《Mutation Research - Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis》：Computational analysis of functional, structural and pathogenic impacts of missense SNPs in the human SOCS3 gene
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本研究通过整合SIFT、PolyPhen-2等多工具分析SOCS3基因8个错义SNP，发现E98V、H126Y、A223S等突变可能破坏蛋白结构及功能，影响JAK/STAT信号通路调控，提示其与癌症易感性相关，为后续实验验证提供候选标志物。
Raviteja Reddy Alipeddi | Durga Neeharika Rani | Pallavi Sampanmudumby | Surekha Rani Hanumanth
印度特伦甘纳邦海得拉巴奥斯曼尼亚大学科学学院遗传学系，邮编500007
摘要
细胞因子信号抑制蛋白3（SOCS3）是细胞因子介导的信号通路中的关键负调节因子，其基因变异与多种多因素疾病（MFDs）的发病机制有关。本研究通过全面的计算机模拟（insilico）分析，评估了从NCBI dbSNP数据库中检索到的8个错义单核苷酸多态性（SNPs）（rs37610117、rs111889212、rs1061489、rs376015024、rs17849241、rs201763454、rs200504273、rs150709546）的功能和结构影响。使用SIFT、PolyPhen-2、PHD-SNP、PANTHER和SNP&GO等工具进行的功能预测，发现了多个可能具有有害效应的变异体，其中rs201763454（L156F）被显著预测为会损害蛋白质功能。ConSurf保守性分析显示，关键残基H126Y和A223S具有高度保守性，表明其功能重要性。基于同源性的结构建模（Phyre2）显示SNPs导致二级结构发生变化，而稳定性和灵活性评估表明多个变异体会降低蛋白质稳定性。结构定位确认高风险SNPs位于SOCS3的关键功能域内。CScape癌症易感性预测显示E98V和A223S为致癌SNPs。进一步使用cBioPortal和CanSAR Black的分析证实了E98V及其他变异体（S26N、F136L、A223S）与多种癌症的关联，突显了它们的潜在临床意义。蛋白质-蛋白质相互作用分析（STRING、GeneMANIA）进一步强调了这些变异体的生物学相关性。总体而言，本研究识别出可能调节SOCS3蛋白功能并参与多因素疾病发病机制的关键SNPs。这些发现表明，SOCS3的错义SNPs，尤其是E98V、H126Y和A223S，可作为癌症易感性的候选生物标志物，需要进一步的实验验证。
引言
细胞因子信号在许多生理和病理过程中起着关键作用，特别是在免疫调节、炎症和细胞增殖方面。细胞因子信号抑制蛋白3（SOCS3）是通过Janus激酶/信号转导子和转录激活因子（JAK/STAT）通路调控细胞因子信号的关键负调节因子。人类SOCS3是一种由225个氨基酸组成的蛋白质，具有明确的结构域，这些结构域对其在细胞因子信号传导中的调节功能至关重要。根据UniProt（O14543）的描述，SOCS3包含一个N端激酶抑制区（KIR，残基约1–29）、一个中央的SH2结构域（含ESS亚结构域，残基约30–185）以及一个C端的SOCS结构域（残基约186–225）。已有SOCS3多个区域的实验结构数据，包括与磷酸肽结合的SH2结构域（PDB ID：2HMH、2BBU）以及与JAK2复合物的结构（PDB ID：4GL9），这些数据有助于理解其结合特异性和抑制机制。尽管SOCS结构域本身尚未被单独解析，但已知它通过与Elongin B/C和Cullin5的相互作用来招募E3 ligase [1]、[2]。通过调节细胞因子信号，SOCS3维持免疫稳态，防止过度炎症反应，从而参与造血、代谢过程和神经功能的调控 [3]、[4]。SOCS3的失调与多种多因素疾病（MFDs）有关，如自身免疫性疾病、代谢综合征和癌症 [5]。
