可溶性重组hTRAIL蛋白抑制U251细胞生长

肿瘤坏死因子相关凋亡诱导配体(TNF-related apoptosis inducing ligand, TRAIL) 是TNF超家族中的成员,能够广泛诱导肿瘤细胞凋亡,对正常细胞无明显毒副作用. TRAIL已成为肿瘤治疗领域的研究热点.人脑胶质瘤是神经系统肿瘤中最常见类型, 占颅内肿瘤50%~60%,5年存活率为20%~30%. 本研究探讨可溶性TRAIL蛋白对人脑胶质瘤细胞（U251）的抑制作用. 由大肠杆菌表达系统表达的TRAIL多为包涵体,为获得可溶性的蛋白,将hTRAIL95~281功能区基因片段插入到pHisSUMO表达载体,经IPTG低温诱导表达,Ni-NTA Agarose纯化后获得可溶性SUMO-hTRAIL,经SUMO ProteaseⅠ切去SUMO融合标签后获得成熟可溶hTRAIL蛋白. 以U251细胞为靶细胞,通过MTT法检测TRAIL对肿瘤细胞的抑制作用.结果证明,TRAIL对U251细胞的抑制呈剂量依赖关系,最大抑制率为53.9%.流式细胞仪检测TRAIL诱导U251细胞凋亡实验中,对照组细胞存活率为92.2±0.8％,实验组细胞存活率为35.5±1.2%,证明重组蛋白具有生物学活性,并在体外能明显诱导U251肿瘤细胞发生死亡.本研究结果为TRAIL蛋白在临床上应用于肿瘤治疗奠定了基础.     

9R穿膜肽可增强P53抗肿瘤效果

为解决P53蛋白难以进入细胞内部发挥治疗作用的瓶颈难题.将p53基因融合插入带有9个精氨酸作为穿膜肽的表达载体中表达融合蛋白CPPs-P53,并与没有穿膜肽的P53蛋白进行比较,利用Western blotting方法检测蛋白的表达情况,MTT及Annexin V/PI双染法检测细胞生长抑制率及细胞凋亡率.Western blotting检测表明已成功在原核表达系统中表达融合蛋白CPPs-P53和P53蛋白,且蛋白纯度均已达到90％以上;MTT检测表明,P53蛋白对肿瘤细胞的生长虽有一定的抑制作用,但融合蛋白CPPs-P53与之相比,对肿瘤细胞生长的抑制效果显著增强,细胞生长抑制率有明显的提升,并且细胞生长抑制率呈现剂量依赖性;Annexin V/PI双染检测细胞凋亡情况也表明P53虽可以在一定程度上诱导肿瘤细胞的凋亡,但与P53蛋白相比较,融合蛋白CPPs-P53诱导的凋亡细胞明显增加,凋亡率是P53蛋白的2～3倍.由此说明在抑制肿瘤细胞的生长和诱导细胞凋亡方面,CPPs-P53比没有穿膜肽的P53蛋白的效果更显著.     

提高成纤维细胞生长因子-21产率和纯度

成纤维细胞生长因子-21(FGF-21)作为近期发现的新型代谢调节因子,因其具有独立于胰岛素调节糖脂代谢、增加胰岛素敏感性等作用,有望成为治疗糖尿病的新型药物。包涵体形式表达外源蛋白表达量及纯度高,但是以pET载体表达时,FGF-21以包涵体形式表达,且复性率及产率低,蛋白活性降低[1]。针对这一瓶颈问题,用SUMO载体首次以包涵体形式表达带有SUMO标签的hFGF-21,通过优化培养条件,并应用中空纤维柱膜过滤技术对菌体进行富集,对包涵体进行洗涤、变性及复性,经过亲和层析、凝胶过滤层析的纯化方法,得到了成熟的hFGF-21,在保证蛋白活性的同时增加了蛋白的产量及纯度。通过检测HepG2细胞葡萄糖吸收及2型糖尿病db/db小鼠短期及长期血糖变化鉴定其降糖生物学活性。结果表明,以包涵体形式表达hFGF-21(ihFGF-21)的表达量是可溶形式表达的hFGF-21(shFGF-21)的3倍,最终ihFGF-21的收率为20 mg/L,而shFGF-21的收率仅为6 mg/L。ihFGF-21的纯度可达到95%以上,而shFGF-21仅能达到90%左右;在细胞水平和动物水平上两者的降糖生物学活性一致。在保证hFGF-21生物学活性的前提下,与传统包涵体途径提取目的蛋白的方法相比,应用中空纤维柱膜过滤技术使hFGF-21的生产周期缩短了约1/3左右。综上所述,此法为FGF-21中试及工业化生产提供了高效、经济的策略。     

