التطور الجزيئي للبروتين المعزز للجراثيم / النفاذية (BPIFA1) الذي ينظم الاستجابات المناعية الفطرية في الثدييات الجزء 2

3. النتائج

تمت دراسة تسلسلات بروتين BPIFA1 المشفرة في جينوم الثدييات لتحديد دور الانتقاء والتطور التكيفي. يعتبر بروتين BPIFA1 الوسيط الرئيسي للإشارة الفطرية ضد الالتهابات الجرثومية بواسطة البكتيريا والفطريات. بمجرد أن تم دمج التسلسلات باستخدام MSA ، تم استخدامها لإنشاء أشجار Bayesian phylogenetic والخضوع لمزيد من التحقيق. لبدء شلالات الإشارات داخل الخلايا ، من الضروري تنشيط مجموعة من الجينات المحددة في أنواع الثدييات المناسبة وامتلاك مجال وظيفي (LBP-BPI). بالنسبة لخافض التوتر السطحي phospholipid dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) ، يتمتع مجال ربط الدهون هذا بدرجة عالية جدًا من الانتقائية. يتم تنشيط الجهاز المناعي الفطري للمجرى الهوائي العلوي استجابةً للعديد من الإشارات الجينية ، مثل زيادة معدلات الاستبدال غير المترادفة ، والأنماط الفردية المتجانسة الكبيرة ، وغياب التباين الجيني في بروتينات BPIFA1 ، مما يدل على أن وجود هذه البروتينات قد تم تفضيله بالإيجابية. اختيار.

مجال ربط الدهون (LBD) هو مجال هيكلي موجود في العديد من البروتينات ، والتي يمكن أن تربط بعض جزيئات الدهون المحددة لتنظيم وظيفة أو توطين البروتينات.

أظهرت العديد من الدراسات أن مجالات ربط الدهون يمكن أن تؤثر على المناعة. على سبيل المثال ، في بعض الأعضاء الليمفاوية الثانوية مثل الغدد الليمفاوية والطحال ، ينظم جزيء دهني يسمى S1P (شحميات السفينغوليبيد -1- الفوسفات) هجرة الخلايا التائية والخلايا البائية وترحيلها من خلال التفاعل مع نطاقات ربط الدهون. يحتفظ. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي بعض مستقبلات سطح الخلايا المناعية المهمة ، مثل TLR4 و TLR7 و TLR8 ، أيضًا على مجالات ربط الدهون ، والتي يمكن أن تربط أنواعًا مختلفة من جزيئات الدهون وتنظم تنشيط الخلايا المناعية واستجابتها.

لذلك ، هناك علاقة معينة بين المجالات المرتبطة بالدهون والمناعة ، والتي توفر أيضًا أفكارًا جديدة لدراسة تنظيم الاستجابات المناعية من خلال المجالات المرتبطة بالدهون. يمكن ملاحظة أنه يجب علينا تحسين مناعتنا لمقاومة الفيروسات. يمكن أن يحسن القفص المناعة بشكل كبير. يحتوي Cistanche أيضًا على تأثيرات مضادة للفيروسات ومضادة للسرطان ، والتي يمكن أن تعزز قدرة الجهاز المناعي على محاربة وتحسين مناعة الجسم.

انقر فوق الفوائد الصحية من cistanche

3.1. التطور الجزيئي لجين BPIFA1

في هذا العمل ، بحثنا عن علامات التكيف في جين BPIFA1 ، بدءًا من الإشارات الضعيفة تدريجيًا إلى إشارات الانتقاء القوية أثناء التطور التكيفي في جينوم الثدييات. تم تحديد النسبة المئوية النموذجية للكودونات في جين BPIFA1 الذي يخضع للتطور التكيفي. باتباع نفس الإجراء لكل تسلسل تشفير ، قمنا بحساب متوسط ​​نسبة الكودونات المختارة بشكل إيجابي عبر جميع الفروع. باستخدام تباين معدل BUSTED والمترادف في فروع الاختبار المختارة بعناية من سلالة BPIFA1 ، حددنا آثار اختيار التنويع العرضي على مستوى الجين. نتيجة لذلك ، خلصنا إلى أن الاختيار المتباين حدث على طول خطوط النسب الثلاثة التي تم فحصها. باستخدام تباين المعدل المرادف ، لاحظنا التنويع العرضي على مستوى الجين في فروع الاختبار لتطور BPIFA1. تم استخدام اختيار التنويع العرضي على مستوى الجين لتحقيق ذلك (LRT). أظهر فرعين للاختبار دليلًا على تنويع الاختيار ، مما يشير إلى أن الموقع قد تعرض لهذا النوع من التطور (الشكل 1).

كان متوسط ​​نسب dN / dS لـ BPIFA1 عبر جميع المواقع والأنساب أكبر من واحد. نتيجة لذلك ، تم إجراء بحث على هذا البروتين للتعرف على بصمات الاختيار الإيجابي. تم العثور على البروتين يحتوي على بنية محفوظة من الأحماض الأمينية ، مما يجعل من الممكن تنقيته ، وكان له قيمة أوميغا أكبر من 1. تم إجراء اختبار احتمالية السجل على هذا البروتين ، وتم تحليل جميع مواقعه ، وتم تم حساب معدل الاستبدال. لتقييم ما إذا كان الاختيار الإيجابي قد حدث أم لا ، استخدمنا ثلاث مجموعات مختلفة من نماذج الاحتمالية: M 0 مقابل M3 ، M1 مقابل M2 ، و M7 مقابل M8. تمت مقارنة تقديرات المعلمات تحت M1 و M2 ووجد أن قيمة M2 لهذه البروتينات كانت إيجابية. كانت النسب المئوية للمواقع المختارة إيجابياً مهمة للنماذج الثلاثة ، بقيم 422. 86 و 64.5 و 93.63 على التوالي (الجدول 1).

