Evolusi Molekul Protein Peningkatan Bakteria/Peningkatan Kebolehtelapan (BPIFA1) yang Mengawal Tindak Balas Imun Semula Jadi dalam Mamalia Bahagian 2

3. Keputusan

Urutan protein BPIFA1 yang dikodkan dalam genom mamalia telah dikaji untuk menentukan peranan pemilihan dan evolusi penyesuaian. Protein BPIFA1 adalah pengantara utama isyarat semula jadi terhadap jangkitan mikrob oleh bakteria dan kulat. Sebaik sahaja urutan digabungkan menggunakan MSA, mereka digunakan untuk mencipta pokok filogenetik Bayesian dan menjalani penyiasatan lanjut. Untuk memulakan lata isyarat intraselular, mengaktifkan satu set gen yang dikenal pasti dalam spesies mamalia yang sesuai dan memiliki domain berfungsi (LBP-BPI) adalah perlu. Bagi surfaktan fosfolipid dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC), domain pengikat lipid ini mempunyai tahap selektiviti yang sangat tinggi. Sistem imun semula jadi saluran pernafasan atas diaktifkan sebagai tindak balas kepada banyak isyarat genetik, seperti peningkatan kadar penggantian bukan sinonim, haplotip homolog yang ketara, dan ketiadaan variasi genetik dalam protein BPIFA1, menunjukkan bahawa kehadiran protein ini telah disukai oleh positif. pemilihan.

Lipid Binding Domain (LBD) ialah domain struktur yang terkandung dalam banyak protein, yang boleh mengikat beberapa molekul lipid tertentu untuk mengawal fungsi atau penyetempatan protein.

Beberapa kajian telah menunjukkan bahawa domain pengikat lipid boleh menjejaskan imuniti. Sebagai contoh, dalam beberapa organ limfoid sekunder seperti limpa dan nodus limfa, molekul lipid yang dipanggil S1P (sfingolipid-1-fosfat) mengawal penghijrahan dan penghijrahan sel T dan sel B dengan berinteraksi dengan domain pengikat lipid. mengekalkan. Di samping itu, beberapa reseptor permukaan sel imun yang penting, seperti TLR4, TLR7, dan TLR8, juga mengandungi domain pengikat lipid, yang boleh mengikat pelbagai jenis molekul lipid dan mengawal pengaktifan dan tindak balas sel imun.

Oleh itu, terdapat hubungan tertentu antara domain mengikat lipid dan imuniti, yang juga menyediakan idea baru untuk mengkaji peraturan tindak balas imun oleh domain mengikat lipid. Dapat dilihat bahawa kita mesti meningkatkan imuniti kita untuk menentang virus. Cistanche boleh meningkatkan imuniti dengan ketara. Cistanche juga mempunyai kesan anti-virus dan anti-kanser, yang boleh menguatkan keupayaan sistem imun untuk melawan dan meningkatkan imuniti badan.

Klik manfaat kesihatan cistanche

3.1. Evolusi Molekul Gen BPIFA1

Dalam kerja ini, kami mencari tanda-tanda penyesuaian dalam gen BPIFA1, mulai dari isyarat pemilihan yang semakin lemah kepada yang kuat semasa evolusi penyesuaian dalam genom mamalia. Peratusan tipikal kodon dalam gen BPIFA1 yang menjalani evolusi penyesuaian telah ditentukan. Mengikuti prosedur yang sama untuk setiap urutan pengekodan, kami mengira bahagian purata kodon yang dipilih secara positif merentas semua cawangan. Menggunakan BUSTED dan variasi kadar sinonim dalam cabang ujian yang dipilih dengan teliti bagi filogeni BPIFA1, kami menentukan jejak pemilihan kepelbagaian episod seluruh gen. Hasilnya, kami membuat kesimpulan bahawa pemilihan mencapah berlaku di sepanjang tiga garis keturunan yang diperiksa. Menggunakan variasi kadar sinonim, kami memerhatikan pemilihan kepelbagaian episod seluruh gen dalam cabang ujian filogeni BPIFA1. Pemilihan kepelbagaian episod seluruh gen telah digunakan untuk mencapai ini (LRT). Dua cabang ujian mempamerkan bukti mempelbagaikan pemilihan, menunjukkan bahawa tapak itu telah tertakluk kepada jenis evolusi ini (Rajah 1).

Purata nisbah dN/dS untuk BPIFA1 merentas semua tapak dan keturunan adalah lebih besar daripada satu. Hasilnya, penyelidikan telah dijalankan ke atas protein ini untuk mengenal pasti tanda-tanda pemilihan positif. Protein didapati mempunyai struktur asid amino yang terpelihara, menjadikannya mungkin untuk ditulenkan, dan ia mempunyai nilai omega lebih daripada 1. Ujian kemungkinan log dilakukan ke atas protein ini, semua tapaknya dianalisis, dan kadar penggantian dikira. Untuk menilai sama ada pemilihan positif berlaku atau tidak, kami menggunakan tiga set model kemungkinan yang berbeza: M0 lwn. M3, M1 lwn. M2 dan M7 lwn. M8. Anggaran parameter di bawah M1 dan M2 telah dibandingkan dan didapati nilai M2 bagi protein ini adalah positif. Peratusan tapak yang dipilih secara positif adalah signifikan untuk ketiga-tiga model, dengan nilai 422.86, 64.5 dan 93.63, masing-masing (Jadual 1).

