CYP2U1蛋白功能SNPs的计算机模拟计算及其在遗传性痉挛性截瘫中的作用

医学信息学解锁24（2021）100610导致遗传性痉挛性截瘫的CYP2U1蛋白功能SNPs的计算机模拟计算Ammara Akhtar*，Sobia Nazir Ch，Mureed Hussain管理与技术大学生命科学系，拉合尔，54770，巴基斯坦A R T I C L EI N FO保留字：遗传性痉挛性截瘫CYP2U1SPG56错 义 变体SNPA B S T R A C T遗传性痉挛性截瘫是一种遗传异质性的神经系统疾病，主要特征是下肢区域的痉挛状态。痉挛性截瘫56（SPG56）导致遗传性痉挛性截瘫的常染色体隐性形式。随着时间的推移，人们进行了许多尝试，以发现基因组中的异质性，以确定遗传疾病的主要携带者。在这项工作中，使用计算工具来鉴定SPG56（痉挛性截瘫56）的致病性错义变体，其基本上可以引起HSP。使用各种计算机工具进行变异分析。从gnomAD中检索到包含428个变体的变体列表，该列表随后经过了几个阶段的严格分析。此外，交叉检查数据以最终确定SPG56的高致病性错义变体。因此，获得了12个错义变异体，预测其对CYP2U1的结构和功能特征诱导高度破坏性作用。1. 介绍痉挛性截瘫56引起一种复杂的遗传性痉挛性截瘫。该基因编码一种高度保守的CYP蛋白，“CYP 2U 1“，其参与花生四烯酸和其他脂肪酸如二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸通过氢化-还原过程的生物转化。化作用。该蛋白作为局部介质，在信号转导中具有重要作用。细胞色素蛋白部分位于线粒体中，在那里它主要在几种受体的帮助下调节线粒体功能。有几份报告称，这种蛋白质在正常神经元功能中起着不可或缺的作用;因此，突变可显著导致患者的髓鞘形成延迟。许多研究已经预测线粒体功能和髓鞘形成过程之间有很强的联系[12]。[12]报道了5个家系11例SPG-56型复杂性遗传性痉挛性截瘫。这些患者表现出轻度的下肢痉挛症状，而其中3人确实表现出症状智力残疾[7]。报道了两个新的突变（c.631C> T和c.1057G> A）在患有遗传性痉挛症的患者中的CYP2U1 截瘫 在 的伊朗 人口 通过全外显子组测序另一项研究[9]报告了一例6岁女孩的SPG 56个体病例，该女孩明显表现出轻度精神发育迟滞和遗传性痉挛性截瘫的早期症状在遗传流行病学中，识别可能导致疾病的基因变体至关重要。SNPs可以作为一种有效的遗传标记，用于分析广泛的遗传性状及其引起的并发症。CYP2U1中存在的许多SNPs在引起遗传性痉挛性截瘫的潜力方面仍不明确。为了可能预测SNP的破坏性影响，有许多采用基于预测的技术的计算机工具可用。这些工具是在科学和文献数据库中提供的大量数据（与测序，结构特性，保护属性，功能特征和理化特性相关）的帮助下精心设计的。所有可用的信息都与计算机语言相结合，以做出真实的预测[5，6]。这项计算机模拟研究主要用于确定引起复杂形式遗传性痉挛的CYP2U1新突变。截瘫缩略语：SPG 56，痉挛性截瘫56; CADD，联合注释依赖性耗竭; CYP 2U 1，细胞色素P450家族2亚家族U成员1;HSP，遗传性痉挛性截瘫; UMD-预测器，通用突变数据库; PROVEAN，蛋白质变异效应分析仪; VDW，范德华。* 通讯作者。电子邮件地址：ammaraakhtar3@gmail.com（A.Akhtar），sobianazirch63@gmail.com（S.N.Ch），Mureed. umt.edu.pk（M. Hussain）。https://doi.org/10.1016/j.imu.2021.100610接收日期：2021年1月25日;接收日期：2021年5月19日;接受日期：2021年5月19日2021年5月28日网上发售2352-9148/© 2021由Elsevier Ltd.发布这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表医学信息学期刊主页：www.elsevier.com/locate/imuA. Akhtar等人医学信息学解锁24（2021）1006102≥Fig. 1. CYP2U1三维结构模型。