لتقديم أدلة إضافية لدعم نتائج الاختيار الإيجابي ، قمنا بتطبيق نموذج الدمج الآلي التجريبي على مواقع محددة باستخدام خادم التحديد. خلال هذه العملية ، اكتشفنا أنه تم تحديد العديد من المواقع على أنها تعرضت لضغط انتقائي في نقاط مختلفة أثناء التطور (الشكل 1). لهذا السبب ، يمكننا تقدير درجة حفظ هذا الجين تطوريًا. وجدنا أن الغالبية العظمى من المواقع المختارة بشكل إيجابي قد تم الحفاظ عليها في جميع أنحاء الثدييات. كان هذا لأن الأحماض الأمينية المحفوظة تمثل معظم الإشارات المستخدمة للاختيار الإيجابي في خوارزمية الشبكة العصبية (الجدول 2).

قيمت طريقة اختيار نموذج الكودون 9113 نماذج مختلفة. احتوى النموذج الأفضل (السجل (L)=18،91 0 ، mBIC=39 ، 34 0. 92) على ثلاثة معدلات وكان الأكثر دقة. باستخدام هذا النموذج ، تم تحقيق تحسينات قدرها 218.66 سجل (L) و 398.33 mBIC مقارنة بنموذج معدل واحد ، حيث حدثت جميع الاستبدالات غير المترادفة بنفس المعدل ، كما هو موضح في الجدول 1. كان لكل نموذج في المجموعة الموثوقة نسبة دليل لا تقل عن 0.01 مقارنة بالنموذج الأفضل ، مما يعني أنه كان ضمن 9.21 وحدة من أفضل نموذج ، أو ما يعادله ، أن لديها نسبة دليل على الأقل 0.01 مقارنة بالنموذج الأفضل. يقدر نموذج متوسط ​​معدل التغيير في هذه المجموعة من النماذج (الشكل 2). تم أيضًا تقييم نمط الانتقاء التطوري لمواضع الأحماض الأمينية في بروتين BPIFA1 باستخدام تحليل اختيار نموذج الكودون ، والذي أظهر أن استبدال مواقع الأحماض الأمينية حدث أثناء التطور التكيفي في البروتينات. لقد كشفنا أن مواضع الأحماض الأمينية الأساسية للبروتينات أظهرت تطورًا تكيفيًا بسبب اختلاف نسب الاستبدال. بناءً على توزيع مواقع الأحماض الأمينية في BPIFA1 ، كان الحد الأقصى لمعدل الاستبدال حوالي 1.19 ، بينما كان أدنى معدل 14 (الشكل 2).

يمكن تحديد المناطق المهمة من الناحية الفسيولوجية للبروتين عن طريق مقارنة تواتر البدائل المترادفة (Ks) وغير المترادفة (Ka) في البروتين. يوفر هذا الأساس لاستنتاج وجود اختيار مطهر واختيار دارويني إيجابي موضعي. استخدمنا Selecton v.2.2 (يمكن الوصول إليه على http: // select-bio info-tau.ac.il ، تم الوصول إليه في 29 سبتمبر 2021) ، وهو خادم ويب يقوم تلقائيًا بحساب نسبة Ka إلى Ks (u) في كل موقع في البروتين. تمثل الألوان المختلفة أنواعًا مختلفة من التحديد (التحديد الإيجابي والتحديد المنقي وعدم التحديد) ويتم استخدامها لعرض هذه النسبة بيانياً في كل موقع. نموذج الانتقاء عبارة عن مجموعة من الفرضيات التطورية المختلفة التي يمكن استخدامها لاختبار احتمالية تعرض بروتين معين للاختيار الإيجابي. يعمل عبر واجهة مستخدم رسومية. أثر النموذج الميكانيكي التجريبي الذي تم إنشاؤه مؤخرًا على الخصائص الفيزيائية للأحماض الأمينية (الجدول 3).

3.2 الاختيار التكيفي لجين BPIFA1

لتحديد درجة تكيف أنواع الثدييات المختلفة مع بيئاتها ، استخدمنا محاذاة متعددة لتسلسلات الترميز لجين BPIFA1 من كل نوع من الأنواع الـ 34. يمكن استخدام هذه الاختبارات منفردة أو مجتمعة. تُعرف مجموعة الاختبارات الأكثر شيوعًا باسم اختبار الفرع. أثناء تطور أنواع الفقاريات ، تم استخدام اختيار سلالات معينة للتعرف على السلالات المميزة باعتبارها تخضع لضغط الاختيار. تم حساب احتمالات الاختيار الخاصة بالنسب لكل مجموعة سلالة باستخدام نموذج احتمالية التأثيرات العشوائية في موقع الفرع التكيفي (aBS-REL). بالإضافة إلى ذلك ، تم استخدام تقنية aBS-REL لتشريح كل جين لتحديد السلالات التي تعرضت للانتقاء التكيفي في أوقات مختلفة في التاريخ التطوري.

