il sito Web dello strumento online IEDB Analysis Resource (Tabella dei materiali), fare clic su Proprietà sequenza antigene, inserire la suddetta sequenza di aminoacidi della proteina Art v 1 e scegliere il metodo Bepipred Linear Epitope Prediction 2.0 e infine fare clic su Invia (File supplementare 1-Figura supplementare S9).
  2. Apri il sito Web dello strumento online ABCpred (Tabella dei materiali), inserisci la sequenza di aminoacidi proteici Art v 1 sopra menzionata, 0,51 come soglia e 16 come lunghezza della finestra da utilizzare per la previsione, seleziona ON per il filtro sovrapposto e fai clic su Invia sequenza (File supplementare 1-Figura supplementare S10).

6. Predizione degli epitopi delle cellule Th della proteina Art v 1

  1. Per prevedere l'epitopo delle cellule Th della proteina Art v 1, aprire il sito Web dello strumento online IEDB Analysis Resource (Table of Materials), fare clic su MHC II Binding e inserire la sequenza di aminoacidi proteici Art v 1 sopra menzionata. Scegli NetMHCllpan 4.1 EL (predittore di epitopi consigliato-2023.09) come metodo di previsione, Umano come specie/locus, DRB1*01:01 come HLA-DR, allele, 15 come lunghezza, ordina i peptidi per rango percentile e fai clic su Invia (file supplementare 1-Figura supplementare S11).

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Risultati

Il software online Prot Param Tool di ExPASy è stato utilizzato per la caratterizzazione fisico-chimica e funzionale della proteina10. La lunghezza del frame di lettura del testo aperto era di 624 bp, codificante 132 amminoacidi, codificando proteine con un totale di 1.837 atomi e un peso molecolare relativo di 13.404,26. La formula molecolare è C584H903N157O181S12, di cui i primi tre amminoacidi sono prolin...

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Discussione

L'artemisia è uno dei più importanti allergeni esterni in Cina e le sue particelle di polline sono piccole, con un diametro di 19-25 μm, che vengono facilmente disperse dal vento e producono grandi quantità di polvere. Inoltre, la gravità dei sintomi allergici dei pazienti è correlata al contenuto di polline nell'aria5. L'Art v 1 è considerato l'allergene di riferimento dell'allergia al polline di artemisia e oltre il 95% dei pazienti con allergia all'artem...

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Divulgazioni

Gli autori non hanno conflitti di interesse da rivelare.

Riconoscimenti

Questo lavoro è stato sostenuto dalla Natural Science Foundation of Ningxia (2022AAC03601 e 2023AAC02087) e dalla Research Foundation of Ningxia Medical University (XM2019052).

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Materiali

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/

Riferimenti

  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).
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  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).

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