鸡Myf5蛋白结构与功能的生物信息学分析

张珂　于欣淼　彭星瑞

摘要 ［目的］分析并预测鸡Myf5蛋白的结构与生物学功能。［方法］采用ProtParam、ProtScale、SingnalP-4.1、STRING等软件对鸡Myf5蛋白的序列结构及互作蛋白进行分析。［结果］该蛋白由258个氨基酸构成，分子式为C1221H1915N359O391S18，氨基酸殘基中带负电荷的（Asp+Glu）共有34个，氨基酸残基中带正电荷的（Arg+Lys）共有29个；理论等电点（pI）为5.86，半衰期为30 h，不稳定性指数为97.59（>40）；亲水性平均值（GRAVY）为-0.701，脂溶指数为54.92；其二级结构主要以无规则卷曲为主，占比63.57%，其次为α-螺旋，占比29.84%；该蛋白定位于细胞核中，不具备跨膜性，共有74个潜在的磷酸化位点，无信号肽，为亲水性不稳定蛋白。蛋白互作分析结果显示，鸡Myf5关联的蛋白有PAX7、PAX3、SOX10、MYOD1、MYOG和SDC4，进化分析结果显示不同物种间该蛋白序列具有较高的保守性。［结论］该蛋白可能在鸡肌肉的生长发育过程中发挥重要作用，为进一步探索其功能奠定基础。

关键词 鸡；成肌因子5；生物信息学分析

中图分类号 S 814文献标识码 A文章编号 0517-6611（2023）15-0093-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.15.022

Bioinformatics Analysis of the Protein Structure and Function of Chicken Myf5

ZHANG Ke， YU Xin-miao， PENG Xing-rui

（College of Life Science and Bioengineering， Shenyang University， Shenyang， Liaoning 110044）

Abstract ［Objective］The study aimed to analyze and predict the structure and biological function of chicken Myf5. ［Method］The structure of sequence and interacting protein of chicken Myf5 were analyzed by ProtParam， ProtScale， SingNALP-4.1， STRING and other softwares. ［Result］The protein was composed of 258 amino acids with the molecular formula of C1221H1915N359O391S18. There were 34 negatively charged amino acid residues （Asp+Glu） and 29 positively charged amino acid residues （Arg+Lys）. The theoretical isoelectric point （pI） was 5.86， the half-life was 30 h， and the instability index was 97.59 （>40）. The average value of GRAVY was -0.701 and the lipid solubility index was 54.92. The secondary structure of this protein is mainly random coil， accounting for 63.57%， followed by α-helix， accounting for 29.84%. The protein is localized in the nucleus， whicn has 74 potential phosphorylation sites without transmembrane property and signal peptide. It is a hydrophilic unstable protein. Protein interaction analysis showed that chicken Myf5 was associated with PAX7， PAX3， SOX10， MYOD1， MYOG and SDC4. Evolutionary analysis showed that the sequence of this protein was highly conserved among different species. ［Conclusion］This protein may play an important role in the growth and development of chicken muscle， laying a foundation for further exploration of its function.

Key words Chicken;Myf5;Bioinformatics analysis

生肌因子5（myofactor-5，Myf5）是肌肉发生调控因子（muscleregulatoryfactors，MRFs）家族成员之一。该家族又被称为成肌细胞的增值和分化生肌决定因子家族，在骨骼肌生长和发育以及骨骼肌细胞分化发育和增殖过程中发挥着至关重要的作用［1］。研究发现，在MRFs家族成员中，MYF5和MYOD在分化早期发挥作用，而MYOG和MRF4在分化后期发挥作用［2-4］。在小鼠胚胎发生过程中，MYF5是第一个被表达的肌源性转录因子，并决定着哺乳动物肌源性发育的开始［5］。MYF5占据肌肉特异性基因的启动子区域，促进成纤维细胞向成肌细胞转化。此外，MYF5可以稳定染色质的开放状态，促进肌生成素的表达［6］。除哺乳动物以外，在禽类中开展的相关研究发现Myf5基因同样在骨骼肌组织生长发育过程中发挥作用。鸭胸肌以及腿肌中Myf5基因的表达具有组织特异性。在鸭胚发育过程中，胸部肌肉组织和腿部肌肉组织中Myf5基因的表达量分别在27胚龄及14胚龄时达到峰值［7］。此外，鸡Myf5基因外显子1上的2个SNP位点的单倍型组合被证实与鸡的活体重量、屠体重量、胸肌重量、腿肌重量、肌纤维密度和肌纤维直径都具有显著相关关系（P<0.05）［1］。为了进一步阐明鸡Myf5基因调控骨骼肌细胞分化发育与增殖的作用机制，笔者对鸡Myf5基因进行生物信息学分析并进行功能预测，旨在为深入研究鸡Myf5基因的作用机理和表达调控机制奠定基础，进而为肉鸡生长性状的改良提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

