人源胶原蛋白家族的结构域及进化分析

胶原蛋白是一个复杂而庞大的家族,人胶原蛋白肽链的相对分子质量高达45~344 kD,共有44个家族成员。为了揭示人胶原蛋白的进化机制,本研究构建了人胶原蛋白的进化树,分析了其氨基酸序列中结构域和保守基序(motif)的种类及分布特点。结果发现人胶原蛋白具有14种结构域和10个motif,同一种结构域中往往包含相同的motif,进化树中同一分支上的胶原蛋白肽链也往往具有种类相同的结构域。在人胶原蛋白的非胶原结构域中,VWC结构域(von Willebrand factor type C domain)位于COL1A1、COL2A1、COL3A1和COL5A2中,这4种胶原蛋白位于人胶原蛋白全长序列进化树的同一分支上,但该分支中仅有COL1A2不包含VWC结构域。对不同物种COL1A2的N端序列进行多序列比对结果表明:COL1A2的VWC结构域在无脊椎动物向脊椎动物进化的过程中丢失。VWA结构域(von Willebrand factor type A domain)是胶原蛋白肽链中分布最广的非胶原结构域,存在于12种人胶原蛋白肽链中。VWA结构域蛋白质序列的BLAST比对结果表明,VWA结构域在人胶原蛋白的肽链之间复制。C4结构域(C-terminal tandem repeated domain intype 4 procollagen)只存在于IV型胶原蛋白中,对人胶原蛋白的C4结构域构建进化树,结果显示C4结构域中的C4-1和C4-2两个结构域进化速度一致,具有协同进化的现象。因此,胶原蛋白以结构域为基本进化单位,在进化中出现重复、缺失或协同进化的现象。