2024年5月15日发(作者：哪个手机论坛人多)

人DMP1结构及功能的生物信息学分析

黄燕; 裴晋红; 李钰娜; 栗学清; 武翠玲; 郑军; 王博; 宋丽华

【期刊名称】《《中国骨质疏松杂志》》

【年(卷),期】2019(025)009

【总页数】6页(P1263-1268)

【关键词】DMP1; 生物信息学; 结构; 功能

【作 者】黄燕; 裴晋红; 李钰娜; 栗学清; 武翠玲; 郑军; 王博; 宋丽华

【作者单位】长治医学院基础医学部生物化学教研室 山西长治046000; 长治医学

院药学系 山西长治046000

【正文语种】中 文

【中图分类】Q71

牙本质基质蛋白1(dentin matrix protein 1，DMP1)于1993年George在牙齿

中首次发现而得名[1]，后期发现骨组织中，DMP1的表达水平显著高于牙本质[2]。

DMP1在调节骨、牙齿矿化，体内磷水平稳态方面具有重要作用[3-4]。离体实验

显示，DMP1作为转录因子或胞外整合素配体，通过激活MAPK信号转导途径，

调控成骨细胞及成牙本质细胞分化[5]。近来，多项研究表明，一部分DMP1进入

了细胞核，但其在核内的调控机制仍需探讨[6]。本文通过生物信息学方法分析

DMP1的结构和功能，为深入研究该蛋白的功能提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

从NCBI的Gen-Bank数据库获得DMP1蛋白的 513个氨基酸的序列信息，进行

后续的生物信息学分析。

1.2 方法

登陆在线软件，输入DMP1氨基酸序列，通过各参数分析并预测DMP1蛋白的性

质、结构与功能。如：登陆Expert Protein Analysis System数据库，采用其中

的Prot Param Tool工具分析DMP1的理化性质；Prort Scale Tool工具分析

DMP1的亲疏水性质；SPORTII分析DMP1的亚细胞定位；Signal P 4.0软件分

析DMP1信号肽，NLStradamus工具预测该蛋白的核定位信号；TMHMM 2.0

分析DMP1的跨膜区域；SOPMA工具分析DMP1的二级结构，SWISS-MODEL

预测蛋白的三级结构；Net Phos 3.1在线预测DMP1蛋白磷酸化位点；Net

Nglyc 1.0 Server 在线预测DMP1蛋白N-糖基化位点；通过STRING数据库，

构建DMP1的蛋白质间相互作用网络图；JASPAR预测可能的转录因子结合位点；

Bio GPS数据库分析DMP1在人体正常组织中的表达情况；通过NCBI BLAST在

线选择比对序列并构建系统进化树。

2 结果

2.1 Dmp1基因的编码产物分析

人Dmp1基因定位于4q22.1，包括7个外显子，有4中不同剪切方式，编码产

物见表1，其中转录产物NM_004407.3全长2 693 bp，其相应的编码产物

NP_004398.1为513个氨基酸组成的DMP1的共识序列。

表1 Dmp1 基因可变剪切产物Table 1 Alternative transcripts of Dmp1

genemRNA编号蛋白产物编号

NM_001079911.2NP_001073380.1NM_004407.3NP_004398.1XM_01153170

5.2XP_011530007.1XM_011531706.2XP_011530008.1

2.2 DMP1的理化性质分析

登陆ExPASy网站，采用Prot Param工具分析获得DMP1蛋白分子式为

C2232H3458N674O987S8，相对分子量是55782.41 Da，丝氨酸含量最高，占

到整个序列的21.4%。多处存在磷酸化及O-糖基化修饰位点。DMP1的半衰期为

30 h，不稳定系数为86.69，归类为不稳定蛋白。DMP1序列中的酸性氨基酸-

Asp和Glu共142个，碱性氨基酸-Arg、Lys及His共51个，理论上的等电点

为4.00，表明DMP1是一种酸性蛋白质。

Prot Param 分析得到，DMP1的脂肪系数为33.47，平均亲水性是-1.598；登陆

ExPASy网站，采用Prort Scale软件分析，DMP1最强亲水位点在第104位的天

冬氨酸，分值-3.544，第7位的亮氨酸疏水性最强，分值2.600。纵观DMP1序

列中所有氨基酸的亲疏水性质，如图1所示，亲水多于疏水，表明DMP1是亲水

性蛋白质。

图1 DMP1 蛋白的亲-疏水性分析Fig.1 Hydrophilic-hydrophobic analysis of

DMP1 protein

2.3 DMP1蛋白的亚细胞结构定位分析

通过SPORTⅡ预测，DMP1蛋白定位于细胞外、细胞质、细胞核的可能性分别为

55.6%、22.2%和22.2%。

图2 DMP1蛋白信号肽分析Fig.2 Signal peptide analysis of DMP1

2.4 DMP1蛋白的信号肽、核定位信号及跨膜区分析

利用Signal P 4.1在线分析DMP1蛋白的信号肽序列，如图2所示。原始剪切位

点C值最大切割点在第17个氨基酸残基位置，分值0.810；Y值即被结合的剪切

点最高点在第17位氨基酸，分值为0.880；第10个氨基酸处为信号肽分值最高

位点，分值0.972；1～16位氨基酸平均信号肽分值为0.918，能够形成经典的信

号肽区域。运用NLStradamus工具预测蛋白的核定位信号，结果显示不存在核定

位信号序列，见图3。TMHMM Server v.2.0在线预测，DMP1蛋白序列中无跨

膜区，见图4。

图3 DMP1核定位信号分析Fig.3 NLS analysis of DMP1