عند تطبيقه على سلالات الثدييات ، أكد نموذج aBS-REL أن الجينات المتوقعة BUSTED كانت قيد الاختيار الإيجابي. أظهرت نتائجنا ، التي أشارت إلى أن الضغط الانتقائي كان يعمل على جينات BPIFA1 في سلالات الثدييات ، أن الفرضيتين كانتا متطابقتين (الجدول 4). في سلالة جين BPIFA1 ، كان هناك دليل على التنويع العرضي في الاختيار في ثمانية فروع. تم تقييم أهمية النتائج باستخدام اختبار نسبة الاحتمالية (p> 0. 0 5) ، والذي تم إجراؤه بعد النظر في نتائج العديد من الاختبارات الأخرى (الشكل 3). في المجموع ، تم وضع 63 خطًا متميزًا من خلال هذا الاختبار المحدد لتنويع الاختيار. تم إجراء اختبارات متعددة ، وتم تحديد أهمية النتائج من خلال تطبيق اختبار نسبة الاحتمالية مع عتبة قيمة p 0.05.

يقدم هذا الجدول ملخصًا إحصائيًا لمدى ملاءمة النماذج للبيانات. يشير خط الأساس MG94xREV إلى نموذج خط الأساس MG94xREV الذي يستدل من فئة معدل واحد لكل فرع. يشير النموذج التكيفي الكامل إلى نموذج aBS-REL التكيفي ، والذي يتضمن عددًا محسنًا من فئات المعدل لكل فرع.

أثناء العملية التطورية ، قمنا بفحص قيم أوميغا من خلال استخدام أساليب SLAC و FUBAR و MEME و FEL لتحديد مؤشرات الاختيار الإيجابي (الجدول 5). وفقًا للنتائج التي توصلنا إليها ، فإن جين BPIFA1 في الثديات الثديية يخضع لانتقاء تطوري إيجابي. يمكننا اكتشاف مناطق الجينوم التي تعرضت لضغط انتقائي باستخدام طريقة بايزي. تتضمن هذه التقنية تحديد الاحتمال الخلفي لكل كودون. من المرجح أن تكون المواقع التي تحتوي على عدد أكبر من الاحتمالات قد خضعت لعملية اختيار متنوعة ، مما يؤدي إلى معدلات أعلى من الاستبدال غير المرادف والمرادف مقارنة بالمواقع التي بها عدد أقل من الاحتمالات (الجدول 2). باستخدام تحليل BEB ، وجدنا أن العديد من المواقع في جميع أنحاء مجال LBP-BPI للبروتين المبيد للجراثيم خضعت للاختيار الإيجابي مع احتمال خلفي مرتفع بنسبة 95 بالمائة. كان هذا هو الحال بالنسبة لجميع المواقع. تم توزيع المواقع في جميع أنحاء المجال في مواقع مختلفة. تم فحص نتائج PAML باستخدام مجموعة البيانات الموجودة في خادم التحديد. كان هذا الخادم قادرًا على تحديد الانتقاء التكيفي في مواقع معينة داخل البروتين ، مما سمح لنا بالتحقق من صحة الاختيار الإيجابي. لتحديد معدلات الاستبدال ، تم تطبيق نموذج MEC. أظهرت النتائج أن الاختيار التكيفي حدث في عدة مواقع في BPIFA1 (الجدول 5).

3.3 تحليل إعادة التركيب

بالنسبة لجين BPIFA1 ، تم إجراء تحليل إعادة التركيب لإيجاد روابط تطورية محتملة بين الجينات. كشف البحث عن ثلاثة أحداث لإعادة التركيب. كل تسلسل من تسلسل إعادة التركيب ، بما في ذلك الوالدين الرئيسيين والثانويين ، جاء من جين BPIFA1. حددنا نقاط توقف إعادة التركيب باستخدام تحليل GARD. بمعدل 3 0. 30 طرازًا في الثانية ، فحصت GARD 5120 طرازًا. تم إنشاء مساحة البحث التي تضم 72،874،879 نموذجًا مع ما يصل إلى ثلاث نقاط توقف من خلال 759 نقطة توقف محتملة للمحاذاة ، والتي فحصت الخوارزمية الجينية منها 0.01 بالمائة فقط. مع نسبة دليل تبلغ 100 أو أعلى ، تم تفضيل نموذج الشجرة المتعددة على نموذج الشجرة المفردة ، مما يشير إلى أن نقطة واحدة على الأقل من نقاط الفصل تعكس تناقضًا طوبولوجيًا. تم التحقق من صحة ذلك من خلال مقارنة درجات AICc لنموذج GARD الأكثر ملاءمة ، والذي سمح بالطوبولوجيا المتغيرة عبر القطاعات (37996.2) ، والنموذج ، الذي افترض نفس الشجرة لجميع الأقسام التي حددتها GARD ، ولكنه سمح بأطوال متباينة للفروع بين الأقسام. على وجه التحديد ، كانت درجة AICc لأفضل نموذج GARD مناسبًا هي 37996.2 ، بينما كانت درجة AICc للنموذج 37996.2. (الشكلان 4 و 5).

