Dự đoán epitope tế bào b không liên tục trên protein hemagglutinin của virus cúm a h5n1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN *** VÕ TRÍ NAM DỰ ĐOÁN EPITOPE TẾ BÀO B KHÔNG LIÊN TỤC TRÊN PROTEIN HEMAGGLUTININ CỦA VIRUS CÚM A H5N1 Chuyên ngành: VI SINH VẬT HỌC Mã số chuyên ngành: 60 42 40 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS. TRẦN LINH THƯỚC THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - NĂM 2012 Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến GS.TS. Trần Linh Thước đã tạo điều kiện và định hướng giúp em trong quá trình thực hiện đề tài. Có những lúc em làm không được tốt, và thầy vẫn hỏi thăm và nhắc nhở, động viên em. Em cảm ơn thầy rất nhiều. Và em muốn gửi lời cảm ơn đến chị Thảo và chị Phượng, tuy hai chị không phải người hướng dẫ n cho em nhưng khi em có những thắc mắc, chị đã rất sẵn sàng giải đáp và góp ý cho em. Em biết cả hai chị đều rất nhiều công việc, nhưng hai chị vẫn dành thời gian quý báu cho em, và động viên em, em cảm ơn hai chị. Con cảm ơn má, má đã chăm lo cho con và tạo điều kiện cho con cả về vật chất và tinh thần, dù đã có rất nhiều chuyện đã xảy ra trong gia đình. Con thương má và cảm ơ n má nhiều lắm. Và anh cảm ơn em đã cố gắng ở bên và giúp đỡ anh rất nhiều trong một thời gian dài. Tp. Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2012 Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN  MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG iii DANH MỤC CÁC HÌNH iv LỜI MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1. Virus cúm A, phân type H5N1 4 1.1.1. Phân loại 4 1.1.2. Cấu trúc 4 1.1.3. Vòng đời 7 1.1.4. Diễn tiến của virus cúm A H5N1 9 1.2. Đáp ứng miễn dịch tế bào B 10 1.2.1. Giới thiệu tế bào B 10 1.2.1.1. Quá trình biệt hóa 10 1.2.1.2. Quá trình hoạt hóa 10 1.2.2. Kháng thể 12  1.2.2.1. Định nghĩa 10 1.2.2.2. Cấu trúc kháng thể 10 1.2.3. Giới thiệu epitope 17 1.2.3.1. Khái niệm 17  1.2.3.2. Phân loại 17 1.3 Tình hình nghiên cứu dự đoán epitope 19 1.3.1. Các cơ sở dữ liệu 19 Luận văn thạc sĩ 1.3.1.1. Protein Data Bank - PDB 17 1.3.1.2. IEDB-3D 20 1.3.2. Nghiên cứu dự đoán epitope tế bào B 20 1.3.2.1. Các phương pháp dự đoán epitope tế bào B 21 1.3.2.2. Các chương trình dự đoán epitope tế bào B 27 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 30  2.1. Vật liệu 30 2.1.1. Cơ sở dữ liệu cấu trúc protein PDB (Protein Data Bank) 30 2.1.2. Cơ sở dữ liệu cấu trúc epitope IEDB-3D 30 2.1.3. Chương trình dự đoán epitope không liên tục tế bào B Discotope 30 2.1.4. Chương trình khảo sát gắn Autodock 30 2.1.5. Các phần mềm được sử dụng 30 2.2. Phương pháp 31 2.2.1. Quy trình thực hiện 31 2.2.2. Khảo sát bộ thông số tối ưu cho chương trình Autodock 32 2.2.2.1. Quy trình 32 2.2.2.2. Thu nhận dữ liệu kháng thể gắn peptide HA 32 2.2.2.1. Chuẩn bị tập tin đầu vào cho chương trình Autodock 32 2.2.2.1. Chuẩn bị tập tin chứa thông số AutoGrid và thực thi AutoGrid 32 2.2.2.1. Chuẩn bị tập tin chứa thông số Autodock và thực thi Autodock 32 2.2.2.6. Phân tích kết quả 40 2.2.3. Thu nhận cấu trúc kháng thể 40 2.2.4. Dự đoán epitope không liên tục tế bào B bằng server Discotope, từ đó thiết kế các peptide cần dự đoán 40 2.2.5. Thu nhận cấu