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生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN 2016, 32(3):203-208
目前，我国每年约有 11-13 万人死于原发性
肝癌，占全球肝癌死亡数的半数之多。在诱发肝细
胞 癌（hepatocellular carcinoma，HCC） 的 众 多 因 素
中， 乙 型 肝 炎 病 毒（hepatitis B virus，HBV） 感 染
占到 50% 以上［1-3］。流行病学和分子生物学研究认
为 HBV 是 HBV 相关性 HCC 发生的高危因素。HBx
（Hepatitis B virus X protein）是 HBV 四个开放读码
框架中 X 编码的一种病毒多功能蛋白，研究发现 X
基因表达产物（HBx）在肝癌形成过程中参与肝癌
血管生成，但作用机理并不明确［4，5］。URG11（up-
regulated gene11）是一个可被 HBx 蛋白上调的基因，
能促进肝癌细胞 G1 期向 S 期进展，与肿瘤的发生、
发展和转移密切相关的基因［6，7］。
URG11 与肿瘤关系的相关的报道已经很多，但
并未对其进行详细的生物信息学分析。本实验通过
HBx 基因稳定转染的 HepG2 细胞为实验组，非转染
的肝癌细胞 HepG2 为对照组，通过 Agilent 人全基
因芯片筛选差异表达基因，通过生物信息学方法对
其进行分析，旨在为 HBV 相关肝癌的发生、转移的
诊断、靶基因治疗和预后评估提供参考。
收稿日期 ：2015-06-04
基金项目 ：西安市科技计划项目（SF1418（6）），西安医学院科研项目（12FZ15），西安医学院附属医院科研项目（XYFY11-14）
作者简介 ：姚杨，硕士研究生，研究方向 ：生化与分子 ；E-mail ：yaoyang1220@sina.com
上调基因 -11（URG11）生物信息学与功能分析
姚杨  苏杰  刘凯歌  徐锐
（西安医学院第一附属医院，西安 710077）
摘 要 ： 应用基因芯片技术获取以稳定转染 HBx 基因的肝癌细胞 HepG 2（HepG2-X）Y，以及非转染的肝癌细胞 HepG 2 的差
异表达基因，利用生物信息学方法对其进行初步分析表明，该蛋白基因编码 673 个氨基酸，预测分子量为 17.06 kD，理论等电点
为 4.83，定位于细胞核，具有转录调控、生长因子、信号传导的功能，同源性分析结果表明，其碱基序列与已经报道的其他 12 个
物种的相似率为 76%-97%，且符合种属之间的进化关系。
关键词 ： 乙肝相关性肝癌 ；生物信息学分析 ；URG11 ；HBx
DOI ：10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2016.03.032
Function Analysis of Up-regulated Gene（URG11）Based on Its
Bioinformatics
YAO Yang SU Jie LIU Kai-ge Xu Rui
（The First Affiliated Hospital of Xi’an Medical University，Xi’an 710077）
Abstract: This work was to obtain differentially-expressed genes with hepatoma cell HepG （HepG2-X）Y of stable transfected HBx
and non-transfected hepatoma cell HepG 2 using gene chip technology. The preliminary bioinformatic analysis demonstrated that the gene of the
protein encoded 673 amino acids with a predicted molecular weight of 17.06 kD and pI 4.83. URG11 were mainly localized in the nuclear and
played the role in transcription regulation，growth factor and signal transducer，and it showed 76%-97% identity with the others reported 12
species，as well as was consistent with the evolutionary relationship between species.
Key words: HBV-related hepatocellular carcinoma ；bioinformatics ；URG11 ；HBx
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.3204
1 材料与方法
1.1 材料
人 肝 癌 细 胞 系 HepG2 及 HepG2-X 均 为 本 实 验
室保存。10% 小牛血清（四季青生物工程工司），
RPMI-1640 培养基（Gibco 公司）；消化液（0.02%EDTA
0.25% 胰 蛋 白 酶 ）；DEPC 水 ；Agilent 人 类 全 基 因
4×44K 芯 片 ；Agilent Microarray Scanner 和 Agilent
feature extraction 数据分析软件。
1.2 方法
1.2.1 基因芯片 用 Trizol［8］法分别抽取实验组及
对照组细胞总 RNA，紫外分析及电泳检测，合成有
荧光标记的 cDNA 探针并纯化，将基因芯片和杂交
探针分别在 95℃水溶液中变性 5 min，将探针加在
芯片上，盖玻片封片，65℃，10 r/min，滚动杂交 17 h，
实验组和对照组分别杂交上样量 825 ng，60℃下用
SCC 和 0.2%SDS 分别洗 2 min，室温晾干。片结果
采用 Agilent Microarray Scanner 进行扫描，用 Feature
Extraction software 10.7 读 取 数 据， 最 后 采 用 Gene
Spring Software 11.0 进行归一化处理，所用的算法为
Lowess。
1.2.2 序列的生物信息学分析 利用 BLAST 在线
分析工具分别对 GenBank 的非冗余核算数据库和非
冗余蛋白质数据库序列进行比对分析 ；采用 NCBI
的 ORF finder［9］ 对 URG11 开放阅读框进行预测 ；
利用 ExPASy 的 ProtParam［10］程序统计基因中各种
氨基酸含量，并预测理论分子量和等电点 ；应用
ProtScale［11］ 程序进行蛋白质的疏水性分析 ；跨膜
结构域分析采用 TMHMM 软件预测［12］。信号肽采
用 SignalP3.0server 工具分析［13］。磷酸化位点分析
采用蛋白质亚细胞定位 NetPhos2.0 Server 在线分析
工具［11］。采用在线工具（http://psort nibb.ac.jp/form.