3.4. تفاعلات البروتين والبروتين وتحليل ارتباط يجند

استخدمنا قاعدة بيانات STRING للبحث عن البروتينات المعبر عنها باستخدام BPIFA1 ، وتحديد عدة أزواج من تفاعلات البروتين والبروتين. كان هناك 13 عقدة و 35 حافة يشار إليها بالبروتينات المعبر عنها بـ BPIFA1. حواف مخطط PPI هي شبكات الخطوط التي تربط العقد الفردية (الشكل 6). بلغ متوسط ​​قيمة معامل التجميع المحلي 0 .978. كان لإثراء PPI قيمة p تبلغ 5.25 × 10-12. تمثل شبكة PPI تفاعلات جين BPIFA1 مع الجينات المناعية الأخرى المعبر عنها بشكل مشترك. كانت COX7B2 و BPIFB6 و BPIFB4 و BPIFB2 و BPIFB3 و PLTP و CETP و BPI و LBP و ODF2L هي الجينات العشرة المشاركة في شبكة PPI لـ BPIFA1 (الشكل 6).

كانت جينات BPIFB6 و BPIFB4 و BPIFB2 و BPIFB3 هي الأكثر أهمية لأنها تشارك في مسارات الإشارات البيولوجية ، والتي تلعب دورًا أساسيًا في المناعة الفطرية ضد العدوى البكتيرية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنظيم هذه الجينات بواسطة BPIFA1 ، وهذا سبب آخر لاعتبارها مهمة جدًا (الجدول 6). تعد المسارات الجزيئية ضرورية في القضاء على الجراثيم الغازية من خلال نشاط تعطيل الغشاء المكون من جميع البروتينات ذات الصلة ذات الأدوار المتنوعة. كان نشاط تعطيل الغشاء ضروريًا للقضاء على الجراثيم الغازية. هناك نوعان من البروتينات الحاسمة في وساطة الإشارات استجابةً للسكريات الدهنية ، وهما بروتين ربط LPS (LPSBP) وبروتين زيادة نفاذية الجراثيم (BPI). أظهروا تقاربًا قويًا مع Lipid A ، وهي مادة موجودة في LPS ، وكانوا متشابهين بشكل لافت للنظر. على الرغم من وجود هياكل متشابهة ، يؤدي LBP و BPI وظائف بيولوجية مختلفة تختلف بشكل واضح عن بعضها البعض. على سبيل المثال ، غالبًا ما يرتبط LBP بـ LPS ويسهل بشكل كبير تقديم LPS إلى خلايا CD14 plus ، مثل الضامة والوحيدات ، بينما يثبط BPI ويقلل من النشاط الحيوي لـ LPS. هذان البروتينان موجودان في البكتيريا.

الروابط هي مكونات مهمة في عملية التحكم في التعبير ونشاط البروتينات. تساهم قوى الارتباط بين الجزيئات ، مثل الروابط الأيونية ، والروابط الهيدروجينية ، والتفاعل الكارهة للماء ، وقوى Vander-Waals ، في عملية ربط الترابط. بسبب التفاعلات بين الروابط والبروتينات ، سيتم تغيير البنية ثلاثية الأبعاد للبروتين. بسبب هذه التغييرات في الحالة التوافقية للبروتين ، قد يتم تثبيط أو تنشيط بعض وظائف البروتين. لذلك ، أجرينا دراسة تفاعل ارتباط بروتين - ليجند باستخدام الخصائص الفيزيوكيميائية للأحماض الأمينية لتحديد البقايا التي تتفاعل مع الترابط والتي لا تتفاعل معها. لتحقيق ذلك ، استخدمنا موقعًا إلكترونيًا (http://crdd.osdd.net/raghava/lpicom ، تم الوصول إليه في 18 أكتوبر 2021) يحسب جزء البقايا التي تتفاعل مع رابط معين. تبين أن المخلفات الرئيسية ، مثل السيستين ، والجليسين ، والألانين ، والليسين ، وحمض الأسبارتيك ، والهيستيدين ، والليوسين ، والفالين أرجينين ، والتربتوفان ، والسيرين ، والثريونين ، والتيروزين ، تتفاعل مع سبعة روابط (1BP1 ، BPH ، XE ، NEH ، CLA ، CU و MG) و PC1. مقارنة بالتفاعل مع PC1 ، تتمتع الأحماض الأمينية المشحونة ، وخاصة الأحماض الأمينية الأساسية ، بميزة أكبر عند التفاعل مع 1BP1 و BPH و XE و NEH و CLA و CU و MG (الشكل 7). تم تمييز الأحماض الأمينية الصغيرة والقطبية المرتبطة بها في كل من الروابط الثلاثة.

استخدمنا طريقتين متميزتين لعمل تنبؤات بشأن مواقع الربط التكميلية: الأول كان يعتمد على مقارنة الهياكل الفرعية الخاصة بالربط (TM-SITE) ، بينما اعتمد الثاني على محاذاة ملفات تعريف التسلسل (S-SITE). قيمت هذه التقنيات بروتين BPIFA1 مقابل 500 بروتين غير فائض عن الحاجة تم دمجه مع 814 مركبًا عضويًا وصناعيًا ومركبًا أيونيًا معدنيًا. بدءًا من تنبؤات هياكل البروتين منخفضة الدقة ، نجحت الأساليب في تحديد المخلفات الملزمة لـ BPIFA1 ، مما أدى إلى تحقيق متوسط ​​معامل ارتباط ماثيوز (MCC) الذي كان أعلى من ذلك بكثير. بالإضافة إلى ذلك ، كشفت التقنيات عن الروابط التي ترتبط بالبقايا (الجدول 7).