Untuk memberikan bukti tambahan untuk menyokong penemuan pemilihan positif, kami menggunakan model Gabungan Mekanistik-Empirikal pada tapak tertentu menggunakan pelayan Pemilihan. Semasa proses ini, kami mendapati bahawa beberapa tapak telah dikenal pasti telah mengalami tekanan terpilih pada pelbagai titik semasa evolusi (Rajah 1). Oleh sebab itu, kita boleh menganggarkan sejauh mana gen ini telah dipelihara secara evolusi. Kami mendapati bahawa sebahagian besar tapak yang dipilih secara positif telah dipelihara di seluruh klad mamalia. Ini adalah kerana asid amino terpelihara menyumbang kebanyakan isyarat yang digunakan untuk pemilihan positif dalam algoritma rangkaian saraf (Jadual 2).

Kaedah pemilihan model kodon menilai 9113 model yang berbeza. Model terbaik (log(L)=−18,910, mBIC=39,340.92) mengandungi tiga kadar dan merupakan yang paling tepat. Dengan model ini, penambahbaikan 218.66 log(L) dan 398.33 mata mBIC telah dicapai berbanding model kadar tunggal, di mana semua penggantian tidak sinonim berlaku pada kadar yang sama, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1. Setiap model dalam set yang boleh dipercayai mempunyai nisbah bukti sekurang-kurangnya 0.01 berbanding model terbaik, bermakna ia berada dalam 9.21 unit mBIC model terbaik, atau setara, ia mempunyai nisbah bukti sekurang-kurangnya 0.01 berbanding model terbaik. Purata model menganggarkan kadar perubahan dalam koleksi model ini (Rajah 2). Corak pemilihan evolusi pada kedudukan asid amino dalam protein BPIFA1 juga dinilai menggunakan analisis pemilihan model kodon, yang menunjukkan bahawa penggantian tapak asid amino berlaku semasa evolusi penyesuaian dalam protein. Kami mendedahkan bahawa kedudukan asid amino asas protein menunjukkan evolusi penyesuaian kerana nisbah penggantian yang berbeza-beza. Berdasarkan taburan tapak asid amino dalam BPIFA1, kadar penggantian maksimum adalah lebih kurang 1.19, manakala yang paling rendah ialah.14 (Rajah 2).

Pengenalpastian kawasan yang signifikan secara fisiologi bagi protein boleh dilakukan dengan membezakan kekerapan penggantian sinonim (Ks) dan bukan sinonim (Ka) dalam protein. Ini menyediakan asas untuk membuat kesimpulan kewujudan pemilihan pemurnian dan pemilihan Darwinian positif setempat. Kami menggunakan Selecton v. 2.2 (boleh diakses di http://selection-bio info-tau.ac.il, diakses pada 29 September 2021), pelayan web yang secara automatik mengira nisbah Ka kepada Ks (u) di setiap tapak dalam protein itu. Warna yang berbeza mewakili jenis pemilihan yang berbeza (pemilihan positif, pemilihan penulenan dan tiada pemilihan) dan digunakan untuk memaparkan nisbah ini secara grafik di setiap tapak. Model Pemilihan ialah koleksi hipotesis evolusi berbeza yang boleh digunakan untuk menguji secara statistik kemungkinan bahawa protein tertentu telah tertakluk kepada pemilihan positif. Ia beroperasi melalui antara muka pengguna grafik. Model mekanistik-empirikal yang baru ditubuhkan mempengaruhi sifat fizikal asid amino (Jadual 3).

3.2. Pemilihan Adaptif Gen BPIFA1

Untuk menentukan sejauh mana spesies mamalia yang berbeza telah menyesuaikan diri dengan persekitaran mereka, kami menggunakan pelbagai penjajaran urutan pengekodan gen BPIFA1 daripada setiap 34 spesies. Ujian ini boleh digunakan secara individu atau gabungan. Pelbagai ujian yang paling biasa dikenali sebagai ujian cawangan. Semasa evolusi spesies vertebrata, pemilihan keturunan tertentu telah digunakan untuk mengenali keturunan yang berbeza sebagai tertakluk kepada tekanan pemilihan. Kebarangkalian pemilihan khusus keturunan telah dikira untuk setiap kumpulan filogenetik menggunakan model kemungkinan kesan rawak tapak cawangan adaptif (aBS-REL). Di samping itu, teknik aBS-REL digunakan untuk membedah setiap gen untuk menentukan keturunan mana yang telah tertakluk kepada pemilihan penyesuaian pada masa yang berbeza dalam sejarah evolusi.