html）预测，通过 NCBI 数据库 GenBank 分析蛋白
质保守结构域 ；采用 Protfun 在线工具预测 URG11
的 功 能 分 类［14］；采 用 同 源 模 型 服 务 软 件 SWISS-
MDEL［15，16］预测 URG11 的三维结构；采用 MEGA5.0
软件进行系统进化树的构建。
2 结果
2.1 开放阅读框分析
本研究利用 NCBI ORF Finder 对 URG11 在线分
析表明其在 +1 阅读框有最长的开放性读码框，长度
为 2 020 bp 编码 673 个氨基酸残基（图 1）。
Length: 673 aa
图 1 人 URG11 基因序列的 ORF 分析
2.2 保守结构域预测
利用 NCBIBLAST 工具进行保守区分析，发现
URG11 氨基酸序列中含有 4 个保守的作用位点，如
图 2 所示。
2.3 理化性质分析
利用 ExPASy 在线工具 ProtParam 对 URG11 基
因编码产物的理化性质预测结果表明，其中含量最
多的两种氨基酸是 Cys（C）和 Gly（G），所占比例
分别为 34.4% 和 27.8% 理论分子量为 17.06 kD，理
论等电点为 4.83。
根据蛋白质亲水性 / 疏水性分析原理，利用
ExPASy ProtScal 程序，对人 URG11 基因编码产物的
疏水性进行分析，结果（图 3）显示，整条多肽链
表现为亲水性，由此可知人 URG11 是一种可溶性
蛋白。
2.4 跨膜结构域分析
TMHMM 综合了跨膜区疏水性、螺旋长度和膜
2016,32(3) 205姚杨等 ：上调基因 -11（URG11）生物信息学与功能分析
的作用，如新陈代谢、细胞分裂及信号转导等，利
用 NetPhos2.0 Server 在线分析工具对 URG11 磷酸化
位点分析，结果（图 6）发现有 29 个丝氨酸和 12
个苏氨酸可能被磷酸化。
2.6 编码产物功能预测及分析
通过 Protfun 预测 URG11 编码产物的功能，从
分析结果（表 1）可知，URG11 具有转录调控、生
长因子、信号传导的功能，可能性分别为 0.854、
0.476、0.365。
2.7 URG11保守域预测与高级结构分析
通过 Swiss-Modeling 软件对 URG11 的氨基酸序
列进行蛋白质三维结构的同源建模，获得其氨基酸
序列的预测三级结构（图 7）。
2.8 同源比对和系统进化树分析
将 URG11 氨基酸序列与 NCBI 数据库在核苷
酸和蛋白质一级结构水平上进行同源性比较，结果
（表 2）表明其在进化中十分保守，与其他 12 种物
种 URG11 氨基酸水平的相似性为 76%-97%。同时
也反映了 URG11 编码产物在不同物种结构上的稳定
性对生物体功能的重要性。根据 URG11 基因特征序
1 100
Putative conserved domains have been detected, click on the image below for detailed restults.
200 300 400 500 600 673
Query seq.