4. مناقشة

توفر الخلفيات غير المتجانسة منصات حيث يمكن تمييز المجموعات السكانية التي تخضع لانتقاء متباين إلى مجموعات سكانية فرعية متكيفة محليًا [44]. إن تأثير الانتقاء على تدفق الجينات بين السكان ، مثل توازن اختيار الهجرة ، يحدد إمكانية التكيف الفطري والتباعد المستمر. يُعرف هذا أيضًا باسم رصيد تحديد الترحيل. هناك ميل للتنوع الجيني المحلي داخل السكان ليصبح متجانسًا بسبب تدفق الجينات عندما يكون تأثير الاختيار أقل أهمية من تأثير تدفق الجينات. بدلاً من ذلك ، قد تتراكم المتغيرات الجينية ويتم الاحتفاظ بها عبر مواقع محددة عرضة لانتقاء متباين قوي إذا كان الضغط الانتقائي أكبر من القوة التكاملية لتدفق الجينات [45].

في النتيجة البديلة المحتملة ، تكون فوائد تدفق الجينات محدودة بالاختيار ضد المهاجرين الذين لديهم توافق جيني ضعيف ، مما يمهد أيضًا الطريق للتكيف المحلي [45 ، 46]. يجب أن يكون هناك ارتباط بين تدفق الجينات والاختيار لفهم الاختلافات السكانية في وتيرة تدفق الجينات [46]. في ظل هذه الظروف ، يحدد الاختيار ما إذا كان السكان يستمرون في التطور أو التشعب كمجموعة متميزة. قام نهج Bayes التجريبي بحساب LRT في كل موقع فرع وتحديد جميع المواقع المختلفة التي قد يحدث فيها اختيار متنوع. استنادًا إلى نهج Bayes التجريبي ، تم تطبيق تقريب Bayesian السريع وغير المقيد ، والمعروف أيضًا باسم FUBAR ، لتحديد موقع الانتقاء المتنوع الذي يحدث في جين BPIFA1. سمحت FUBAR بتشتت الكودونات من موقع إلى موقع ومن فرع إلى فرع وتم استخدامها لاستكشاف التطور التكيفي الذي حدث على مستوى الجينات. تم استخدام طريقة MEME للتحقيق في التطور التكيفي الذي حدث على المستوى الجيني [25 ، 32 ، 47]. تم العثور على مواقع الترميز المتنوعة العرضية بواسطة SLAC بقيمة p أقل من 0. 01 (الجدول 1).

تم استخدام هذا النموذج لتقدير معدلات الاستبدال المترادفة وغير المترادفة ، واعتبرت مواقع الترميز ذات معدلات الاستبدال المترادفة التي تزيد عن أو تساوي المعدل غير المرادف جديرة بالملاحظة لتحديد المواقع التي تخضع لعملية اختيار متنوعة. في MEME ، تم الحصول على تقديرات الاحتمالية القصوى لكودونات الجين BPIFA1 130 و 167 و 168 و 190 و 243 و 265 و 289 (الجدول 2). بناءً على إشاراتها غير المهمة ، لم يتم تحديد هذه الأكواد كمواقع منتقاة بشكل إيجابي ، ويرجع ذلك إلى الطابع العرضي للانتقاء الطبيعي. تم إخفاء الانتقاء الطبيعي الذي حدث بشكل متقطع خلال فترات وجيزة من التطور التكيفي من خلال تكرار حدوث إما الانتقاء الطبيعي أو التنقي. وبالتالي ، لا يمكن العثور على علامات التطور التكيفي عن طريق اختبار الحساسية والاختيار الإيجابي [48].

وجدنا سبعة عشر موقعًا تم اختيارها بشكل إيجابي باستخدام طريقة PAML ، وخمسة عشر موقعًا تم اختيارها باستخدام خوارزمية IFEL ، وأربعة مواقع تم اختيارها باستخدام خوارزمية FEL. تم حساب ضغط الاختيار التكيفي على تسلسل كودون الجين BPIFA1 باستخدام نموذج MEC. أدى ذلك إلى تحديد أربعة وسبعين حمضًا أمينيًا (الشكل 1). تم استخدام نموذج التطور القائم على الاختيار الإيجابي ، وكشف الاختلافات على مستوى الكودون (M8). استخدم تطبيق MrBayes على خادم التحديد نموذج MCMC لتحديد الاختلافات سابقًا في جين MAVS في الثدييات على مستوى الكودون [49].

استنادًا إلى نتائج محاذاة بروتين MAFFT ، أظهرت الدراسات السابقة أن مجال Ig لا يزال في تسلسل ترميز MAVS. تشير هذه النتائج إلى أن مفاتيح تبديل البروتين البديلة في مناطق مختارة مُنقية ضارة ، وبالتالي من غير المحتمل أن يتم الحفاظ عليها طوال التطور [50 ، 51]. تم تحديد مواقع المسارات التطورية المتعددة باستخدام توزيع معدل متعدد المعلمات ، ونموذج تأثير عشوائي بفاصل ثقة 95 بالمائة ، وقيم Pr [>] كبيرة. يمكن بعد ذلك تحديد موقع المواقع بفضل هذه الطريقة (الجدول 3). في حالة الاختيار الإيجابي ، تم تحديد وزن معدل الفئة باستخدام توزيع منفصل عام ثنائي المتغير لكل موقع ترميز. تم توضيح تقارب نموذج MCMC من خلال حقيقة أن تقديرات المتوسط ​​الخلفي لـ BPIFA1 كانت أقرب إلى قيمة عامل الاختزال المدروسة (الجدول 2).