trúc các epitope và non-epitope 40 2.2.6. Khảo sát gắn cấu trúc kháng thể với các cấu trúc peptide dự đoán, epitope và non-epitope 40 Luận văn thạc sĩ 2.2.7. Phân tích kết quả khảo sát và đề xuất các epitope tế bào B không liên tục 40 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 18  3.1. Khảo sát bộ thông số tối ưu cho chương trình Autodock 43 3.1.1. Thu nhận cấu trúc kháng thể gắn peptide HA 47 3.1.2. Phân tích kết quả khảo sát gắn 47  3.2. Thu nhận cấu trúc kháng thể 47 3.3. Dự đoán epitope không liên tục tế bào B bằng chương trình Discotope, từ đó thiết kế các peptide cần dự đoán 49  3.4. Thu nhận cấu trúc các epitope và non-epitope 51 3.5. Khảo sát gắn cấu trúc kháng thể với các cấu trúc peptide dự đoán, epitope và non-epitope 52  Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 42 4.1. Kết luận 57 4.2. Đề nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 Luận văn thạc sĩ Trang i DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ADT AutoDockTool APC Tế bào trình diện kháng nguyên CA Carbon anpha CDR Complementarity Determining Region cRNA Complementary RNA CSDL Cơ sở dữ liệu Fab Antigen−binding fragment Fv Variable fragment GA Genetic Algorithm HA Hemagglutinin M Matrix M1 Matrix protein 1 M2 Matrix protein 2 MHC Major Histocompatibility Complex NA Neuraminidase NP Nucleocapsid protein NS1 Non−structural protein 1 NS2 Non−structural protein 2 PA Polymerase A protein PB1 Polymerase B1 protein PB2 Polymerase B2 protein Luận văn thạc sĩ Trang ii PDB Protein Data Bank RMSD Root−mean−square−deviation RNP RNA−nucleoprotein vRNP Virus RNA−nucleoprotein Luận văn thạc sĩ Trang iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Chức năng của các protein virus cúm A 6 Bảng 1.2: Thống kê tình hình sử dụng các chương trình khảo sát gắn (2006) 28 Bảng 3.1: Cấu trúc kháng thể gắn HA thu nhận từ cơ sở dữ liệu PDB 43 Bảng 3.2: Độ sai lệch cấu trúc giữa peptide HA sau khi khảo sát gắn và peptide thực nghiệm 44 Bảng 3.3: Năng lượng các trạng thái gắn kết của các peptide lên phân tử kháng thể 46 Bảng 3.4: Bộ thông số tối ưu thu được 46 Bảng 3.5: Kết quả dự đoán bằng Discotope đối với các amino acid trên phân tử protein HA có tham gia vào tương tác với phân tử kháng thể 46 Bảng 3.6: Các peptide được thiết kế 51 Bảng 3.7: Các epitope và non-epitope thu nhận được 52 Bảng 3.8: Năng lượng các trạng thái gắn kết của các mẫu đối chứng dương và đối chứng âm lên phân tử kháng thể 54 Bảng 3.9: Năng lượng các trạng thái gắn kết của 07 peptide lên phân tử kháng thể 54 Bảng 3.10: Các epitope và non-epitope thu nhận được 55 Luận văn thạc sĩ Trang iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc của virus cúm A 5 Hình 1.2: Vòng đời virus cúm A 8 Hình 1.3: Sự lan nhanh của virus cúm A (H5N1) trên toàn thế giới 9 Hình 1.4: Sơ đồ biệt hóa của tế bào Lympho B 10 Hình 1.5: Hoạt hóa theo cơ chế chọn lọc kháng nguyên của lympho B 12 Hình 1.6: Điện di protein huyết tương 13 Hình 1.7: Mỗi một loại kháng nguyên chọn lọc một tế bào lympho B tạo kháng thể 14 Hình 1.8: Tế bào lympho B tăng sinh và biệt hóa thành nhiều tương bào 14 Hình 1.9: Mô hình cấu trúc kháng thể và sơ đồ các chuỗi trong kháng thể 15 Hình 1.10: Chuỗi nhẹ của