2. 方法2.1. 数据集CYP2U1（SPG56）变异分析的数据来自表1在 线 数 据 库 gnomAD （ https://gnomad.broadinstitute.org ） 。 在 从gnomAD检索数据的过程中，应用了许多过滤器，主要包括功能丢失（lof）和错义（非同义词）。变异视图用于检索100个致病性突变及其等位基因频率，这些等位基因频率主要具有PO-C基因。可能导致常染色体隐性遗传性痉挛性截瘫。将“等位基因频率0.002“的阈值<设定用于变异分析。具有以下等位基因频率值的变体0.002进一步选择用于分析。CYP2U1的蛋白质ID“NM_0011422962.2. CADDCADD（组合注释依赖性耗尽）是一个基于网络的工具，由60多个注释组成。该工具提供了变异的详细分析以及C评分值。 C-score也被称为“Phred score”, that generally predicts the probability of a variant对蛋白质产生或高或低的有害作用[11]。将变体列表上传到CADD，并生成结果。此外，对CADD文件应用C评分过滤器（15），并对剩余变体进行进一步分析。2.3. 有害的错义变体预测从CADD（组合注释依赖性耗尽）分析获得的错义变体在一个实施例中进一步仔细分析通过生物信息学工具预测有害的nsSNPs缩略语：D（有害）、Dis（疾病）、P（致病）、Pre（预测）、S（评分）。&去表2稳定性预测。Chr POS REF ALT置换i-Mutant 2.0 DDGMUpro Conf.评分稳定4 108868537 G A p.Val378Phe降低-1.24降低-1降低4 108866155 T G p.Trp174Gly降低-2.3降低-1降低4 108853142 G C p.Gly115Arg减少-1.37减少-0.0351减少4 108870556 T C p.Trp447Arg减少-1.05减少-0.85减少4 108866353 C T p.Arg240Cys降低-0.83降低-0.1384降低4 108866191 C T p.Arg186Cys降低-0.74降低-0.9198降低4 108870631 G A p.Gly472Arg降低-0.49降低-0.0303降低4 108866146 G T p.Gly171Cys减少-1.25减少-0.7621减少4 108871406 C T p.Arg488Trp* 下降-0.04下降-0.0961下降4 108866474 C G p.Pro280Arg减少-0.61减少-0.4346减少4 108866390 T G p.Leu252Arg减少null减少-1减少4 108866452 T C p.Cys273Arg减少-0.36减少-0.777减少ChrPOSR一取代SNPPHD-SNPgPROVEAN预测SNP2预SPre SPre SPre S4108866191C不p.Arg186CysDis0.612P 0.966D-7.59D 14108866474CGp.Pro280ArgDis0.617P 0.991D-6.56D 14108870572一不p.Asp452ValDis0.619P 0.989D-7.84D 14108868537G一p.Val378PheDis0.634P 0.936D-4.57D 14108866155不Gp.Trp174GlyDis0.662P 0.998D-11.96D 14108871407G不p.Arg488LeuDis0.668P 0.983D-6.03D 14108870556不Cp.Trp447ArgDis0.669P 0.995D-8.18D 14108866200GCp.Gly189ArgDis0.674P 0.996D-7.64D 14108871406C不p.Arg488TrpDis0.702P 0.978D-6.9D 14108868610一Gp.Tyr402CysDis0.711P 0.924D-8.19D 14108870515G一p.Gly433GluDis0.727P 0.992D-7.22D 14108870632G不p.Gly472ValDis0.754P 