تراوحت هذه القيم من {{0}}. 95 إلى 0.99. أثناء عملية تنويع الاختيار ، تم النظر فقط في مواقع الترميز ذات قيم عامل Bayes التجريبي (EBF) التي تزيد عن 50. تم إجراء الحسابات باستخدام حجم العينة الفعال الصافي لتحديد قيم EBF لكل موقع ترميز تم تقييمه باستخدام الاختيار الإيجابي. يمكن أن يؤدي استنتاج توزيع معلمات الاختيار الخاصة بالجينات إلى تحسين التحديدات المكتشفة عبر عدد كبير من مواقع الترميز. تقدم مناطق الترميز التي تم اختيارها وتحديدها بشكل إيجابي دليلاً هامًا على تنويع الانتقاء في جينات BPIFA1 التي تخضع الآن لسلالة انتقائية. ونتيجة لذلك ، فإن بعض الطفرات التي تبدو في البداية محايدة (وليس لها تأثير مباشر على اللياقة البدنية) يمكن أن تكون "متساهلة" ، مما يسمح للبروتين بمقاومة التغيرات اللاحقة التي قد تكون ضارة وتسبب اختلافات في النمط الظاهري [52]. وضعت الطفرات المحايدة في الإبستاس الأساس للانتقاء والتكيف اللاحقين ، والذي جذب مؤخرًا الكثير من الاهتمام وقدم كوسيلة للتوفيق بين نماذج التطور المحايدة والاختيارية [53].

كان معدل الاستبدال للزوج FWY و HKR حوالي 50 بالمائة ، وكان معدل الاستبدال لـ DENQ 50 بالمائة ، وكان معدل الاستبدال لـ ACGILMPSTV 90 بالمائة. تمثل شبكة PPI تفاعلات بروتين BPIFA1 مع البروتينات المناعية الأخرى المعبر عنها بشكل مشترك. كانت COX7B2 و BPIFB6 و BPIFB4 و BPIFB2 و BPIFB3 و PLTP و CETP و BPI و LBP و ODF2L هي الجينات العشرة التي قررنا أنها مسؤولة عن تفاعلات البروتين هذه (الشكل 6). تعد جينات BPIFB6 و BPIFB4 و BPIFB2 و BPIFB3 الأكثر أهمية لأنها تشارك في مسارات الإشارات البيولوجية ، والتي تلعب دورًا أساسيًا في المناعة الفطرية ضد العدوى البكتيرية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تنظيم هذه الجينات بواسطة BPIFA1 ، مما يوفر سببًا آخر يجعلها مهمة جدًا (الجدول 6). تحتوي الواجهات على مجموعات من المخلفات المحفوظة مع تركيبة من الأحماض الأمينية متوافقة مع كل من قلب الواجهة (البقايا مع أكبر تغيير في الدفن عند الربط) والمنطقة المحفوظة [54] ، وتتوافق المناطق الساخنة الناشئة عن تجمع النقاط الساخنة مع حزم محكم والمناطق المحفوظة.

وبالتالي ، تتعرض الواجهات لضغط تطوري للحفاظ على الاتصالات الحالية مع تجنب التفاعلات غير المواتية وغير المحددة. يمكن تغيير بعض السمات الفيزيائية والكيميائية لتقليل احتمالية أن تشكل واجهات البروتين البروتين تفاعلات غير فعالة [55]. نتيجة للتحقيق الذي أجريناه ، وجدنا أن القيم كانت أكثر من 1 للكودونات المختارة بشكل إيجابي المعروضة في الجدول 1. وهذا يوضح أن تطوير المواقع المترادفة يتطلب وقتًا أطول من تطوير المواقع غير المترادفة (مواقع dN). هذا التأثير المفيد للانتقاء الدارويني ، الذي يشجع الاختلافات الجديدة وتعدد الأشكال الأليلي الأكبر ، يعمل كموازنة أو مطهر للانتقاء [56] ، مما يتسبب في حدوث تغيير في البروتين الهيكلي ويؤثر على مسار التأشير [57]. على الرغم من أنها نشأت من نفس النسب ، فإن بدائل الأحماض الأمينية في نسل الأنواع المختلفة قد يكون لها عواقب مختلفة تمامًا [56 ، 57]. هذا يتناقض مع حقيقة أن نسبهم يتوافق مع الطلبات السابقة. توفر جينات BPIFA1 المختارة في هذه الدراسة بعض المعلومات للتحليل الحيوي ، والذي يهدف إلى اختيار الجينات بناءً على المقياس الزمني التطوري من الأحدث إلى الفترات الأطول أجلاً.

بالإضافة إلى ذلك ، قد تكون الآلية التطورية الأساسية التي تم الكشف عنها نتيجة لأبحاث حديثة غير كافية بسبب غياب السمات الهيكلية والوظيفية لعدد كبير من البروتينات في الجينوم. تم فحص تطور وتكييف جينات ترميز البروتين في Drosophila melanogaster بدقة لتحديد أهم محددات التطور والتكيف على مستوى جينات ترميز البروتين. تم تحقيق ذلك من خلال مقارنة D. melanogaster بالأنواع ذات الصلة الوثيقة وتعدادها. تم تنفيذ تطبيقات واسعة النطاق للمعلوماتية الحيوية والتحليل الهيكلي من قبل فريقنا للتأكد من السمات الهيكلية والوظيفية للبروتينات. بعد ذلك ، قمنا بتقسيم المخلفات إلى مجموعة متنوعة من المواقع الهيكلية والوظيفية باستخدام نظام التصنيف الخاص بنا. تمت مقارنة معدلات تطور التسلسل والتكيف عبر مجموعة متنوعة من البروتينات والمواقع ، مما مكّن من تحديد النقاط الساخنة للتكيف عبر الجينوم بأكمله. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أن البروتينات سريعة التكيف تتفاعل مع بعضها البعض بمعدلات أعلى مما يمكن توقعه بالصدفة ؛ يوضح هذا الاكتشاف أن التكيف المشترك من المحتمل أن يكون موجودًا في كل مكان بين البروتينات سريعة التكيف.