immunoglobulin 16 Hình 1.11: Các dạng gắn của kháng nguyên lên kháng thể 17 Hình 1.12: Epitope liên tục và epitope không liên tục 18 Hình 1.13: Thống kê tình hình sử dụng các chương trình khảo sát gắn (2006) 26 Hình 1.14: Mẫu tập tin kết quả của chương trình Discotope 29 Hình 2.1: Quy trình dự đoán epitope không liên tục tế bào B trên protein Hemagglutinin của virus cúm A phân type H5N1 31 Hình 2.2: Quy trình khảo sát sự gắn kết peptide HA lên kháng thể bằng chương trình Autodock 33 Hình 2.3: Giao diện chương trình AutodockTool (ADT) 34 Hình 2.4: Chọn phân tử nước trong đại phân tử 35 Hình 2.5: Quá trình thêm Hydro 36 Luận văn thạc sĩ Trang v Hình 2.6: Chọn các liên kết xoay cho phân tử ligand 36 Hình 2.7: Giao diện xác định thông số cho Autogrid 38 Hình 2.8: Tập tin thông số cho Autogrid 38 Hình 2.9: Tập tin thông số cho Autodock 39 Hình 3.1: Kết quả khảo sát gắn giữa peptide HA và kháng thể 45 Hình 3.2: Các gốc amino acid trên phân tử HA tham gia tương tác với phân tử kháng thể 45 Hình 3.3: Cấu trúc phân tử protein HA mã số 1JSM 49 Hình 3.4: Kết quả dự đoán epitope tế bào B không liên tục bằng chương trình Discotope trên cấu trúc 1JSM 50 [...]... (hình 1.3) Việt Nam vẫn nằm trong tình trạng b o động về mối đe d a c a virus cúm A phân type H5N1, do đó nhu cầu về vaccine cho virus H5N1 đang rất cấp b ch [3][18] 1.2 Đáp ứng miễn dịch tế < /b> b o < /b> B 1.2.1 Giới thiệu tế < /b> b o < /b> B [1] Tế < /b> b o < /b> B (hay còn gọi là lympho b o < /b> B) là một dạng c a tế < /b> b o < /b> b ch huyết đóng vai trò quan trọng trong miễn dịch dịch thể Chức năng chủ yếu c a tế < /b> b o < /b> B là sản sinh ra kháng thể chống... tính chất h a lý dự < /b> đoán < /b> các epitope < /b> tế < /b> b o < /b> B từ cấu trúc b c một c a protein - Phương pháp máy học được đặt trên cơ sở khai thác các trình tự c a các epitope < /b> tế < /b> b o < /b> B đã biết - Phương pháp dự < /b> đoán < /b> d a trên cấu trúc - Phương pháp khảo sát gắn a Phương pháp dự < /b> đoán < /b> d a trên thang tỉ lệ tính chất lý h a Từ năm 1981, các phương pháp dự < /b> đoán < /b> epitope < /b> tế < /b> b o < /b> B đầu tiên được phát triển chủ yếu d a trên các hệ... hiện vai trò c a tế < /b> b o < /b> trình diện kháng nguyên (APC) và có thể biệt h a thành tế < /b> b o < /b> nhớ sau khi được hoạt h a b i kháng nguyên Tế < /b> b o < /b> B là thành phần quan trọng trong đáp ứng miễn dịch Thông thường tế < /b> b o < /b> B được tìm thấy ở túi Fabricius ở loài chim Đây là một loại mô tương tự với tủy xương, nơi phát triển c a tế < /b> b o < /b> B ở động vật có vú 1.2.1.1 Quá trình biệt h a Hình 1.4: Sơ đồ biệt h a c a tế < /b> b o < /b> Lympho... gi a epitopeparatope mang tính đặc hiệu cao 1.2.3.2 Phân loại Hình 1.12: Epitope < /b> liên tục và epitope < /b> không liên tục (a -b: epitope < /b> liên tục; c-d: epitope < /b> không liên tục) D a trên đặc điểm cấu trúc, epitope < /b> được phân làm hai loại: epitope < /b> liên tục là những peptide liên tục, thẳng hàng có độ dài từ 9-12 amino acid Epitope < /b> gián đoạn (hay epitope < /b> cấu trúc) được hợp thành từ những amino acid ở cách xa nhau... c a phần tử virus được bao b c b ng một màng lipid c a tế < /b> b o < /b> chủ, trên