0.994D-8.23D 14108870631G一p.Gly472ArgDis0.768P 0.985D-7.37D 14108866390不Gp.Cys273ArgDis0.769P 0.927D-4.56D 14108866206G一p.Gly191ArgDis0.778P 0.994D-7.66D 14108866452不Cp.Cys273ArgDis0.784P 0.972D-4.03D 14108866146G不p.Gly171CysDis0.788P 0.998D-8.22D 14108866353C不p.Arg240CysDis0.805P 0.933D-7.75D 14108866591一不p.Asp319ValDis0.813P 0.994D-8.52D 14108853142GCp.Gly115ArgDis0.824P 0.975D-6.65D 1UMDPhred预SP9632P10027.4P9629.8P8126.4P9327.8P9333P9623.4P9929.7P10032P9026.3P9931P8129.9P9632P10024.7P9930P10024.4P10028.8P9633P9628.6P9332A. Akhtar等人医学信息学解锁24（2021）1006103图二. 从染色体（SNV）到蛋白质水平（氨基酸取代）的突变列表。该基因在染色体上的位置为4q25。SPG 56仅由一个结构域（60-544）组成。图3.第三章。 通过UCSF-嵌合体进行冲突/接触预测。A. Akhtar等人医学信息学解锁24（2021）1006104=≥==-不含-≥≥≥≥表3Consurf预测。Chr Pos Ref Alt AAS Conservation预测表4MutPred结果。Chr Pos替代效应评分4 108868537 G A Val378 9高度4 108868537页Val378Phe改变金属结合（8.7e-03）保护和暴露（f）4 108866155 p.Trp174Gly W174处变构位点的丢失（9.6e-04）内在障碍增加（0.04）各种计算机工具（及其预测标准）如下：1. PhD-SNPg0.5致病性（http://snps.biofold.org/phd-snpg/index.html）[2]。2. SNP GO> 0.5疾病（http://snps.biofold.org/snps-and-go/snps-and-go.html）4 108871406页Arg488Trp4 108866474p.Pro280Arg4 108866390页Q176处吡咯烷酮羧酸的增加E493处的催化位点损失（1.8e-03）K487处的变构位点损失（0.02）K487处的乙酰化损失（0.03）HELIX增加（7.4e-03）改变有序界面（0.03）改变DNA结合（0.03）3. PROVEAN（>-2.5中性，<-2.5致病性）（http：//provean.jcvi.org/index.php）[4]。4. UMD-预测因子（50分表示多态性，相对溶剂可及性损失（4.1e-Leu252Arg 03）改变的跨膜蛋白（4.1e-04）改变的稳定性（0.04）50 ~ 64分表示可能的多态性，65-74分（http://umd-predictor.eu）。5. PredictSNP2，它以一系列颜色的形式呈现输出，红色表现出强烈的色彩感（https://loschmidt.chemi.muni.4 108866452页Cys273Arg表5改变有序界面（0.02）cz/predictsnp2/）。2.4. 稳定性分析分析变体改变蛋白质稳定性的潜力。进一步选择先前预测通过所有五种工具共同表现出有害影响的变体。用于选择变体的严格标准如下：PHD-SNPg 0.9，PROVEAN 4.00，Predict-SNP 2 0.8，SNP 2 0.6，UMD-0.10。80. baby baby通过使用生物信息学工具I-Stable [3]对所选变体进行稳定性分析。通过Mutpred研究了突变对CYP2U1结构和功能特性的影响。基于kd疏水性标度的疏水性分析结果。