通过美国国家生物信息中心（NCBI，National center of biotechnology information）取得鸡等11种动物的Myf5基因的mRNA序列和蛋白质序列以及相关信息。

1.2 方法

该研究所进行的生物信息学分析内容及所用到的软件见表1。

2 结果与分析

2.1 鸡Myf5蛋白理化性质

利用ProtParam在线软件预测鸡Myf5蛋白理化性质，对鸡的Myf5蛋白各氨基酸的数量及百分含量进行分析。该蛋白共包含258个氨基酸，其中丝氨酸（Ser）含量最多，达12.4%；脯氨酸（Pro）次之，含量为10.9%；除吡咯赖氨酸（Pyl）和硒半胱氨酸为0外，色氨酸（Trp）含量最少，仅0.8%。肽链N-端为蛋氨酸（Met），氨基酸残基中带负电荷的（Asp+Glu）共有34个，带正电荷的（Arg+Lys）共有29个（表2）。Myf5蛋白分子式为CC1221H1915N359O391S18，分子质量为28 456.89 Da，由3 904个原子构成，理论等电点（pI）为5.86，半衰期为30 h，不稳定性指数为97.59（>40），表明该蛋白结构极不稳定；亲水性平均值（GRAVY）为-0.701，脂溶指数为54.92，说明鸡Myf5蛋白属于亲水性蛋白。

2.2 鸡Myf5蛋白二级结构及三级结构预测

利用SOPMA在线软件预测鸡Myf5蛋白二级结构。结果显示，鸡Myf5蛋白有无规则卷曲164个，占比63.57%，有β-转角8个，占比3.10%，有延伸链9个，占比3.49%，有α-螺旋77个，占比29.84%（图1）。

利用SWISS-MODEL在线软件以1mdy.1.C为模板推测并建立了鸡Myf5的三级结构，结果见图2。

2.3 鸡Myf5蛋白亚细胞定位和跨膜结构域预测

采用ProtCompv 9.0在线软件对鸡Myf5蛋白进行亚细胞定位预测及分析。综合数值结果分析，该蛋白定位于细胞核的分值9.99，定位于高尔基体分值0.01，表明鸡Myf5蛋白大概率定位在细胞核中。利用TMHMM Server v.2.0在线软件对鸡Myf5蛋白跨膜区进行预测，发现该蛋白不存在跨膜结构（图3）。

2.4 鸡Myf5蛋白磷酸化位点和信号肽预测

通过NetPhos 3.1 Server在线软件分析，并预测鸡Myf5蛋白的磷酸化位点，结果见图4。分析结果显示，鸡Myf5蛋白共有74个潜在的磷酸化位点，其中丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）、酪氨酸（Tyr）磷酸化位点分别为54、16和4个。通过SingnalP-4.1软件及鸡Myf5的蛋白质序列对Myf5信号肽进行分析和预测，结果显示，鸡Myf5蛋白內不存在信号肽序列（图5）。

2.5 鸡Myf5蛋白亲／疏水性预测

使用ProtScale工具分析鸡Myf5蛋白的亲/疏水性。分析结果可知，鸡Myf5蛋白分子疏水性最强位置为210位的亮氨酸（Leu），得分为1.433；亲水性最强位置是96位的精氨酸（Arg），得分为-2.622。此外，鸡Myf5蛋白疏水性区域（正分值）明显少于亲水性区域（负分值）。表明该蛋白为亲水性蛋白，进而可以推测该蛋白为可溶性蛋白（图6）。