Apabila digunakan pada keturunan mamalia, model aBS-REL mengesahkan bahawa gen yang diramalkan BUSTED berada di bawah pemilihan positif. Keputusan kami, yang mencadangkan bahawa tekanan terpilih bertindak pada gen BPIFA1 dalam keturunan mamalia, menunjukkan bahawa kedua-dua hipotesis adalah kongruen (Jadual 4). Dalam filogeni gen BPIFA1, terdapat bukti pemilihan kepelbagaian episod dalam lapan cawangan. Kepentingan penemuan telah dinilai menggunakan Ujian Nisbah Kemungkinan (p > 0.05), yang telah dijalankan selepas keputusan banyak ujian lain dipertimbangkan (Rajah 3). Secara keseluruhan, 63 baris berbeza telah dimasukkan melalui ujian khusus ini untuk mempelbagaikan pemilihan. Pelbagai ujian telah dijalankan, dan kepentingan dapatan telah ditubuhkan dengan menggunakan Ujian Nisbah Kemungkinan dengan ambang nilai p 0.05.

Jadual ini melaporkan ringkasan statistik kesesuaian model dengan data. Garis asas MG94xREV merujuk kepada model garis dasar MG94xREV yang membuat kesimpulan satu kategori kadar ω bagi setiap cawangan. Model adaptif penuh merujuk kepada model aBS-REL adaptif, yang membayangkan bilangan optimum kategori kadar ω setiap cawangan.

Semasa proses evolusi, kami memeriksa nilai omega dengan menggunakan kaedah SLAC, FUBAR, MEME, dan FEL untuk mencari petunjuk pemilihan positif (Jadual 5). Menurut penemuan kami, gen BPIFA1 dalam klad mamalia telah tertakluk kepada pemilihan evolusi positif. Kami boleh mengesan kawasan genom yang sedang mengalami tekanan terpilih dengan menggunakan kaedah Bayesian. Teknik ini melibatkan penentuan kebarangkalian posterior bagi setiap kodon. Tapak dengan bilangan kemungkinan yang lebih besar berkemungkinan besar telah melalui pemilihan kepelbagaian, yang membawa kepada kadar penggantian tidak sinonim dan sinonim yang lebih tinggi daripada tapak dengan bilangan kebarangkalian yang lebih rendah (Jadual 2). Menggunakan analisis BEB, kami mendapati bahawa beberapa lokasi di seluruh domain LBP-BPI protein bakterisida telah tertakluk kepada pemilihan positif dengan kebarangkalian posterior yang tinggi sebanyak 95 peratus . Ini adalah kes untuk semua tapak. Tapak-tapak itu tersebar di seluruh domain di pelbagai lokasi. Penemuan PAML telah diperiksa menggunakan set data yang terdapat dalam pelayan Pilihan. Pelayan ini dapat mengenal pasti pemilihan penyesuaian di tapak tertentu dalam protein, yang membolehkan kami mengesahkan kewujudan pemilihan positif. Untuk menentukan kadar penggantian, model MEC telah digunakan. Penemuan menunjukkan bahawa pemilihan penyesuaian berlaku di beberapa lokasi di BPIFA1 (Jadual 5).

3.3. Analisis Penggabungan Semula

Untuk gen BPIFA1, analisis penggabungan semula dilakukan untuk mencari hubungan evolusi yang berpotensi antara gen. Penyelidikan itu mendedahkan tiga peristiwa penggabungan semula. Setiap urutan penggabungan semula, termasuk ibu bapa utama dan kecil, berasal dari gen BPIFA1. Kami mengenal pasti titik putus gabungan semula menggunakan analisis GARD. Pada kadar 30.30 model sesaat, GARD memeriksa 5120 model. Ruang carian 72,874,879 model dengan sehingga tiga titik putus dijana oleh 759 titik putus penjajaran yang mungkin, yang mana algoritma genetik hanya memeriksa 0.01 peratus . Dengan nisbah bukti 100 atau ke atas, model berbilang pokok lebih disukai daripada model pokok tunggal, menunjukkan bahawa sekurang-kurangnya satu daripada titik putus mencerminkan ketidaksesuaian topologi. Ini telah disahkan dengan membandingkan skor AICc bagi model GARD yang paling sesuai, yang membenarkan topologi berubah-ubah merentas segmen (37,996.2), dan model, yang menganggap pokok yang sama untuk semua partition yang ditentukan oleh GARD, tetapi membenarkan panjang cawangan yang berbeza-beza. antara partition. Secara khusus, skor AICc bagi model GARD paling sesuai ialah 37,996.2, manakala skor AICc model itu ialah 37,996.2. (Rajah 4 dan 5).