نتيجة لاتصالاتهم الفيزيائية ، فيما يلي أمثلة على الآليات التي لديها القدرة على المساهمة في التكيف المشترك: (1) غالبًا ما يتم إثراء البروتينات سريعة التكيف في أنشطة كيميائية مماثلة وتتعرض لضغط اختيار مماثل ، و (2) ) تتطور البروتينات سريعة التكيف معًا. تم توضيح حالتين مختلفتين من التطور التكيفي في مثبطات مضخة البروتون في هذا البحث ، مما دفع المؤلفين إلى افتراض أن هذه التفاعلات الفيزيائية ربما لعبت دورًا في التكيف المشترك للبروتينات سريعة التكيف في D. melanogaster. بالإضافة إلى ذلك ، أظهرنا أن ظاهرة التكيف المشترك قد تحدث بمعنى أكثر عمومية من مجرد البروتينات سريعة التكيف. عادة ما يكون معدل التكيف أعلى في البروتينات التي تتفاعل مع البروتينات سريعة التكيف. بالنظر إلى أن التفاعلات الجزيئية تلعب دورًا في التطور التكيفي ، فمن الإنصاف توقع أن هذه التفاعلات قد تحكم أيضًا التكيف المشترك على مستوى عالمي أكثر. لقد تم افتراض أن التطور المشترك للاتصالات الجسدية هو الآلية المسؤولة عن المعدلات التطورية المماثلة التي لوحظت في تفاعل البروتينات.

5. الاستنتاجات

كان هدفنا هو تحديد الضغوط الانتقائية التي ساهمت في تطوير نظام BPIFA1 للنبات والثدييات ، والذي يتم تعديل التعبير عنه في مجموعة متنوعة من الأمراض. تطور بروتين BPIFA1 بسرعة استجابةً للضغط الانتقائي في سلالة الإنسان ، وتمكنا من تحديد محددات الانتقاء الجيني التي تفسر نشاطه المبيد للجراثيم. خلال تاريخه التطوري ، قد يكون للانتقاء الإيجابي دور حاسم في تحسين استجابة الفوعة للمنبهات المختلفة ، والتي يمكن أن تفسر التنوع الملحوظ في استقرار وظيفة الجين. توفر النتائج التي توصلنا إليها فهمًا أكثر شمولاً للتاريخ التطوري لجينات BPIFA1 ، مما سيعزز تحليل الجينوميات الوظيفية للإمراضية في العمليات البيولوجية. ومن المتوقع أن تساعد هذه النتائج أيضًا في تحسين فهم الوقاية من الأمراض. بالإضافة إلى ذلك ، قد تسهل دراسة هذه الجينات تصميم طريقة فريدة يمكن أن تساعد في تحديد بروتينات الفوعة المختلفة الموجودة في مسببات الأمراض البكتيرية. تقودنا النتائج التي توصلنا إليها إلى افتراض أن القيود أثناء العملية التطورية لعبت دورًا رئيسيًا في تشكيل اكتشافاتنا. نتيجة لهذه القيود ، تمكنا من تحديد بعض الحدود العددية عندما قمنا بربط خصائص مثل طول البروتين بمجمعات معقدة. تعتبر الخصائص الفريدة للبروتينات مثيرة للاهتمام لأنها قد توفر مؤشراً على الضغوطات غير العادية أو التعديلات الاستتبابية التي مكنت من وجودها في الخلايا. لذلك ، فهي خيار واعد لمزيد من البحث.

الكاتب الاشتراكات:

وضع المفاهيم ، HIA ، و JC ؛ المنهجية ، HIA ، MAK ، FAK ، SI ، RWA و NSP ؛ البرمجيات ، HIA ، WN ، NSP ، RWA ، و SI ؛ التحقق من الصحة و MAK و JC و FAK و HIA ؛ التحليل الرسمي ، HIA ، MAK ، FAK ، SI ، RWA ، و NSP ؛ التحقيق ، HIA ، MAK ، FAK ، SI ، RWA ، و NSP ؛ الموارد ، HIA ، MAK ، JC ؛ تنظيم البيانات و HIA و MAK و FAK و SI و RWA و WN ؛ الكتابة - إعداد المسودة الأصلية ، HIA ؛ الكتابة - المراجعة والتحرير ، HIA و SI و RWA و WN و NSP ؛ التصور ، JC و MAK ؛ الإشراف و MAK و FAK و NSP و WN لقد قرأ جميع المؤلفين النسخة المنشورة من المخطوطة ووافقوا عليها.

التمويل:

لم يتلق هذا البحث أي تمويل خارجي.

بيان مجلس المراجعة المؤسسية:

غير قابل للتطبيق.

بيان الموافقة المستنيرة:

غير قابل للتطبيق.

بيان توفر البيانات:

يجب أن تكون جميع البيانات ذات الصلة بهذه المقالة متاحة للقراء علنًا.

