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SARS-CoV-2 Nsp8基因及蛋白分子特征探讨

张凌寒 晋乐飞 陈帅印 岳利敏 段广才

张凌寒, 晋乐飞, 陈帅印, 岳利敏, 段广才. SARS-CoV-2 Nsp8基因及蛋白分子特征探讨[J]. 中华疾病控制杂志, 2021, 25(4): 432-438. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.04.012
引用本文: 张凌寒, 晋乐飞, 陈帅印, 岳利敏, 段广才. SARS-CoV-2 Nsp8基因及蛋白分子特征探讨[J]. 中华疾病控制杂志, 2021, 25(4): 432-438. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.04.012
ZHANG Ling-han, JIN Yue-fei, CHEN Shuai-yin, YUE Li-min, DUAN Guang-cai. Investigation on molecular characters of SARS-CoV-2 Nsp8 gene and protein[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2021, 25(4): 432-438. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.04.012
Citation: ZHANG Ling-han, JIN Yue-fei, CHEN Shuai-yin, YUE Li-min, DUAN Guang-cai. Investigation on molecular characters of SARS-CoV-2 Nsp8 gene and protein[J]. CHINESE JOURNAL OF DISEASE CONTROL & PREVENTION, 2021, 25(4): 432-438. doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.04.012

SARS-CoV-2 Nsp8基因及蛋白分子特征探讨

doi: 10.16462/j.cnki.zhjbkz.2021.04.012
基金项目: 

国家科技重大专项 2018ZX10301407

详细信息
    通讯作者:

    段广才,E-mail: gcduan@zzu.edu.cn

  • 中图分类号: R373

Investigation on molecular characters of SARS-CoV-2 Nsp8 gene and protein

Funds: 

Major National Science and Technology Projects 2018ZX10301407

More Information
  • 摘要:   目的  SARS-CoV-2感染不仅引起呼吸系统病变,且可能累及生殖系统及中枢神经系统。本研究探讨SARS-CoV-2 nsp8基因变异、Nsp8蛋白结构与生物学功能及靶向药物,为建立更有效的防控策略奠定基础。  方法  采用生物信息学技术和大型生物数据库,分析nsp8基因变异性、Nsp8理化特征、空间结构、抗原表位、生物功能、药物结合靶点等。  结果  基于3种28株冠状病毒的nsp8序列构建了进化树;SARS-CoV-2毒株间nsp8基因保守性为99%~100%,与SARS遗传距离较MERS近;Nsp8无信号肽及跨膜区;在体外网织红细胞内半衰期为4 h,具有亲水性;获得Nsp8二级和三级结构模型;Nsp8具有线性B细胞和CTL细胞抗原表位、磷酸化及SUMO修饰位点;从DrugBank数据库筛选出可靶向结合Nsp8的四种药物。  结论  Nsp8具有典型抗原分子特征,参与病毒复制,且同种不同株nsp8基因高度保守,在病毒致病机制、分型及防治研究中具有应用潜力。在全球亟需新型冠状病毒肺炎特效防治措施的状况下,靶向结合Nsp8的化疗药物具有重要科学意义和应用价值。
  • 图  1  SARS-CoV-2、SARS及MERS病毒株nsp8基因遗传进化树

    Figure  1.  Genetic evolutionary tree of nsp8 genes of SARS-CoV-2, SARS and MERS isolates