2.6 鸡Myf5蛋白互作分析

为了进一步预测鸡Myf5蛋白发挥其生物学作用的可能机制，运用STRING在线软件对Myf5进行蛋白互作分析。分析结果显示，与鸡Myf5关联的蛋白有PAX7、PAX3、SOX10、MYOD1、MYOG和SDC4。STRING分析表明，Myf5与PAX7的相关性评分为0.963，与PAX3的相关性评分为0.958（图7）。

2.7 物种间Myf5蛋白序列同源性及进化性分析

利用ClustalW在线软件对鸡等11个物种的Myf5蛋白氨基酸序列进行了多重比对并分析其相似性。相似性比对结果表明，鸡Myf5蛋白氨基酸序列与智人、山羊、牛、猪、狗、家鼠、马、鸭和斑马鱼、绵羊的相似性分别为71.0%、70.1%、70.1%、71.6%、70.5%、70.1%、71.6%、90.1%、58.6%、70.9%（图8）。

随后，利用MEGA6.0在线软件构建系统进化树。从图9可观察到，11个物种可大致分为3组，第1组包含绵羊、山羊、牛、狗、猪、马、人和鼠，均为哺乳动物；第2组包含鸡和鸭，为鸟类；第3组为斑马鱼。通过系统进化树分析得出，Myf5蛋白序列的相似性符合物种分类规律，其中鸡与鸭的亲缘关系最近，与斑马鱼亲缘关系最远（图9）。

3 讨论

Myf5作为肌源性调节因子，在其他物种中已被证实能够影响骨骼肌的发生［1］，而骨骼肌的发生过程对于鸡的产肉性能又有重要影响，因此对该基因开展功能预测与研究十分必要。该研究采用生物信息学方法，对鸡Myf5蛋白的结构与功能进行了预测分析。分析结果表明，鸡Myf5蛋白包含氨基酸总数为258个，分子量为28 456.89 Da，理论等电点5.86，不稳定性指数97.59，表明鸡Myf5蛋白是一个不稳定的酸性蛋白。二级结构分析结果表明，鸡Myf5蛋白无规则卷曲结构占比最高，为63.57%，有助于Myf5蛋白识别结合序列［8］。亚细胞定位分析结果表明，鸡Myf5大概率定位在细胞核中，信号肽分析结果表明，鸡Myf5不具有信号肽，可以预测出该蛋白不属于分泌性蛋白，因此推测鸡Myf5蛋白也可能同样具有转录因子功能。蛋白磷酸化是一种重要、常见的蛋白质翻译后的修饰方式，其参与和调控生物体内的许多生命活动。磷酸化可导致蛋白质的三级结构发生改变，进而影响其正常生物学功能的发挥［9］。该研究分析预测结果表明，鸡Myf5分子中共有74个潜在的磷酸化位点，说明磷酸化与去磷酸化可能会影响鸡Myf5发挥作用，可作为后续功能研究的切入点。采用STRING在线软件预测鸡Myf5蛋白合作伙伴有PAX7和PAX3，此外还有SOX10、SDC4、MYOD1和 MYOG蛋白。已有研究表明，PAX7、PAX3［10］、SOX10［11］和SDC4［12］均能够参与细胞增殖调控；MYOD1和MYOG蛋白和Myf5属于同一家族，MYOD1主要在成肌前体细胞的命运决定和成肌细胞增殖中起重要作用［13］，而MYOG蛋白则在成肌细胞的融合和分化中起作用，是肌管和肌纤维形成的必需因子［14］。鸡Myf5蛋白与PAX7、PAX3、SOX10、SDC4、MYOD1和 MYOG蛋白彼此间均有紧密联系，节点越近代表蛋白与蛋白之间的互作关系越强，说明鸡Myf5蛋白很可能通过与这几种蛋白相互作用，进而发挥其调解肌细胞增殖分化的生物学功能。进化分析结果显示，不同物种之间该蛋白序列具有较高的保守性，推测其在不同物种之间的功能也存在相似性。以上研究结果表明，鸡Myf5蛋白可能作为重要的转录因子对鸡肌肉组织的生长发育产生调控作用。该研究为深入验证鸡Myf5蛋白的生物学功能奠定基础，进而为肉鸡生长性状的改良提供参考依据。

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基金项目 辽宁省博士科研启动基金计划项目（2019-BS-171）。

作者简介 张珂（1989—），女，辽宁沈阳人，讲师，博士，从事动物分子遗传研究。

收稿日期 2022-09-16