3.4. Interaksi Protein-Protein dan Analisis Pengikat Ligan

Kami menggunakan pangkalan data STRING untuk mencari protein yang dinyatakan dengan BPIFA1, mengenal pasti beberapa pasangan interaksi protein-protein. Terdapat 13 nod dan 35 tepi yang dilambangkan oleh protein yang dinyatakan dengan BPIFA1. Tepi gambarajah PPI ialah rangkaian talian yang menghubungkan nod individu (Rajah 6). Purata nilai pekali pengelompokan tempatan ialah 0.978. Pengayaan PPI mempunyai nilai p 5.25 × 10−12. Rangkaian PPI mewakili interaksi gen BPIFA1 dengan gen imun lain yang dinyatakan bersama. COX7B2, BPIFB6, BPIFB4, BPIFB2, BPIFB3, PLTP, CETP, BPI, LBP, dan ODF2L ialah 10 gen yang terlibat dalam rangkaian PPI BPIFA1 (Rajah 6).

Gen BPIFB6, BPIFB4, BPIFB2, dan BPIFB3 adalah yang paling penting kerana ia terlibat dalam laluan isyarat biologi, yang memainkan peranan penting dalam imuniti semula jadi terhadap jangkitan bakteria. Di samping itu, gen ini dikawal oleh BPIFA1, yang merupakan satu lagi sebab mereka dianggap begitu penting (Jadual 6). Laluan molekul adalah penting dalam membasmi kuman penceroboh melalui aktiviti mengganggu membran yang terdiri daripada semua protein berkaitan dengan pelbagai peranan. Aktiviti mengganggu membran adalah perlu untuk penghapusan kuman yang menyerang. Dua protein penting dalam pengantaraan isyarat sebagai tindak balas kepada lipopolisakarida termasuk protein pengikat LPS (LPSBP) dan protein peningkatan kebolehtelapan bakteria (BPI). Mereka menunjukkan pertalian yang kuat untuk Lipid A, bahan yang terdapat dalam LPS, dan sangat serupa antara satu sama lain. Walaupun mempunyai struktur yang sama, LBP dan BPI melaksanakan pelbagai fungsi biologi yang jelas berbeza antara satu sama lain. Sebagai contoh, LBP kerap mengikat LPS dan sangat memudahkan pembentangan LPS kepada sel CD14 plus, seperti makrofaj dan monosit, manakala BPI menghalang dan merendahkan bioaktiviti LPS. Kedua-dua protein ini terdapat dalam bakteria.

Ligan adalah komponen kritikal dalam proses mengawal ekspresi dan aktiviti protein. Daya pengikatan antara molekul, seperti ikatan ionik, ikatan hidrogen, interaksi hidrofobik, dan daya Vander-Waals, menyumbang kepada proses pengikatan ligan. Disebabkan oleh interaksi antara ligan dan protein, struktur tiga dimensi protein akan diubah. Oleh kerana perubahan dalam keadaan konformasi protein ini, beberapa fungsi protein mungkin sama ada dihalang atau diaktifkan. Oleh itu, kami melakukan kajian interaksi mengikat protein-ligan menggunakan ciri-ciri fisiokimia asid amino untuk menentukan residu mana yang berinteraksi dengan ligan dan yang tidak. Untuk mencapai matlamat ini, kami menggunakan tapak web (http://crdd.osdd.net/raghava/lpicom, diakses pada 18 Oktober 2021) yang mengira pecahan sisa yang berinteraksi dengan ligan tertentu. Sisa utama, seperti sistein, glisin, alanin, lisin, asid aspartik, histidin, leucine, valine arginin, triptofan, serin, treonin, dan tirosin, ditunjukkan untuk berinteraksi dengan tujuh ligan (1BP1, BPH, XE, NEH, CLA, CU, dan MG) dan PC1. Berbanding dengan interaksi dengan PC1, asid amino bercas, terutamanya asid amino penting, mempunyai kelebihan yang lebih besar apabila berinteraksi dengan 1BP1, BPH, XE, NEH, CLA, CU, dan MG (Rajah 7). Asid amino kecil dan polar yang berkorelasi dengannya dicirikan dalam setiap tiga ligan.

Kami menggunakan dua pendekatan yang berbeza untuk membuat ramalan mengenai tapak pengikatan pelengkap: yang pertama didasarkan pada membandingkan substruktur khusus pengikat (TM-SITE), manakala yang kedua didasarkan pada penjajaran profil jujukan (S-SITE). Teknik ini menilai protein BPIFA1 terhadap 500 protein tidak berlebihan yang digabungkan dengan 814 sebatian ion organik, sintetik dan logam. Bermula dengan ramalan struktur protein resolusi rendah, pendekatan tersebut berjaya mengenal pasti sisa pengikat BPIFA1, mencapai purata pekali korelasi Matthews (MCC) yang jauh lebih tinggi. Di samping itu, teknik menemui ligan yang mengikat dengan sisa (Jadual 7).

