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为探究 CYP1A2 基因单核苷酸多态性(SNPs)影响,研究人员开展相关研究,发现 T385A 等突变影响酶功能,对个性化医疗意义重大。
在人体这个复杂的 “小宇宙” 里,基因就像一个个精密的 “小开关”,掌控着各种生命活动。其中,单核苷酸多态性(SNPs)作为基因的微小变化,却可能带来巨大影响。细胞色素 P450 1A2(CYP1A2)是肝脏中参与药物和内源性化合物代谢的关键酶,它的基因一旦出现 SNP,就可能改变酶的活性,进而影响药物疗效,甚至引发毒性反应。然而,目前对于 SNP 在人群中的分布情况以及其对不同人群的风险,人们了解得还不够深入。为了填补这一知识空白,来自伊朗和加拿大的研究人员展开了深入研究,相关成果发表在《Heliyon》杂志上。
研究人员运用了多种技术方法来深入探究 CYP1A2 基因的奥秘。首先,他们从美国国立生物技术信息中心数据库(NCBI)获取了 CYP1A2 基因的完整序列和三维结构,还从其他数据库获得了相关底物的结构。接着,利用 Expasy ProtParam 服务器评估突变对 CYP1A2 理化性质的影响;通过 GarnierOsguthorpe–Robson 方法(GOR4)预测蛋白质的二级结构;从 NCBI 的 dbSNP 数据库筛选 CYP1A2 基因的 SNP,并进行分析。此外,借助 PyMOL 软件生成 CYP1A2 突变体,使用 PROSA-web 等工具验证突变体结构,运用分子动力学模拟(MD)和分子对接技术研究突变对酶结构、稳定性及与底物结合亲和力的影响。
研究结果丰富且具有重要价值。在对 CYP1A2 基因的研究中,研究人员发现了多种类型的突变,包括缺失、插入、倒位和 SNP,且这些突变在基因序列上的出现频率各不相同。经过筛选,确定了 8 个位于酶活性位点腔内的有害错义单核苷酸多态性(nsSNPs),它们导致了 R137W、R108W、T124I、T385A、A317T、I386T、L382W 和 I386F 这 8 种氨基酸的替换,产生了具有不同特征的酶突变模型。
对 CYP1A2 的序列研究表明,该酶由 516 个氨基酸组成,具有特定的分子量、等电点、氨基酸组成和稳定性指数等理化性质。同时,确定了 29 个对 CYP1A2 活性位点腔结构有贡献的氨基酸,它们分布在酶的核心和近端表面,部分氨基酸还与相应配体有直接相互作用。
突变对 CYP1A2 的理化性质和二级结构产生了显著影响。与野生型相比,突变体的分子量、亲水性、脂肪族性、稳定性指数和等电点等参数发生了变化,二级结构也有所改变。例如,R137W、T124I 和 I386T 突变的二级结构与野生型相同,而其他突变则不同;R108W、T385A 和 I386F 突变的延伸链比例最低,A317T 和 L382W 突变的 α - 螺旋比例最低。
功能特征评估显示,不同的突变对 CYP1A2 的功能产生了不同影响。基于 Z 评分、I-Mutant 3.0、PANTHER 和 PhD-SNP 等参数的分析表明,R137W 和 A317T 与野生型相比功能变化最大;除 T124I 外,其他突变体的稳定性更高;R137W、R108W 和 A317T 突变显示出一定的致病性;T124I 和 L382W 可能具有有害影响;根据 PredictSNP 服务器分析,R108W、R137W、A317T 和 L382W 突变被预测为更具危害性,而 T124I、T385A、I386F 和 I386T 突变为中性。
分子动力学模拟结果表明,突变对 CYP1A2 的结构稳定性产生了显著影响。大多数突变体的均方根偏差(RMSD)值高于野生型,表明突变使蛋白质结构不稳定。其中,T385A 突变的平均 RMSD 值最高,达到 0.388nm,是最不稳定的变体;R137W 和 R108W 突变的 RMSD 值最低,稳定性相对较高。均方根波动(RMSF)分析显示,T385A 和 L382W 突变在 N 端区域的波动较大,表明这两个突变体的灵活性较高。此外,所有突变体的分子内氢键数量均少于野生型,结构稳定性降低。
分子对接研究评估了突变对 CYP1A2 与底物结合亲和力的影响。结果显示,多数突变对酶与底物的结合亲和力有积极影响,但也有部分突变降低了结合亲和力。例如,T385A 突变对黄曲霉毒素 B1 的结合亲和力与野生型相同,而对其他一些底物的结合亲和力降低;I386F 突变对多种底物的结合亲和力均降低。同时,研究还发现 T385A 突变对华法林的结合亲和力增加,这可能会影响华法林的代谢,增加毒性风险或延长抗凝效果。
在讨论和结论部分,研究人员指出,SNP 是人类遗传变异的主要原因,对评估个体疾病易感性和进行个性化药物治疗具有重要意义。虽然对 CYP1A2 基因多态性的研究已经取得了一些进展,但该领域仍处于早期阶段。本次研究通过多种计算工具预测了 CYP1A2 基因的多个功能性 nsSNPs,并分析了它们与致病性的可能关联。模拟结果显示,T385A 变体的结构变化最为显著,其 N 端灵活性增加,所有突变体均存在氢键丢失的情况,这些变化影响了蛋白质结构的稳定性、活性位点氨基酸的稳定性以及蛋白质与底物和药物的相互作用。
这项研究不仅有助于设计实验研究,还为深入理解 CYP1A2 及其他细胞色素 P450 的结构 - 功能关系提供了新的视角,为个性化医学和药代遗传学的发展奠定了基础。它可以帮助预测个体对药物的反应,根据基因变异制定更精准的药物治疗方案,从而提高药物治疗的安全性和有效性,对未来的临床实践具有重要的指导意义。
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