图4 DMP1跨膜区域分析Fig.4 Analysis of transmembrane region of DMP1

2.5 DMP1蛋白的空间结构预测

SOPMA预测DMP1的二级结构，结果显示多肽链中α-螺旋占15.79%，无规卷

曲占76.41%，延伸链占5.07%，β-转角占2.73%，其中无规卷曲占主导(图5)；

SWISS-MODEL在线预测DMP1蛋白的三级结构，如图6所示。

图5 DMP1的二级结构分析Fig.5 Secondary structure prediction of DMP1

图7 DMP1蛋白磷酸化位点预测Fig.7 Prediction of phosphorylation sites of

DMP1 protein

图6 DMP1的三级结构预测Fig.6 Prediction of tertiary structure of DMP1

protein

2.6 DMP1蛋白磷酸化位点预测

NetPhos 3.1在线预测DMP1蛋白磷酸化位点，见图7。结果表明，DMP1含有

123个潜在的磷酸化位点，其中丝氨酸磷酸化位点最多，有106个；苏氨酸磷酸

化位点12个；酪氨酸磷酸化位点5个。除酪氨酸外的118个潜在磷酸化位点也

是O-糖基化位点。

2.7 DMP1蛋白N-糖基化位点预测分析

NetNglyc 1.0 Server 在线软件预测DMP1蛋白N-糖基化位点，见图8，结果显

示， DMP1蛋白序列中存在8个潜在N-糖基化位点。

图8 DMP1蛋白N-糖基化位点预测Fig.8 Prediction of N-glycosylation sites

of DMP1

2.8 蛋白质相互作用、Dmp1基因5’非翻译区分析

STRING数据库预测与DMP1相互作用的蛋白，构建蛋白相互作用网络图，见图

9，包括整合素α-V(ITGAV)、E1A 结合蛋白p300(EP300)、整合素β3(ITGB3)、

Jun B原癌基因(JUNB)、成纤维细胞生长因子23(FGF23)、外源核苷酸焦磷酸酶/

磷酸二酯酶1(ENPP1)、整合素结合的唾液酸蛋白(IBSP)、牙本质涎磷蛋白(DSPP)、

X连锁的磷酸调节内肽酶同系物(PHEX)、TAF2 RNA聚合酶II (TAF2)，DMP1蛋

白与这10种蛋白的相关系数分别为0.905、0.903、0.901、0.900、0.838、

0.762、0.732、0.727、0.687、0.628，JASPAR分析显示JUNB作为转录因子可

能结合Dmp1基因5’非翻译区(表2)调控DMP1的表达。此外，Myc、Eip74EF、

SP1、Bcl6、Myb等转录因子都具有潜在结合位点，进一步提示DMP1的表达受

到多种因素的影响。

表2 转录因子JUNB的DNA潜在结合位点Table 2 DNA Binding sites of

transciption factor JUNB转录因子潜在结合位点结合位点序列JUNB146～

156TACTGCCTCAG398～408CAGTGAGACAA 431～441CAGTGACCCAG

Myc1804～1813TTCACATGGCEip74EF 179～185CAGGAAT 802～

808TAGGAAA915～921CAGGAAGSP11105～1114TGGGAGTGGT 1650～

1659GAGGCGGGAA1673～1682AGGGCAGGGTBcl61435～

1448TTTCCTAGTAGGTG Myb504～511AACGGTTA728～735GGCAGCTG

1176～1183GGCAGTTT

图9 DMP1蛋白相互作用网络Fig.9 Protein-protein interaction network for

DMP1

2.9 DMP1在人体正常组织中的表达

BioGPS数据库显示，DMP1蛋白在人体各正常组织均有表达，其中在心肌和骨骼

肌中含量较高，如图10所示。提示DMP1具有重要的生物学功能，但目前对其

功能还缺乏进一步了解。

图10 DMP1在人体各组织中的表达Fig.10 Expression of DMP1 in different

human tissues

2.10 DMP1的系统进化分析

通过NCBI中BLAST分析，选择奇蹄目、食肉目、啮齿目、灵长目及偶蹄目动物

序列直接建树，见图11。结果与物种进化程度一致，人DMP1蛋白在灵长类动物

中具有保守的分子功能。

图11 DMP1蛋白分子进化树Fig.11 The phylogenetic tree of human DMP1

protein

3 讨论

DMP1属于小整合素结合配体N-糖蛋白家族成员，不仅表达于牙齿和骨组织，脑、

心肌、肝脏等非矿化组织也有表达[7]。DMP1不仅可以诱导未分化的间充质干细

胞分化为成骨细胞[8-9]，还可以通过调节FGF23来平衡体内磷酸盐代谢[10]；在

成骨细胞分化的早期阶段，c-Jun调控Dmp1基因的转录，但在成骨细胞分化末

期，c-Jun的作用并不显著。有研究显示，矿化过程中，c-Jun与调节蛋白p300

相互作用，结合在启动子区，协同调节Dmp1基因的表达[11]；过表达Runx2能

诱导C3H10T1/2细胞中Dmp1基因的表达[12]；lncRNA32865作用于Dmp1

基因启动子区调控Dmp1的基因表达[13]；DMP1在Hacat细胞和口腔鳞癌细胞

中的表达存在差异[14]；卵巢去势骨质疏松大鼠下颌骨中Dmp1 mRNA表达水平

明显下降[15]；DMP1参与大鼠下颌前移过程中髁突软骨的适应性重塑，促进髁

突软骨内成骨和软骨增殖[16]。以上研究表明，DMP1在骨代谢、肾的矿物质代

谢、肿瘤的发生等方面均有影响，但其作用的分子机制尚未完全明了。

本研究基于生物信息学分析和预测DMP1的结构与功能，结果提示，人DMP1蛋