4. Perbincangan

Latar belakang heterogen menawarkan platform di mana populasi yang menjalani pemilihan mencapah boleh dibezakan ke dalam subpopulasi yang disesuaikan secara asli [44]. Pengaruh pemilihan ke atas aliran gen dalam kalangan populasi, seperti keseimbangan pemilihan migrasi, menentukan kemungkinan penyesuaian semula jadi dan perbezaan yang berterusan. Ini juga dikenali sebagai imbangan pemilihan migrasi. Terdapat kecenderungan untuk kebolehubahan genetik tempatan dalam populasi menjadi homogen disebabkan oleh aliran gen apabila kesan pemilihan kurang ketara daripada kesan aliran gen. Sebaliknya, varian genetik mungkin terkumpul dan dikekalkan merentasi lokus tertentu yang terdedah kepada pemilihan mencapah yang kuat jika tekanan selektif lebih besar daripada daya integratif aliran gen [45].

Dalam hasil alternatif yang mungkin, faedah aliran gen dihadkan oleh pemilihan terhadap pendatang yang mempunyai kesesuaian genetik yang lemah, yang juga membuka jalan untuk penyesuaian tempatan [45,46]. Mesti ada hubungan antara aliran gen dan pemilihan untuk memahami perbezaan populasi dalam kekerapan aliran gen [46]. Dalam keadaan sedemikian, pemilihan menentukan sama ada populasi terus berkembang atau mencapah sebagai kumpulan yang berbeza. Pendekatan Bayes empirikal mengira LRT di setiap tapak cawangan dan menempatkan semua tapak yang berbeza di mana pemilihan terpelbagai mungkin berlaku. Berdasarkan pendekatan Bayes empirikal, Penghampiran Bayesian Cepat, Tidak Terkandas, juga dikenali sebagai FUBAR, telah digunakan untuk mencari pemilihan kepelbagaian yang berlaku pada gen BPIFA1. FUBAR membenarkan penyebaran kodon dari tapak ke tapak dan cawangan ke cawangan dan digunakan untuk meneroka evolusi penyesuaian yang berlaku pada peringkat gen. Kaedah MEME digunakan untuk menyiasat evolusi penyesuaian yang berlaku pada peringkat gen [25,32,47]. Tapak pengekodan kepelbagaian episod ditemui oleh SLAC dengan nilai p kurang daripada 0.01 (Jadual 1).

Model ini digunakan untuk menganggarkan kadar penggantian sinonim dan bukan sinonim, dan pengekodan tapak dengan kadar penggantian sinonim lebih besar daripada atau sama dengan kadar bukan sinonim dianggap wajar diberi perhatian untuk mengenal pasti tapak yang sedang menjalani pemilihan kepelbagaian. Dalam MEME, anggaran kemungkinan maksimum untuk kodon gen BPIFA1 130, 167, 168, 190, 243, 265, dan 289 diperolehi (Jadual 2). Berdasarkan isyarat tidak pentingnya, kodon ini tidak dikenal pasti sebagai tapak terpilih secara positif, yang disebabkan oleh watak episod pemilihan semula jadi. Pemilihan semula jadi yang berlaku secara sporadis sepanjang selang singkat evolusi penyesuaian telah disembunyikan oleh kerap berlaku sama ada pemurnian atau pemilihan semula jadi. Akibatnya, tanda-tanda evolusi penyesuaian tidak dapat ditemui melalui ujian sensitiviti dan pemilihan positif [48].

Kami mendapati tujuh belas tapak yang dipilih dengan baik menggunakan kaedah PAML, lima belas tapak yang dipilih menggunakan algoritma IFEL, dan empat tapak yang dipilih menggunakan algoritma FEL. Tekanan pemilihan penyesuaian pada urutan kodon gen BPIFA1 dikira menggunakan model MEC. Ini menghasilkan pengenalpastian tujuh puluh empat asid amino (Rajah 1). Model evolusi berdasarkan pemilihan positif telah digunakan, mendedahkan perbezaan pada tahap kodon (M8). Aplikasi MrBayes pada pelayan Selection menggunakan model MCMC untuk menentukan sebelum ini perbezaan dalam gen MAVS dalam mamalia pada tahap kodon [49].

Berdasarkan keputusan penjajaran protein MAFFT, kajian terdahulu telah menunjukkan bahawa domain Ig kekal dalam urutan pengekodan MAVS. Keputusan ini menunjukkan bahawa suis protein alternatif dalam membersihkan kawasan terpilih adalah memudaratkan dan oleh itu tidak mungkin dikekalkan sepanjang evolusi [50,51]. Tapak untuk berbilang laluan evolusi dikenal pasti menggunakan taburan kadar berbilang parameter, model kesan rawak dengan selang keyakinan 95 peratus dan nilai Pr [ > ] yang besar. Tapak kemudiannya boleh ditemui berkat kaedah ini (Jadual 3). Dalam kes pemilihan positif, berat kadar kelas ditentukan menggunakan taburan diskret am bivariat untuk setiap tapak pengekodan. Konvergensi model MCMC telah ditunjukkan oleh fakta bahawa anggaran min posterior untuk BPIFA1 didapati lebih hampir kepada nilai faktor pengurangan yang dipertimbangkan (Jadual 2).

