食管癌高表达抗原HLAA2/A3限制性细胞毒性T淋巴细胞表位预测

2011-04-23 13:56

 

【摘要】  目的 预测食管癌普遍高表达蛋白COX2和MAGE4的HLAA2/A3限制性CTL表位。办法 运用生物信息学的办法，SYFPEITHI初步预测，分离三维构效定量关系和蛋白酶体酶切位点剖析。结果 对SYFPEITHI预测＞20的九肽用MHCPred和NetChop3.0作进一步剖析，并与已报道抗原肽停止比对，初步挑选出了42个潜在的CTL表位。结论 这42个九肽均未见文献报道，进一步审定将为CTL表位疫苗的研讨提供更多的线索。其中，MAGE 42230、202210、286294及COX2479487 4个九肽具有与HLAA2和HLAA3超型潜在的穿插免疫活性，将为研制简约的高效广谱食管癌疫苗提供候选肽。

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【关键词】  食管癌；HLA；环氧合酶2；MAGA4；CTL表位


    环氧合酶2（COX2）是新近发如今食管癌细胞中高表达的一个蛋白（鳞癌91％、腺癌78%）[1]，尚未见HLAI类限制性CTL表位肽的报道。MAGE4在食管癌中的表达远高于MAGE其他家族成员（超越60％），但对其抗原肽的研讨还比拟少，特别是鲜见以食管癌为靶细胞审定新的抗原肽的报道。因而，探究COX2及MAGE4抗原的HLAA2/A3限制性细胞毒性T 淋巴细胞(Cytotoxic T lymphocyte，CTL)表位，开展以CTL表位为根底的肽疫苗，在食管癌及其他COX2 & MAGE4阳性的肿瘤患者的免疫学治疗方面有较好的应用前景。

    本研讨拟以矩阵法(Matrices)、三维定量构效关系（3DQSAR）及蛋白酶体酶切位点剖析，对COX2及MAGE4抗原的HLAA2/A3限制性CTL表位停止预测从而为临床肽疫苗的研制提供理论根底。

    1  资料和办法

    1.1  资料

    选择在食管癌有高表达的COX2（604aa）和MAGE4（317aa）作为目的抗原，氨基酸序列引自GENEBANK。

    1.2  办法

    1.2.1  SYFPEITHI预测  进入SYFPEITHI在线预测主页（http//www.syfpeithi.de/ scripts/MHCServer.dll/home.htm），点击“Epitope prediction”进入预测界面，选择“HLAA*0201”及HLAA*03分别对目的抗原停止表位预测。分值超越20的九肽进一步停止剖析。

    1.2.2  针对蛋白酶体裂解基序(Proteasomal cleavage motifs)的预测计划(NetChop3.0)  运用NetChop3.0剖析工具，以FASTA格式输入目的抗原序列，停止C端酶切位点剖析。

    1.2.3  基于构造的表位预测算法（MHCPred）  应用MHCPred预测工具，A2超型锚点P2（AILMVT）、P9（AILMVT），A3超型锚点P2（AILMVST）、P9（RK）。分值＞5.0被以为具有构造亲和性。

    2  结果

    将一切SYFPEITHI预测值超越20分的九肽停止归结。其中，HLAA2限制性表位MAGE4 15个、COX2 30个；HLAA3限制性表位MAGE4 18个、COX2 26个；同时与两种基因型有较高预测分值的九肽中，MAGE4 有3个、COX2有4个。对SYFPEITHI初步预测结果停止酶切位点剖析。其中，HLAA2限制性表位MAGE4 12个、COX2 20个；HLAA3限制性表位MAGE4 13个、COX2 26个；同时与两种基因型有较高预测分值的九肽中，MAGE4 有3个、COX2有4个。再停止3DQSAR剖析，其中，HLAA2限制性表位MAGE4 12个、COX2 22个；HLAA3限制性表位MAGE4 13个、COX2 有0个。

    从初步预测结果当选择出至少42个九肽可用于进一步研讨，其中HLAA2限制性表位29个，HLAA3限制性表位9个，另外4个九肽可能是兼具两种HLA超家族的限制性表位，见表1。

    3  讨论

    研讨标明，寻觅有效的优势CTL 表位成为肿瘤特异性免疫治疗及治疗性多肽疫苗研讨的重要前提。而CTL表位的快速挑选和审定是研制基于CTL表位疫苗的关键。

    据统计，仅HLAA2（包括A*0201、A*0202、A*0203、A*0204、A*0205、A*0206、A*0207和A*6802）与HLAA3 （包括A*0301、 A*1101、A*3101、A*3301和A*6801）两个超型在中国人中的总均匀散布频率就超越85%[2，3]。而同一超型辨认的肽序列十分类似。因而，采用相应于几种超型的表位就有可能研制出掩盖大局部人群的肿瘤表位疫苗，克制MHC多态性的障碍，而且，穿插反响性表位肽通常都是免疫优势表位。