شكر وتقدير:

تم دعم هذه الدراسة من قبل المشروع المالي الخاص بمقاطعة قوانغدونغ لعام 2022 لبناء الغابات البيئية.

تضارب المصالح:

الكتاب تعلن أي تضارب في المصالح.

مراجع

1. Li، J .؛ شو ، ص ؛ وانغ ، إل. فنغ ، م. تشين ، د. يو ، العاشر ؛ Lu ، Y. البيولوجيا الجزيئية لـ BPIFB1 وتطوراته في المرض. آن. ترجمة. ميد. 2020، 8، 651. [CrossRef] [PubMed] 2. Saferali، A .؛ تانغ ، إيه سي ؛ ستروج ، LJ ؛ كوون ، بس ؛ زلوسنيك ، ياء ؛ ساندفورد ، AJ ؛ Turvey، SE الوظيفة المناعية لجين معدل التليف الكيسي BPIFA1. بلوس وان 2020، 15، e0227067. [CrossRef] [PubMed]

3 - نام ، ب. مون ، جيه واي. بارك ، إي إتش. كيم ، Y.-O. كيم ، دي جي ؛ كونغ ، هوجر ؛ كيم ، دبليو- J. ؛ جي ، YJ ؛ أن ، سم ؛ بارك ، إن جي ؛ وآخرون. النشاط المضاد للميكروبات من الببتيدات المشتقة من بروتين ملزمة عديدات السكاريد الدهنية بالزيتون / نفاذية مبيد للجراثيم زيادة البروتين (LBP / BPI). المخدرات 2014 ، 12 ، 5240-5257. [CrossRef] [PubMed]

4. كيرشنغ ، سي جيه ؛ أو يونغ ، ياء ؛ لامبينغ ، ن. رويتر ، د. فايل ، د. Seilhamer، JJ؛ Schumann، RR تنظيم مشابه لبروتين ربط عديدات السكاريد الدهنية (LBP) وجينات بروتين نقل الدهون الفوسفورية (PLTP) يشير إلى عائلة جينية مشتركة من البروتينات الرابطة للدهون. علم الجينوم 1997 ، 46 ، 416-425. [CrossRef] [PubMed]

5. بالاكريشنان ، أ. ماراث ، سا ؛ جوجلكار ، م. تشاكرابورتي ، د. بروتين مبيد للجراثيم / زيادة النفاذية: بروتين متعدد الأوجه له وظائف تتجاوز معادلة LPS. فطرية المناعة. 2012 ، 19 ، 339–347. [CrossRef]

6. رايت ، SD ؛ راموس ، را. توبياس ، ب. Ulevitch ، RJ ؛ Mathison ، JC CD14 ، مستقبل لمجمعات عديدات السكاريد الدهنية (LPS) وبروتين ربط LPS. العلوم 1990، 249، 1431-1433. [CrossRef]

7. Shao، Y .؛ لي ، سي. تشي ، زي ؛ تشانغ ، ب. تشانغ ، دبليو. دوان ، العاشر ؛ Li، Y. استنساخ وتوصيف جينات البروتين المرتبط بعديد السكاريد الدهني / نفاذية الجراثيم - زيادة البروتين (LBP / BPI) من خيار البحر Apostichopus japonicas مع وظائف متنوعة في تعديل إنتاج ROS. ديف. شركات إمونول. 2015 ، 52 ، 88-97. [CrossRef]

8. Schaefer، N.؛ لي ، العاشر ؛ سيبولد ، ماساتشوستس ؛ جرجور ، ن. دينلينجر ، LC ؛ كاسترو ، م. كوفرستون ، صباحا ؛ تيج ، دبليو جي ؛ بومر ، ياء ؛ Bleecker ، ER تأثير الاختلاف الجيني BPIFA1 / SPLUNC1 على تعبيره ووظيفته في ظهارة مجرى الهواء الربو. JCI Insight 2019، 4، e127237. [CrossRef]

9. بريتو ، سي جيه ؛ Cohn ، L. مبيد للجراثيم / زيادة نفاذية البروتين - الذي يحتوي على أفراد الأسرة A1 في حماية مجرى الهواء وأمراض الجهاز التنفسي. أكون. J. ريسبير. خلية مول. بيول. 2015 ، 52 ، 525-534. [CrossRef]

10- موسى ، م. ويلسون ، ك. الشمس ، إل. مولاي ، أ. بنجل ، إل. ماريوت ، صاحبة الجلالة ؛ ليكلير ، إي ؛ Bingle ، CD التوصيف التفاضلي لـ BPIFA1 (SPLUNC1) و BPIFB1 (LPLUNC1) في تجاويف الأنف والفم لدى الفئران. الدقة الأنسجة الخلية. 2012 ، 350 ، 455-464. [CrossRef]

11. Tsou، Y.-A .؛ تونغ ، إم سي ؛ الكسندر ، كا ؛ تشانغ ، دبليو- D. ؛ تساي ، إم إتش ؛ تشين ، H.-L. ؛ تشين ، سي. دور BPIFA1 في الالتهابات الميكروبية في مجرى الهواء العلوي والأمراض المرتبطة به. بيوميد الدقة. كثافة العمليات 2018، 2018، 2021890. [CrossRef] [PubMed]

12. Caikauskaite، R. BPIFA1 التفاعلات مع البكتيريا وأهميتها للدفاع عن مضيف مجرى الهواء. دكتوراه. أطروحة ، جامعة شيفيلد ، شيفيلد ، المملكة المتحدة ، 2018.

For more information:1950477648nn@gmail.com