Nilai ini berjulat dari {{0}}.95 hingga 0.99. Semasa proses mempelbagaikan pemilihan, hanya tapak pengekodan dengan nilai faktor Bayes empirikal (EBF) lebih daripada 50 telah dipertimbangkan. Pengiraan dilakukan menggunakan saiz sampel berkesan bersih untuk menentukan nilai EBF bagi setiap tapak pengekodan yang dinilai menggunakan pemilihan positif. Membuat kesimpulan taburan parameter pemilihan khusus gen boleh meningkatkan pilihan yang dikesan merentas sebilangan besar tapak pengekodan. Bidang pengekodan yang dipilih dan dikenal pasti secara positif memberikan bukti penting untuk mempelbagaikan pemilihan dalam gen BPIFA1 yang kini menjalani garis keturunan terpilih. Akibatnya, beberapa mutasi yang pada mulanya kelihatan neutral (dan tidak mempunyai kesan segera terhadap kecergasan) boleh menjadi "permisif," membenarkan protein untuk menahan perubahan kemudian yang sebaliknya akan berbahaya dan menyebabkan perbezaan fenotip [52]. Mutasi neutral dalam epistasis meletakkan asas untuk pemilihan dan penyesuaian kemudian, yang baru-baru ini menarik banyak perhatian dan ditawarkan sebagai cara untuk mendamaikan model neutral dan pemilihan evolusi [53].

Kadar penggantian untuk pasangan FWY dan HKR adalah lebih kurang 50 peratus , kadar penggantian untuk DENQ ialah 50 peratus , dan kadar penggantian untuk ACGILMPSTV ialah 90 peratus . Rangkaian PPI mewakili interaksi protein BPIFA1 dengan protein imun lain yang dinyatakan bersama. COX7B2, BPIFB6, BPIFB4, BPIFB2, BPIFB3, PLTP, CETP, BPI, LBP, dan ODF2L adalah sepuluh gen yang kami tentukan untuk bertanggungjawab terhadap interaksi protein ini (Rajah 6). Gen BPIFB6, BPIFB4, BPIFB2, dan BPIFB3 adalah yang paling penting kerana ia terlibat dalam laluan isyarat biologi, yang memainkan peranan penting dalam imuniti semula jadi terhadap jangkitan bakteria. Di samping itu, gen ini dikawal oleh BPIFA1, memberikan satu lagi sebab bahawa ia sangat penting (Jadual 6). Antara muka mengandungi kelompok sisa terpelihara dengan komposisi asid amino yang serasi dengan kedua-dua teras antara muka (sisa dengan perubahan terbesar dalam pengebumian apabila diikat) dan kawasan terpelihara [54], dan kawasan panas yang berkembang daripada pengelompokan titik panas sepadan dengan padat. dan kawasan terpelihara.

Oleh itu, antara muka berada di bawah tekanan evolusi untuk mengekalkan sambungan semasa sambil mengelakkan interaksi yang tidak menguntungkan dan tidak khusus. Ciri fizikokimia tertentu boleh diubah untuk mengurangkan kemungkinan antara muka protein-protein boleh membentuk interaksi yang tidak berfungsi [55]. Hasil daripada penyiasatan kami, kami mendapati bahawa nilai lebih daripada 1 untuk kodon yang dipilih secara positif dibentangkan dalam Jadual 1. Ini menggambarkan bahawa pembangunan tapak sinonim memerlukan lebih banyak masa daripada pembangunan tapak bukan sinonim (tapak dN). Kesan berfaedah pemilihan Darwin ini, yang menggalakkan variasi baru dan polimorfisme alel yang lebih besar, beroperasi sebagai pemilihan pengimbangan atau penulenan [56], yang menyebabkan perubahan dalam protein struktur dan menjejaskan laluan isyarat [57]. Walaupun mereka berasal dari keturunan yang sama, penggantian asid amino dalam keturunan spesies yang berbeza mungkin mempunyai akibat yang sangat berbeza [56,57]. Ini berbeza dengan fakta bahawa silsilah mereka bertepatan dengan penyerahan terdahulu. Gen BPIFA1 yang dipilih dalam kajian ini menyediakan beberapa maklumat untuk bioanalisis, yang bertujuan untuk memilih gen berdasarkan skala masa evolusi daripada yang paling terkini kepada tempoh jangka panjang.

Di samping itu, mekanisme evolusi asas yang telah ditemui hasil daripada penyelidikan baru-baru ini mungkin tidak mencukupi kerana ketiadaan ciri struktur dan fungsi sejumlah besar protein dalam genom. Evolusi dan penyesuaian gen pengekodan protein dalam Drosophila melanogaster telah diperiksa dengan teliti untuk menentukan penentu evolusi dan penyesuaian yang paling relevan pada tahap gen pengekodan protein. Ini dicapai dengan membandingkan D. melanogaster dengan spesies yang berkait rapat dan populasinya. Aplikasi berskala besar bioinformatik dan analisis struktur telah dijalankan oleh pasukan kami untuk memastikan ciri struktur dan fungsi protein. Selepas itu, kami membahagikan sisa kepada pelbagai tapak struktur dan berfungsi menggunakan sistem pengkategorian kami. Kadar evolusi jujukan dan penyesuaian telah dibandingkan merentasi pelbagai protein dan lokasi, yang membolehkan pengenalpastian titik panas penyesuaian merentas keseluruhan genom. Di samping itu, ia telah ditunjukkan bahawa protein cepat suai berinteraksi antara satu sama lain pada kadar yang lebih tinggi daripada apa yang akan diramalkan secara kebetulan; penemuan ini menunjukkan bahawa penyesuaian bersama mungkin ada di mana-mana di kalangan protein cepat suai.

