p53 蛋白的多序列对比与系统发育树构建.pdf

P53 蛋白的多序列对比与系统发育树构建 朱旭军 生物工程 2012207547 p53 基因是一种抑癌基因，在美国国立生物医学信息中心的生物医学文献数 据库中，有关它的研究文献已经超过了 50000 篇。P53 基因定位于人类染色体 17p13.1，编码 393 个氨基酸组成的 53kD 的核内磷酸化蛋白，故而被称为 p53 蛋白。p53 基因是细胞生长周期中的负调节因子，与细胞周期的调控、DNA 修复、 细胞分化、细胞凋亡等重要的生物学功能有关。在人类基因组所包含的数万条基 因中，它是研究得最为透彻的一个。在已经进入临床试验的抗肿瘤基因治疗药物 中，超过40 个都选择了以它为靶点。p53 基因的突变(缺失)是人类肿瘤的常见 事件，其与肿瘤的发生、发展有关。一般认为p53 过表达与肿瘤的转移、复发及 不良预后相关。[1] 全世界各国科学家对 P53 蛋白的研究热情一直持续并有增无减。2012 年 6 [2] 月15 日的Science 杂志报道 ，p53 蛋白对刺激反应的不同动力学可导致不同的 细胞命运。细胞传递信息的分子信号通路常显示出复杂的动力学模式。肿瘤抑制 因子p53 的动力学行为就可随刺激的不同而变化。在面对DNA 双链的断裂时，它 的反应表现为一系列重复的脉冲式变化。利用一个计算机模型，研究者确定了一 套精确定时的给药方案，可以将脉冲式p53 反应变为持续性p53 反应。这导致一 系列不同的下游基因的表达，并且改变细胞命运。经历脉冲式p53 反应的细胞可 从DNA 损伤中恢复，而经历持续性p53 反应的细胞则往往发生细胞衰老。研究结 果显示，蛋白反应动力学是信号通路的重要部分，直接影响着细胞命运的决定。 [3] 而2012 年6 月8 日cell 上的一篇文章指出 ，作为重要的肿瘤抑制蛋白，p53 蛋白的主要作用方式并不是通常认为的诱导细胞周期阻滞，细胞凋亡或衰老时的 压力，该文章证明，以上三个方式在p53 的抑癌作用中作用甚微。 多序列对比是将两条以上核酸或氨基酸序列进行多重比对以反映其进化关 系及结构特征的数据分析方法。多序列比对一般通过3 个步骤完成：（1）两两进 行双重比对；（2）生成系统树图，将序列按相似性大致地分组；（3）使用系统树 图作为引导，产生出最终的多序列比对结果。CLUSTAL 是一种渐进的多序列比对 [4] 方法 ，不但可以进行蛋白质与核酸多序列比较，分析不同序列之间的相似性关 系，还可以用于绘制系统发育树。 在生物学中，“系统发育树”又称为“系统树”、“系谱树”，用来表示物种之 间的进化关系。生物分类学家和进化论者根据各类生物间的亲缘关系的远近，把 各类生物安置在有分枝的树状的图表上，简明地表示生物的进化历程和亲缘关系。 根据蛋白质的序列或结构差异关系可构建分子系统发育树(evolutionary tree) 或种系发生树(phylogenetic tree) 。系统发育树给出分支层次或拓扑图形，它是产 生新的基因复制或享有共同祖先的生物体的歧异点的一种反映，树枝的长度反映 当这些事件发生时就存在的蛋白质与现在的蛋白质之间的进化距离。根据系统发 育树不仅可以研究从单细胞有机体到多细胞有机体的生物进化过程，而且可以粗 略估计现存的各类种属生物的分歧时间。通过蛋白质的分子系统发育树分析，为 从分子水平研究物种进化提供了新的手段，可以比较精确的确定某物种的进化地 位。对于物种分类问题，蛋白质的分子系统发育树亦可作为一个重要的依据。[5] 系统发育树构建首先是方法的选择。基干距离的方法有 UPGMA 、ME ( minimum evoluion，最小进化法) 和NJ (neighbor-joining ，邻接法)等。其他的几 种方法包括MP (maximum parsimony，最大简约法) 、ML (maximum likelihood ， 最大似然法) 以及贝叶斯(Bayesian) 推断等方法。其中UPGMA 法已经较少使用。 一般来讲，如果模型合适，ML 的效果较好。对近缘序列，有人喜欢MP ，因为 用的假设最少。MP 一般不用在远缘序列上，这时一般用NJ 或ML 。对相似度 很低的序列，NJ 往往出现长枝吸引现象(long-bra