    X射线晶体衍射提醒[4]：MHC分子口袋A和F位于凹槽两端，其氨基酸组成在不同型别的类分子中高度激进，可与表位肽N端残基和C端残基构成稳定而强大的氢键作用，保证了MHC分子可以辨认众多的表位，而肽分离槽中间局部的氨基酸残基，其组成和空间构型具有高度多态性。正是这一构造根底，为不同型别类分子分离多肽的序列停止表位预测提供了理论根底，从而使经过计算机辅助手腕停止CTL表位预测的成为可能。

    1991年，Rotzschke等[5]发现与HLA限制性分子分离的抗原肽，在2～3个特定的位点上常呈现一种或几种有类似化学性质的氨基酸残基，称之为MHC分离基序(MHC binding motif)或称锚定残基(Anchor residue)。许多研讨小组依据分离基序树立了本人的预测算法并相继审定了一批CTL表位，从而证明了却合基序法的有效性。之后，呈现的大量预测计划，包括频率剖析（Frequency  analysis)、量化基序(Quantitative motifs)、亲和力矩阵(Affinity matrics)等。矩阵法与简单基序法相比，由于它试图思索每一种氨基酸在MHC配体特定位点上呈现的可能性，故而预测的精度有较大进步。其中SYFPEITHI[6]在线预测尤为得到认可。也有经过人工神经网络（ANN）停止预测的程序，但可选择表位尚少。无论是分离基序法、矩阵法还是ANN法，其本质都是基于蛋白质一级构造的表位预测办法，因此无法在预测时充沛思索肽MHC复合物的三维构象。Doytchinova等[7]从表位多肽的构造特征动身，应用三维定量构效关系 (Threedimensional quantitative structure activity relationship，3DQSAR) 来研讨表位肽构造性质与亲和性之间的关系，经过比拟分子类似性指数剖析办法( CoMSIA )将静电场、疏水场等理化参数与亲和力停止拟合树立模型，并以交互检验办法考证模型的有效性，最终得到的构效关系模型有较好地预测才能 (q2 = 0.683，r2=0.891)。

    以上是基于构造特性的预测，最近，抗原肽递呈加工途径的剖析预测日益得到注重，其中包括针对蛋白酶体裂解基序(Proteasomal cleavage motifs)的预测计划和TAP的预测计划。Kesmir等[8] 开展的NetChop3.0，采用MHC类配体信息和蛋白酶体酶切数表1  HLAA2/A3限制性表位预测结果

    据共同锻炼一个三层前馈型人工神经网络，使其判别一个蛋白酶体酶切位点到达了很高的精度。本研讨首先运用SYFPEITHI对在食管癌组织中有普遍高表达的MAGE4和COX2停止HLA A2/A3限制性预测，再经过三维构效定量关系和蛋白酶体酶切位点剖析，初步挑选出了42个潜在的CTL表位。这42个九肽均未见文献报道，对这些九肽的进一步审定将为CTL表位疫苗的研讨提供更多的线索。其中，MAGE42230、202210、286294及COX24794874个九肽具有与HLAA2和HLAA3超家族潜在的穿插免疫活性，将为研制简约的高效广谱食管癌疫苗提供候选肽。

 

【参考文献】
  ［1］ Zimmermann KC，Sarbia M， Weber AA，et al. Cyclooxygenase 2 Expression in Human Esophageal Carcinoma1 \\[J\\].Cancer Res,1999，59(1): 198204.

\\[2\\] 薛付忠，王洁贞，胡平,等. 中国多表位疫苗设计的HLAI积聚表型频率空间预测系统\\[J\\]. 免疫学杂志，2005，21(2):136141.

\\[3\\] Sette A，Sidney D. Nine major HLA class I supertypes account for the vast preponderance of HLAA and B polymorphism \\[J\\]. Immunogenetics,1999，50(3/4): 201212.

\\[4\\] Madden DR. The threedimensional structure of peptideMHC complexes \\[J\\] . Annu Rev Immunol， 1995， 13:587622.

\\[5\\] Rotzschke O，Falk K， Stevanovic S， et al. Exact prediction of a natural T celle pitope \\[J\\]. Eur J Immunol， 1991， 21(11): 28912894.

\\[6\\] Rammensee H，Bachmann J，Emmerich NP，et al. SYFPEITHI: database for MHC ligands and peptide motifs \\[J\\]. Immunogenetics， 1999， 50(3/4): 213219.

\\[7\\] Doytchinova IA， Flower DR.Physicochemical explanation of peptide binding to HLA–A* 0201 major histocompatibility complex: a threedimensional quantitative structureactivity relationship study \\[J\\]. Proteins， 2002， 48(3): 505518.

\\[8\\] Kesmir C， Nussbaum AK， Schild H， et al. Prediction of proteasome cleavage motifs by neural networks \\[J\\]. Protein Eng， 2002，15(4):287296.

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