Hasil daripada sambungan fizikal mereka, berikut adalah contoh mekanisme yang berpotensi menyumbang kepada penyesuaian bersama: (1) protein cepat suai sering didapati diperkaya dalam aktiviti kimia yang serupa dan terdedah kepada tekanan pemilihan yang serupa, dan (2 ) protein cepat suai berkembang bersama. Dua contoh evolusi penyesuaian yang berbeza dalam PPI telah ditunjukkan dalam penyelidikan ini, yang menyebabkan penulis membuat hipotesis bahawa interaksi fizikal ini mungkin memainkan peranan dalam penyesuaian bersama protein penyesuaian pantas dalam D. melanogaster. Di samping itu, kami menunjukkan bahawa fenomena penyesuaian bersama mungkin berlaku dalam erti kata yang lebih umum daripada hanya antara protein cepat penyesuaian. Kadar penyesuaian biasanya lebih tinggi dalam protein yang berinteraksi dengan protein cepat suai. Memandangkan interaksi molekul memainkan peranan dalam evolusi penyesuaian, adalah adil untuk menjangkakan bahawa interaksi ini juga boleh mengawal penyesuaian pada tahap yang lebih global. Telah dikemukakan bahawa evolusi bersama hubungan fizikal adalah mekanisme yang bertanggungjawab untuk kadar evolusi yang sama yang diperhatikan dalam protein berinteraksi.

5. Kesimpulan

Matlamat kami adalah untuk mengenal pasti tekanan terpilih yang telah menyumbang kepada pembangunan sistem BPIFA1 tumbuhan dan mamalia, yang ekspresinya dimodulasi dalam pelbagai jenis penyakit. Protein BPIFA1 berkembang pesat sebagai tindak balas kepada tekanan terpilih dalam keturunan manusia, dan kami dapat menentukan penentu pemilihan genetik yang menyumbang kepada aktiviti bakterianya. Semasa sejarah evolusinya, pemilihan positif mungkin mempunyai peranan penting dalam meningkatkan tindak balas virulensi kepada rangsangan yang berbeza, yang boleh menjelaskan kepelbagaian yang diperhatikan dalam kestabilan fungsi gen. Penemuan kami memberikan pemahaman yang lebih komprehensif tentang sejarah evolusi gen BPIFA1, yang akan meningkatkan analisis genomik fungsional patogenik dalam proses biologi. Adalah dijangkakan bahawa penemuan ini juga boleh membantu untuk meningkatkan pemahaman tentang pencegahan penyakit. Selain itu, kajian gen ini mungkin memudahkan reka bentuk kaedah unik yang boleh membantu dalam menentukan pelbagai protein virulensi yang terdapat dalam patogen bakteria. Penemuan kami membawa kami membuat hipotesis bahawa sekatan semasa proses evolusi telah memainkan peranan penting dalam membentuk penemuan kami. Hasil daripada batasan ini, kami dapat mengenal pasti beberapa sempadan berangka apabila kami menggabungkan ciri-ciri seperti panjang protein kepada kompleks yang rumit. Ciri unik protein adalah menarik kerana ia mungkin memberikan petunjuk tekanan luar biasa atau pelarasan homeostatik yang telah membolehkan kehadirannya dalam sel. Oleh itu, mereka adalah pilihan yang menjanjikan untuk penyelidikan lanjut.

Sumbangan Pengarang:

Pengkonsepan, HIA dan JC; metodologi, HIA, MAK, FAK, SI, RWA dan NSP; perisian, HIA, WN, NSP, RWA dan SI; pengesahan, MAK, JC, FAK dan HIA; analisis formal, HIA, MAK, FAK, SI, RWA dan NSP; penyiasatan, HIA, MAK, FAK, SI, RWA dan NSP; sumber, HIA, MAK dan JC; penyusunan data, HIA, MAK, FAK, SI, RWA dan WN; penulisan—penyediaan draf asal, HIA; menulis—menyemak dan menyunting, HIA, SI, RWA, WN dan NSP; visualisasi, JC dan MAK; penyeliaan, MAK, FAK, NSP, dan WN Semua pengarang telah membaca dan bersetuju dengan versi manuskrip yang diterbitkan.

Pembiayaan:

Penyelidikan ini tidak menerima pembiayaan luar.