白是酸性亲水蛋白，有信号肽，无跨膜区；主要二级结构元件是无规卷曲；具备丰

富的磷酸化位点及糖基化位点；具有利于蛋白间相互作用的结构特点及多种转录因

子潜在结合位点，人体各组织均有表达。

综上所述，提示DMP1多数为游离存在的酸性分泌性蛋白；无规卷曲占主导的二

级结构元件表明DMP1具有疏松的结构特征，为与其他分子的相互作用提供了便

利；多种修饰位点的存在为其功能活性的改变提供了更多可能；在人体各组织的广

泛性表达，为其发挥重要的生物学功能提供了物质基础。因此，本文分析和预测

DMP1的结构和功能，对明确DMP1作用的分子机制具有参考意义。

【参考文献】

【相关文献】

[1] George A, Sabsay B, Simonian PA, et terization of a novel dentin matrix acidic

ations for induction of biomineralization [J].J Biol Chem,1993,

268(17):12624-12630.

[2] MacDougall M, Gu TT, Luan X, et fication of a novel isoform of mouse dentin

matrix protein 1:spatial expression in mineralized tissues [J].J Bone Miner Res,1998,

13(3):422-431.

[3] Suzuki S, Haruyama N, Nishimura F, et matrix protein-1: Two highly

phosphorylated poteins in mineralized tissues[J].Arch Oral Biol,2012,57(9):1165-1175.

[4] Liu S, Zhou J, Tang W, et enic role of Fgf23 in Dmp1-null mice [J].Am J Physiol

Endocrinol, 2008,295(2):254-261.

[5] Wu H, Teng PN, Jayaraman T, et matrix protein 1 (DMP1) signals via cell

surface integrin[J].J Biol Chem,2011,286(34):29462-29469.

[6] Siyam, Wang S, Qin C, et r localization of DMP1 proteins suggests a role in

intracellular signaling[J].Biochem Biophys Res Commun,2012,424(3):641-646.

[7] 占柳，谢淑娟，潘卫红.牙本质基质蛋白-1及其特异性表达的研究进展[J].现代口腔医学杂

志,2013,27(1):55-58.

[8] Lu Y, Ye L, Yu S, et of odontogenesis in Dmp1 deficient mice by targeted re-

expression of DMP1 reveals roles for DMP1 in early odontogenesis and dentin apposition

in vivo [J].Dev Biol,2007,303(1):191-201.

[9] Almushayt A, Narayanan K, Zaki AE, et matrix protein 1 induces

cytodifferentiation of dental pulp stem cells into odontoblasts[J].Gene

Ther,2006,13(7):611-620.

[10] Feng JQ, Ward LM, Liu S, et of DMP1causes rickets and osteomalacia and

identifies a role for osteocytes in mineral metabolism[J].Nat Genet,2006,38(11):1310-1315.

[11] Narayanan K, Srinivas R, Peterson MC, et riptional regulation of dentin matrix

protein1by JunB and p300during osteoblast differentiation[J].J Biol

Chem,2004,279(43):44294-44302.

[12] Fen JQ, Zhang J, Dallas SL, et matrix protein1, a target molecule for Cbfa1in

bone is a unique bone marker gene[J].J Bone Miner Res,2002,17(10):1822-1831.

[13] 李博亚,伍虹,夏昕,等.长链非编码RNA对牙本质基质蛋白1的调控机制[J],中华口腔医学研究杂

志(电子版),2017,11(1):7-11.

[14] 孟祥,朴松林,孙长生,等.牙本质基质蛋白1在口腔鳞癌细胞中的表达[J],现代生物医学进展,2017,

5:806-809.

[15] 吴迪，张斌，李莹,等.DMP1在去势大鼠颌骨中的表达[J],现代生物医学进

展,2016,16(35):6808-6811.

[16] 汪浩然,左艳萍,闫宝勇,等.牙本质基质蛋白-1参与下颌功能前伸过程中髁突软骨增殖的实验研

究[J],中国实用口腔科杂志,2017,10(9):554-557.