Specific hits
Superfanilies VWC swperfam VWC swperfam VWC swperfam VWC swperfam
VWC
图 2 保守域预测结果
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
-0.5
-1.0
-1.5
-2.0
-2.5
-3.0
Sc
or
e
0 100 200 300 400 500 600
Position
图 3 ProtScal 程序分析 URG11 编码产物的疏水性结果
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
pr
ob
ab
ili
ty
0 100
transmembrane inside outside
TMHMM posterior probabilities for Sequence
200 300 400 500 600
图 4 URG11 跨膜结构预测产物信号肽预测
蛋白拓扑学限制等性质，用马氏模型对跨膜区及
膜内外区进行整体预测。本实验利用 TMHMM 对
URG11 进行跨膜结构的分析，结果表明此蛋白不含
跨膜位点。
信号肽（signal peptide）是一段由 3-60 个氨基
酸组成的短肽序列，它是引导新合成蛋白质被输送
至目的地点的识别信号，也被称为靶标信号。利用
SignalP 3.0 Server 工具对人 URG11 信号肽进行预测，
结果（图 5）表明，该蛋白不含信号肽。
2.5 磷酸化位点分析
磷酸化和去磷酸化在多种真核细胞中具有重要
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
Sc
or
e
0 10 20 30
C-score
S-scoreY-score
Position
40 50 60 70
图 5 URG11 编码产物氨基酸序列信号肽预测
生物技术通报 Biotechnology Bulletin 2016,Vol.32,No.3206
列和保守序列在 GenBank 数据库进行检索，物种间
系统进化树（图 8）分析表明，白颊长臂猿、苏门
答腊猩猩、猕猴的亲缘关系较近。
3 讨论
URG11 最早是利用抑制消减杂交及全长 PCR
扩增技术克隆的一个基因，该基因定位于人 11 号染
673 Sequence
Phosphorylation sites predicted: Ser: 29 Thr: 12 Tyr: 0
80
160
240
320
400
480
560
640
720
80
160
240
320
400
480
560
640
720
图 6 NetPhos2.0 Server 预测磷酸化位点
表 1 URG11 编码产物功能分析结果
Gen ontology category Prob odds
信号传导（Signal transducer） 0.078 0.365
受体（Receptor） 0.012 0.072
荷尔蒙（Horemone） 0.001 0.206
结构蛋白（Structural protein） 0.003 0.116
转载体（Transporter） 0.024 0.224
离子通道（Ion channel） 0.015 0.264
电压门控离子通道（Voltagegated ion channel） 0.005 0.231
阳离子通道（Cation channel） 0.014 0.296
转录（Transcription） 0.069 0.537
转录调控（Transcription regulation） 0.107 0.854
胁迫应答（Stress response） 0.023 0.257
免疫应答（Immune response） 0.017 0.203
生长因子（Growth factor） 0.007 0.476
金属离子转移（Metal ion transport） 0.009 0.020
图 7 URG11 氨基酸序列高级结构分析结果
图 8 不同物种 URG11 编码产物系统发育树
表 2 URG11 与其他近缘物种该蛋白基因氨基酸序列同源性
物种 相似性 /% 物种 相似性 /%
Nomascusleucogenys 97 Papio anubis 82
Pongo abelii 94 Oryctolagus cuniculus 82
Pan paniscus 86 Rattus norvegicus 79
Gorilla gorilla 86 Taeniopygia guttata 79
Ornithorhynchus anatinus 84 Callithrix jacchus 77
Macaca mulatta 83 Otolemur garnettii 76
2016,32(3) 207姚杨等 ：上调基因 -11（URG11）生物信息学与功能分析
色体长臂，能促进肝癌细胞系的增殖、分化并促进
肝癌细胞裸鼠体内的成瘤能力，更重要的是将此基
因转染入肿瘤细胞，可促进 B-连接蛋白（B-catenin）
的表达。B-catenin 不仅在维持细胞正常形态及介导
细胞运动中发挥重要作用，还是与肿瘤发生及发展
密切相关的 Wnt 信号转导通路中的关键分子［17，18］。
Peng 等［19］发现 URG11通过上皮间质转化促进胰腺
癌的侵袭，从而导致预后效果不佳。Fan 等［20］发现
抑制 URG11，HCC 细胞可通过下调 G1-S 期相关蛋
白抑制细胞增殖，通过下调 BCL-2 诱导细胞凋亡。
虽然关于 URG11 基因的报道已经很多，但并未
对其进行详细的生物信息学分析。本研究通过基因
芯片技术筛选出 HBx 参与的乙肝相关性肝细胞性癌
差异表达基因 URG11，对其同源性比较结果表明，
其碱基序列与已经报道的其他 12 个物种的相似率为
76%-97%，与其他物种比较，URG11 基因氨基酸序
列表现出高度保守性，以保证其执行重要的生物学
功能。利用 MeGa5.0 软件基因 NJ 法构建系统进化树，
人 URG11 与大猩猩、黑猩猩、普通狨该基因的分子
进化距离最近，亲缘关系最密切，这与动物学分类
结果一致，这种同源性在一定程度上代表着物种亲
缘关系的远近，同时也反映了 URG11 编码产物在不
同物种结构上的稳定性对生物体功能的重要性。随
着对 URG11 结构和功能的深入研究，针对 URG11
的干扰和抑制可能成为一种新型的临床分子靶点抗
癌药物。
4 结论
本研究结合分子生物学技术和生物信息学分析，
通过基因芯片技术筛选出 HBx 参与的乙肝相关性肝
细胞性癌差异表达基因 URG11，该基因编码 673 个
氨基酸，预测分子量为 17.06 kD，理论等电点为 4.83，
同源性分析结果表明，其碱基序列与已经报道的其
他 12 个物种的相似率为 76%-97%，且符合种属之
间的进化关系。亚细胞定位于细胞核的可能性大，
具有转录调控、生长因子、信号传导的功能。
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（责任编辑 李楠）