4108866155不GTrp1749高度保守的并且改变的有序界面（0.04）改变的DNA结合（6.1e-03）埋藏的（s）改变的无序界面（0.05）4108853142GCGly1159高度改变金属结合（0.05）保守的并且改变的跨膜蛋白（0.04）暴露（f）Q176处吡咯烷酮甲酸的损失4108870556不CTrp4476高度（0.03）保守的并且4108853142p.Gly115Arg改变有序界面（1.7e-03）4108866353C不Arg2409暴露（f）高度4108870556p.Trp447Arg改变有序界面（0.01）股线损失（0.04）保守的并且W447处变构位点丢失（0.01）暴露（f）改变金属结合（0.02）4108866191C不Arg1869高度改变的跨膜蛋白（0.02）保守的并且4108866353p.R240处变构位点丢失（5.4e-05）4108870631G一Gly4729暴露（f）高度Arg240Cys改变有序界面（8.6e-04）相对溶剂可及性损失（0.04）保守的并且改变金属结合（0.04）暴露（f）改变的跨膜蛋白（0.04）4108866146G不Gly1718高度Y243处的硫酸化增益（0.01）保守的并且4108866191p.R186处的变构位点丢失（5.3e-04）暴露（f）Arg186半胱氨酸改变有序界面（0.01）4108871406C不Arg4889高度改变的DNA结合（0.02）保守的并且改变金属结合（0.03）4108866474CGPro2808暴露（f）高度4108870631p.Gly472Arg相对溶剂可及性损失（1.3e-03）保守的并且改变金属结合（6.0e-03）暴露（f）改变有序界面（0.05）4108866390不GLeu2526高度改变无序界面（0.04）保守的并且K476处的甲基化丢失（0.02）暴露（f）4108866146p.Gly171Cys改变有序界面（8.6e-03）4108866452不CCys2736高度W174处变构位点丢失（8.4e-03）保守的并且改变的DNA结合（0.02）暴露（f）改变金属结合（0.04）改变的跨膜蛋白（0.04）ChrPOSRefAltAAS疏水度值野生变种人4108868537G一p.Val378Phe 4.2 2.84108866155不Gp.Trp174Gly-0.9-0.44108853142GCp.Gly115Arg-0.4-4.54108870556不Cp.Trp447Arg-0.9-4.54108866353C不p.Arg240Cys 2.5 - 1.34108866191C不p.Arg186Cys-4.5 2.54108870631G一p.Gly472Arg-0.4-4.54108866146G不p.Gly171Cys-0.4 2.54108871406C不p.Arg488Trp-4.5-0.94108866474CGp.Pro280Arg-1.6-4.54108866390不Gp.Leu252Arg 3.8 - 4.54108866452不Cp.Cys273Arg 2.5 - 4.5A. Akhtar等人医学信息学解锁24（2021）1006105≥2.5. CYP2U1建模见图4。 AAS通过嵌合体的疏水性分析的可视化。频率滤波器，得到418个变量，然后提交到CADD在线工具。经过CADD分析，共发现202个错误I-TASSER用于构建蛋白质的三维结构。构建蛋白质的结构是为了详细分析突变对蛋白质结构的影响。氨基酸取代有可能破坏蛋白质的正常活性。I-TASSER基于置信水平和RMSD得分以蛋白质的五个最佳模型的形式提供结果。根据RMSD（均方根偏差）和C-评分值初步选择具有高置信水平的结构。评分值可预测通过计算机工具构建的蛋白质结构的准确性和质量[13]。该结构在UCSF-嵌合体中可视化2.6. nsSNPs保守性预测ConSurf是一个用于保护分析的在线计算机工具。该工具预测氨基酸的保守状态以及得分。该工具预测氨基酸是功能性的或结构性的，被隐藏或暴露。功能性氨基酸高度保守，取代或改变可能最终对蛋白质的正常功能造成严重风险[1]。2.7. 冲突和接触通过UCSF-嵌合体进行冲突/接触分析。 通过分析观察改变的残基与其相邻氨基酸残基的相互作用，研究突变的影响。