SOCS3基因中的单核苷酸多态性（SNPs）可能导致氨基酸替换，从而影响蛋白质的稳定性、灵活性和功能，进而改变其调节能力。计算生物学的最新进展使得能够进行高通量的计算机模拟分析，以预测错义SNPs对蛋白质结构和功能的影响 [6]。这些生物信息学方法整合了多种预测工具，评估SNPs的致病性、保守性、结构稳定性和蛋白质-蛋白质相互作用，为疾病易感性提供了宝贵的见解 [7]、[8]。
在本研究中，我们对从NCBI dbSNP数据库中检索到的SOCS3中的错义SNPs进行了全面的计算机模拟分析，以评估其功能和结构影响。结合基于序列和基于结构的预测工具，我们评估了这些变异体的潜在致病性、保守性、稳定性和灵活性变化。使用SIFT、PolyPhen-2、PHD-SNP、PANTHER和SNP&GO等工具评估了功能影响，而ConSurf和NetSurfP-2.0则用于表面可及性和保守性分析。使用I-Mutant2.0、MUpro和MEDUSA评估了SNPs的结构和稳定性效应，HOPE、Mutation3D和Phyre2用于三维建模和结构影响预测。为了评估致癌潜力和癌症关联，还应用了CScape、CanSAR.ai和cBioPortal。此外，GeneMANIA和STRING数据库用于蛋白质-蛋白质相互作用网络分析。这种综合的生物信息学方法为SOCS3 SNPs在疾病发病机制中的可能作用提供了宝贵的见解，为进一步的实验验证奠定了基础。
我们的研究结果突出了可能调节SOCS3蛋白功能并参与多因素疾病发病机制的关键SNPs。这些位于SOCS3功能域内的高风险SNPs强调了它们在疾病机制中的潜在作用。通过整合多种生物信息学工具，本研究提供了一种系统的方法来优先识别具有临床意义的SNPs，这些SNPs可作为进一步实验验证和治疗的候选生物标志物。鉴于SOCS3在细胞因子信号传导中的核心作用及其在多种疾病中的失调情况，本研究旨在使用综合计算方法系统地表征SOCS3中错义SNPs的潜在功能和致病效应。
材料与方法
本研究中的计算机模拟（insilico）分析示意图见图1。
SNPs的检索与选择
从NCBI dbSNP数据库中检索了SOCS3基因的SNPs，共鉴定出143个错义变异体，并收集了它们的信息以进行进一步的计算机模拟分析。
使用SIFT预测有害和可耐受的SNPs
使用SIFT算法分析了检索到的SNPs。在检索到的SNPs中，有8个错义SNPs（rs376101172、rs111889212、rs1061489、rs376015024、rs17849241、rs201763454、rs200504273、rs150709546），其中rs201763454（L156F）的致病性评分为0.037，表明其具有有害效应。
讨论
这项全面的计算机模拟分析旨在探讨SOCS3基因中错义SNPs的潜在结构和功能影响。SOCS3是JAK/STAT信号通路的关键负调节因子，在多种组织中被认为是肿瘤抑制基因 [28]、[29]。在本次计算机模拟研究中，从NCBI dbSNP数据库中初步检索到143个错义变异体；其中8个罕见或低频错义SNPs根据以下标准被优先考虑。
结论
这项多层次的计算机模拟分析表明，部分自然发生的SOCS3错义变异体会破坏SH2结构域或SOCS结构域，减弱对JAK/STAT信号的负反馈，可能增加癌症风险。特别是H126Y、E98V和A223S应作为生化研究和功能研究的重点，作为细胞因子驱动的恶性肿瘤的潜在生物标志物或治疗靶点。
CRediT作者贡献声明
Durga Neeharika Rani： 方法学、正式分析。
Pallavi Sampanmudumby： 验证、方法学。
Alipeddi Raviteja Reddy： 写作 - 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、方法学、数据管理、概念构建。
Surekha Rani Hanumanth： 写作 - 审稿与编辑、初稿撰写、监督、资源获取、方法学、概念构建。
资助信息
印度科学技术部科学技术部门。（DST/INSPIRE奖学金/[IF190644]）
印度科学技术部生物技术部门。（BT/INF/22/SP41415/2021）
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