Penyata Lembaga Semakan Institusi:

Tidak berkaitan.

Kenyataan Persetujuan Termaklum:

Tidak berkaitan.

Penyata Ketersediaan Data:

Semua data yang berkaitan dengan artikel ini hendaklah tersedia secara terbuka kepada pembaca.

Penghargaan:

Kajian ini disokong oleh Projek Khas Kewangan Wilayah Guangdong 2022 untuk Pembinaan Perhutanan Ekologi.

Konflik Kepentingan:

Penulis mengisytiharkan tiada konflik kepentingan.

Rujukan

1. Li, J.; Xu, P.; Wang, L.; Feng, M.; Chen, D.; Yu, X.; Lu, Y. Biologi molekul BPIFB1 dan kemajuannya dalam penyakit. Ann. Terjemahan Med. 2020, 8, 651. [CrossRef] [PubMed] 2. Saferali, A.; Tang, AC; Strug, LJ; Quon, BS; Zlosnik, J.; Sandford, AJ; Turvey, SE Fungsi imunomodulator gen pengubah fibrosis sista BPIFA1. PLoS ONE 2020, 15, e0227067. [CrossRef] [PubMed]

3. Nam, B.-H.; Bulan, J.-Y.; Park, E.-H.; Kim, Y.-O.; Kim, D.-G.; Kong, HJ; Kim, W.-J.; Jee, YJ; An, CM; Taman, NG; et al. Aktiviti Antimikrob Peptida Diperolehi daripada Olive Flounder Lipopolysaccharide Binding Protein/Bactericidal PermeabilityIncreasing Protein (LBP/BPI). Dadah Mac 2014, 12, 5240–5257. [CrossRef] [PubMed]

4. Kirschning, CJ; Au-Young, J.; Lamping, N.; Reuter, D.; Pfeil, D.; Seilhamer, JJ; Schumann, RR Organisasi serupa bagi gen protein pengikat lipopolysaccharide (LBP) dan protein pemindahan fosfolipid (PLTP) mencadangkan keluarga gen biasa protein pengikat lipid. Genomics 1997, 46, 416–425. [CrossRef] [PubMed]

5. Balakrishnan, A.; Marathe, SA; Joglekar, M.; Chakraborty, D. Protein bakteria/peningkatan kebolehtelapan: Protein pelbagai rupa dengan fungsi di luar peneutralan LPS. Immun bawaan. 2012, 19, 339–347. [CrossRef]

6. Wright, SD; Ramos, RA; Tobias, PS; Ulevitch, RJ; Mathison, JC CD14, reseptor untuk kompleks lipopolysaccharide (LPS) dan protein pengikat LPS. Sains 1990, 249, 1431–1433. [CrossRef]

7. Shao, Y.; Li, C.; Che, Z.; Zhang, P.; Zhang, W.; Duan, X.; Li, Y. Pengklonan dan pencirian dua gen protein pengikat lipopolysaccharide / kebolehtelapan bakteria-peningkatan protein (LBP/BPI) gen daripada gamat Apostichopus japonicas dengan fungsi yang pelbagai dalam memodulasi pengeluaran ROS. Dev. Komp. Immunol. 2015, 52, 88–97. [CrossRef]

8. Schaefer, N.; Li, X.; Seibold, MA; Jarjour, NN; Denlinger, LC; Castro, M.; Coverstone, AM; Teague, WG; Boomer, J.; Bleecker, ER Kesan variasi genetik BPIFA1/SPLUNC1 pada ekspresi dan fungsinya dalam epitelium saluran pernafasan asma. JCI Insight 2019, 4, e127237. [CrossRef]

9. Britto, CJ; Cohn, L. Bakteria/kebolehtelapan-meningkatkan lipatan protein yang mengandungi ahli keluarga A1 dalam perlindungan perumah saluran pernafasan dan penyakit pernafasan. Am. J. Respirator. Sel Mol. biol. 2015, 52, 525–534. [CrossRef]

10. Musa, M.; Wilson, K.; Matahari, L.; Mulay, A.; Bingle, L.; Marriott, HM; LeClair, EE; Bingle, CD Penyetempatan pembezaan BPIFA1 (SPLUNC1) dan BPIFB1 (LPLUNC1) dalam rongga hidung dan mulut tikus. Res Tisu Sel. 2012, 350, 455–464. [CrossRef]

11. Tsou, Y.-A.; Tung, M.-C.; Alexander, KA; Chang, W.-D.; Tsai, M.-H.; Chen, H.-L.; Chen, C.-M. Peranan BPIFA1 dalam jangkitan mikrob saluran pernafasan atas dan penyakit yang berkaitan. BioMed Res. Int. 2018, 2018, 2021890. [CrossRef] [PubMed]

12. Caikauskaite, R. Interaksi BPIFA1 dengan Bakteria dan Kepentingannya untuk Pertahanan Hos Salur Udara. Ph.D. Tesis, Universiti Sheffield, Sheffield, UK, 2018.

For more information:1950477648nn@gmail.com