màng này có đính các glycoprotein thuộc hai loại HA và NA Mặt trong c a lớp vỏ được bao b c b ng một lớp protein M1 B n trong là phức hợp RNA-nucleoprotein (RNP) và các protein không cấu trúc (NS1, NS2) Phức hợp RNP bao gồm một protein PA, một protein PB1, một protein PB2 và nhiều protein NP gắn với một mảnh RNA b gen virus HA... nhưng gần nhau về mặt không gian do sự gấp cuộn c a chuỗi polypeptide (hình 1.12) Trang 18 Luận văn thạc sĩ Tổng quan tài liệu D a trên cơ chế gây đáp ứng miễn dịch, epitope < /b> được phân thành hai loại epitope < /b> tế < /b> b o < /b> B và epitope < /b> tế < /b> b o < /b> T Epitope < /b> tế < /b> b o < /b> T là những đoạn epitope < /b> mạch thẳng, liên tục gắn với phân tử MHC (Major Histocompatibility Complex) và được nhận diện b i tế < /b> b o < /b> T Epitope < /b> tế < /b> b o < /b> B được nhận... (cytoplasma immunoglobulin) Các CIg c a tế < /b> b o < /b> tiền B sau đó được biểu lộ lên b mặt tế < /b> b o < /b> gọi là SIg (Surface immunoglobulin) Ở các tế < /b> b o < /b> lympho B trưởng thành đều có SIg thuộc lớp IgM hoặc phối hợp gi a lớp IgM và IgD Các tế < /b> b o < /b> lympho B chiếm khoảng 5-15% tế < /b> b o < /b> lympho c a máu Trong quá trình biệt h a, chúng biểu lộ một số dấu ấn b mặt (surface marker), dấu ấn có tính chất kinh điển là SIg mà a số... chế này gây ra những biến đổi lớn và nhanh chóng trong b gen virus [11] Hình 1.1: Cấu trúc c a virus cúm A Trang 5 Luận văn thạc sĩ Tổng quan tài liệu B ng 1.1: Chức năng c a các protein virus cúm A [11] Mảnh Protein Tên đầy đủ Chức năng 1 PB1 Polymerase B1 protein 2 PB2 Polymerase B2 protein Gắn cặp trong quá trình phiên mã 3 PA Polymerase A protein Tham gia vào quá trình phiên mã 4 HA Hemagglutinin. .. nhập vào b n trong nhân tế < /b> b o < /b> chủ, virus cúm b t đầu quá trình sao chép Phức hợp RNP được dùng làm khuôn để tổng hợp hai loại RNA mạch dương khác nhau là RNA thông tin c a virus (vmRNA) và cRNA (complementary RNA) nhờ một enzyme c a virus là RNA polymerase phụ thuộc RNA Enzyme này được đính kèm trong phức hợp RNP, bao gồm ba tiểu phần là PA, PB1, PB2 Sự khác biệt gi a vmRNA và cRNA là vmRNA được gắn... c a Kolaskar d a trên thang tỉ lệ tính kháng nguyên, phương pháp c a Pellequer áp dụng thang tỉ lệ tính chất cấu trúc, lý h a Tuy nhiên, các phương pháp dự < /b> đoán < /b> epitope < /b> tế < /b> b o < /b> B d a trên thang tỉ lệ này chỉ đạt độ chính xác khoảng 53-58% Trang 21 Luận văn thạc sĩ Tổng quan tài liệu b Phương pháp dự < /b> đoán < /b> sử dụng các mô hình máy học Các phương pháp dự < /b> đoán < /b> epitope < /b> tế < /b> b o < /b> B sử dụng mô hình máy học dựa . trúc c a virus cúm A 5 Hình 1.2: Vòng đời virus cúm A 8 Hình 1.3: Sự lan nhanh c a virus cúm A (H5N1) trên toàn thế giới 9 Hình 1.4: Sơ đồ biệt h a c a tế b o Lympho B 10 Hình 1.5: Hoạt h a. Non−structural protein 1 NS2 Non−structural protein 2 PA Polymerase A protein PB1 Polymerase B1 protein PB2 Polymerase B2 protein Luận văn thạc sĩ Trang ii PDB Protein Data Bank RMSD. tả trên hình 1.1. B n ngoài c a phần tử virus được bao b c b ng một màng lipid c a tế b o chủ, trên màng này có đính các glycoprotein thuộc hai loại HA và NA. Mặt trong c a lớp vỏ được bao b c