    图  2  Nsp8亲疏水性分析

    Figure  2.  Hydrophilicity/hydrophobicity analysis of Nsp8

    图  3  Nsp8信号肽分析

    Figure  3.  Signal peptide analysis of Nsp8

    图  4  Nsp8跨膜区分析

    Figure  4.  Analysis of Nsp8 transmembrane region

    图  5  Nsp8磷酸化分析

    Figure  5.  Nsp8 phosphorylation analysis

    图  6  Nsp8的SUMOplot分析

    Figure  6.  SUMOplot analysis of Nsp8

    图  7  Nsp8保守结构域预测

    Figure  7.  Prediction of Nsp8 conserved junction

    图  8  Nsp8二级结构预测

    Figure  8.  Secondary structure prediction of Nsp8

    图  9  Nsp8三级结构的SWISS-MODEL分析

    Figure  9.  Analysis of tertiary structure of Nsp8 using SWISS-MODEL

    图  10  Nsp8 B细胞线性抗原表位分析

    Figure  10.  Analysis of B-cell antigenic epitopes of Nsp8

    图  11  基于DrugBank的Nsp8靶向结合药物分子分析

    注:A:4-(Dimethylamino) benzoic acid, C9H11NO2, DB08748;B:S-[5-(TRIFLUOROMETHYL)-4H-1, 2, 4-TRIAZOL-3-YL] 5-(PHENYLETHYNYL) FURAN-2-CARBOTHIOATE, C16H8F3N3O2S, DB07743;C:2-[(2, 4-DICHLORO-5-METHYLPHENYL)SULFONYL]-1, 3 -DINITRO-5- (TRIFLUOROMETHYL) BENZENE, C14H7Cl2F3N2O6S, DB07620; D:NALPHA-[(BENZYLOXY)CARBONYL]-N-[(1R)-4-HYDROXY-1-METHYL-2-OXOBUTYL] -L-PHENYLALANINAMIDE, C22H26N2O5, DB08732。

    Figure  11.  Analysis of Nsp8-targeted drugs based on DrugBank

    表  1  冠状病毒SARS-COV-2、SARS和MERS毒株Nsp8比较

    Table  1.   Comparison of Nsp8 proteins of coronavirus SARS-COV-2, SARS and MERS strains

    属性 病毒株
    SARS-COV-2/CHN/ Wuhan-Hu-1/2020 SARS/CHN/GD01/2003 MERS/KOR/066-2015/2015
    基因结构 nsp8基因为多聚蛋白基因ORF1ab中一段编码区,长594 bp,GC含量38.38% nsp8基因为多聚蛋白基因ORF1ab中一段编码区,长594bp,GC含量42.08% nsp8基因为多聚蛋白基因ORF1ab中一段编码区,长597 bp,GC含量41.71%
    分子质量(Dal) 21 881.08 21 866.03 21 886.17
    氨基酸数量(aa) 198 198 199
    等电点 6.58 6.58 6.83
    半衰期(h) 4.4 4.4 4.4
    不稳定系数 37.78 39.23 25.77
    脂肪族指数 88.33 87.83 95.63
    平均亲水系数 -0.192 -0.226 -0.101
    Nsp8二级结构 α螺旋54.04%、随机卷曲22.22%、β转角6.57%和延伸链17.17% α螺旋52.02%、随机卷曲21.21%、β转角6.06%和延伸链20.71% α螺旋53.27%、随机卷曲23.12%、β转角6.03%和延伸链17.59%
    Nsp8三级结构
    磷酸化位点 15个丝氨酸、13个苏氨酸和6个酪氨酸磷酸化位点 14个丝氨酸、12个苏氨酸和7个酪氨酸磷酸化位点 15个丝氨酸、11个苏氨酸和5个酪氨酸磷酸化位点
    糖基化位点 无O-糖基化位点 3个O-糖基化位点 无O-糖基化位点
    B细胞抗原表位(长度≥9 aa) 4个B细胞表位:23~33、50~58、73~81、158~179 aa 4个B细胞表位:23~33、50~58、73~81、158~178 aa 4个B细胞表位:23~34、50~59、74~82、159~179 aa
    HLA-A*02∶01限制性CTL细胞表位(长度=9 aa,分值≥20) 14个CTL表位:90~98、152~160、1~9、25~33、34~42、102~110、151~159、180~188、54~62、123~131、179~187、86~94、118~126、161~169 aa。 与SARS-COV-2/CHN/ Wuhan-Hu-1毒株相同 6个CTL表位:91~99、103~111、115~123、35~43、38~46、159~167 aa
    Nsp8靶向结合药物 DrugBank Accession No. DB08748、DB07620、DB07743、DB08732 与SARS-COV-2/CHN/ Wuhan-Hu-1毒株相同
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-08-30
  • 修回日期:  2020-11-08
  • 网络出版日期:  2021-05-11
  • 刊出日期:  2021-04-10

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