根据VDW半径进行预测。这些相互作用可能不利于蛋白质的正常功能，这意味着不利的相互作用有可能显著破坏结构[10]。3. 结果和讨论3.1. I-TASSER法预测CYP 2U 1的三维结构通过计算机模拟工具I-TASSER构建CYP 2U 1蛋白质结构。基于RMSD和C-评分值，得到了5种蛋白质结构模型.第一个模型被选为蛋白质进一步分析（图1）。对于SPG 56，C评分=-0.50，TM评分估计值=0.65± 0.13，RMSD估计值=8.6± 4.5 mmHg [13]。3.2. nsSNPs分析从gnomAD中共检索到428个变体先在脸上涂抹在应用过滤器（15）之后获得变体。通过在用于SNP分析的五种公知的生物信息学工具中进一步分析202个变体，并且仅选择被所有工具预测为有害的那些变体，获得53个变体。这53种变异体在引起遗传性痉挛性截瘫方面被认为是高度有害的。3.3. 通过I-Stable分析了53种变体改变蛋白质稳定性的潜力。在基于它们的评分对每个工具应用截止值之后，获得了20种变体，其基本上可以被认为是高度有害的或致病的（表1）。 此外，这20个变量-在I-Stable工具中进一步分析了变量。应用“减少“过滤器，并且总共12个nsSNP变体具有减少的潜力。获得了CYP2U 1 结构稳定性（表2，图3）。 2）的情况。3.4. 冲突和接触在12个nsSNP中，7个氨基酸取代表现出与相邻氨基酸残基产生不利相互作用的潜力，从而表明它们破坏结构的能力（图1B）。 3）。氨基酸取代与邻近的残基接触。这些接触可能会产生不利的相互作用。3.5. 通过计算机模拟工具ConSurf的氨基酸保守性特征此外，ConSurf被用来研究12个变异的保守性状况。所有的氨基酸被预测为功能性的和高度保守的。174位的一个氨基酸被隐藏和保守，表明其在CYP2U1结构确认中的作用。从8到9的高保守性评分预测这些氨基酸可能在蛋白质的正常功能中发挥关键作用，因此任何改变都会对CYP2U1的正常功能产生不利影响（表3）。3.6. MutPred预测nsSNPs对CYP2U1在Mutpred中分析了12种错义变体，以确定取代对CYP2U1正常功能或结构的影响。穆普雷德预测了可能的变化以及可能性A. Akhtar等人医学信息学解锁24（2021）1006106每个氨基酸取代的值。该表显示这些突变将改变结合特性或诱导蛋白质中的某种功能丧失（表4）。3.7. CYP2U1的疏水性分析通过Chimera进行疏水性分析在疏水性分析期间，根据kd疏水性量表[8]为每种氨基酸分配一个值。根据氨基酸残基的性质（亲水性或疏水性）对氨基酸残基赋予颜色（蓝色表示最亲水的氨基酸残基，白色表示中性，而橙红色表示最疏水的氨基酸残基）。根据亲水性量表的值表示亲水性值的增加表明氨基酸是疏水性的，反之亦然（表5，图4）。由于突变，如果亲水性氨基酸被疏水性氨基酸取代，则其可改变蛋白质的结构性质在图4中，突变导致精氨酸（Arg）被半胱氨酸（Cys）替换，半胱氨酸通常显示疏水性质。这些突变可能是非常有害的，因为它们可以显著破坏蛋白质的正常结构。4. 结论CYP2U1蛋白导致遗传性痉挛性截瘫的常染色体隐性形式。在这项研究中，SNPs相关的蛋白质进行了分析，通过使用各种生物信息学工具的基础上严格的标准。对12个nsSNPs的综合分析预测了它们对CYP2U1活性的潜在不利影响。该研究主要预测了突变对CYP2U1结构和功能特性的详细影响。此外，本研究中预测的SNPs可用于未来进一步的实验分析或临床试验，以研究这些突变对遗传性痉挛性截瘫发展的影响。竞合利益一个也没有。确认一个也没有。引用[1] 别列津角ConSeq：识别蛋白质序列中功能和结构上重要的残基。生物信息学2004;20（8）：1322-4.[2] CapriottiE，Fariselli P.PhD-SNPg：一个用于评分的Web服务器和轻量级工具单核苷酸变体。 核酸研究2017;45（W1）：W247-52。[3] 陈朝文iStable：用于预测蛋白质稳定性变化的现成预测器集成。在：BMC生物信息学。Springer; 2013.[4] 蔡耀，陈AP. 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