精氨酸修饰成纤维细胞生长因子21及修饰后蛋白体内稳定性和糖代谢调节作用的研究

成纤维细胞生长因子21(fibroblast growth factor21,FGF21)是2000年发现的一个不依赖胰岛素调节血糖的细胞因子,有望成为治疗糖尿病的候选药物.但是,野生型FGF21由于半衰期较短,在体内不稳定,从而影响其成药性.为提高FGF21的稳定性,本实验在FGF21的C端添加了2个精氨酸(arginine,Arg),命名为FGF21-2A,用Compute pI/Mw软件计算之后,等电点(isoelectric point,pI)从5.43上升到5.84,随后进行了蛋白质的表达、分离纯化、体内稳定性及糖代谢调节作用的研究.诱导表达后菌液的SDS-PAGE图经BandScan5.0分析后显示FGF21-2A的表达量相对于野生型FGF21提高了10.6%.家兔体内半衰期检测实验结果显示FGF21-2A的半衰期显著延长.GOD-POD法检测HepG2肝癌细胞葡萄糖吸收实验、糖尿病小鼠降血糖实验和肝糖原检测实验的结果证明,FGF21-2A的降糖效果得到了增强,并且持续时间相对于野生型FGF21显著延长.Real-time PCR结果发现,长期注射FGF21-2A显著提高了糖尿病小鼠肝脏内葡萄糖转运蛋白(GLUT)1和葡萄糖激酶(GK)mRNA的表达量,降低了葡萄糖-6-磷酸酶(G6P)的mRNA表达量,表明FGF21-2A调节糖代谢的机制与野生型FGF21一致.综上所述,精氨酸修饰的FGF21其蛋白质稳定性提高,进而增加了对血糖的调控效果,有望成为新型糖尿病药物.     

聚乙二醇修饰的成纤维细胞生长因子-21的降血糖作用

成纤维细胞生长因子-21(FGF-21)是FGF家族的一员．现有大量研究表明,FGF-21是除胰岛素以外的一种新的血糖调节因子,有望成为治疗2型糖尿病的新型药物．然而,FGF-21在动物体内稳定性较差,半衰期较短,严重影响了其在临床上的应用．为解决这些问题,本实验采用分子质量为20 ku的单甲氧基聚乙二醇-丙醛(mPEG-ALD)对鼠源FGF-21(mFGF-21)进行N端定点修饰,以改善mFGF-21的性质(如提高体内半衰期、降低免疫原性等)．本文研究了反应pH、反应时间、蛋白质浓度及反应物之间的质量比对mFGF-21与聚乙二醇(PEG)合成反应的影响．采用Capto Q阴离子交换层析或Superdex 75凝胶过滤层析分离纯化聚乙二醇化mFGF-21(PEG-mFGF-21),并最终确定了mFGF-21 聚乙二醇修饰的反应条件和分离PEG-mFGF-21的纯化工艺．随后分别进行了PEG-mFGF-21的理化性质(大小、纯度和体外稳定性)、免疫原性、体内半衰期、体外葡萄糖吸收活性及体内降糖活性的研究．体外稳定性实验结果显示,mFGF-21经PEG修饰后温度稳定性和抗蛋白酶水解稳定性都显著提高．间接ELISA方法检测血清中mFGF-21抗体水平及目标蛋白含量的结果表明,PEG修饰mFGF-21可明显降低其免疫原性,延长体内半衰期．HepG2细胞的葡萄糖吸收实验结果发现,PEG-mFGF-21的细胞活性并没有下降,反而随着刺激细胞时间的延长,经PEG-mFGF-21刺激的细胞葡萄糖吸收显著高于mFGF-21刺激的细胞葡萄糖吸收．2型糖尿病db/db小鼠短期血糖调控实验结果表明,mFGF-21降糖速度快于PEG-mFGF-21,但其持续时间较PEG-mFGF-21短;长期血糖调控实验结果显示,PEG-mFGF-21长期降糖效果优于mFGF-21,作用持续时间长,并且PEG-mFGF-21在停药后控制血糖的能力也高于mFGF-21．综上所述可知,mFGF-21的PEG修饰在不影响其体外生物活性的前提下,能够提高mFGF-21的物理稳定性和抵抗蛋白酶水解的能力、降低免疫原性、增加体内稳定性、延长mFGF-21在动物体内降血糖作用的效果和时间．本实验为FGF-21化学修饰提供了重要的技术平台,对以后FGF-21的临床应用具有非常重要的意义．     

限制性内切酶NotⅠ提纯的新工艺

目前有关限制性内切酶NotⅠ的性质特征及功能机制等方面的研究日渐增多,但商品化NotⅠ及某些限制性内切酶的价格依然居高不下,其主要原因在于表达量低、提纯程序繁琐、得率低等问题的存在。为探索限制性内切酶NotⅠ提纯的新工艺,从豚鼠耳炎诺卡菌(Nocardia otitidis-caviarum)中克隆出限制性内切酶NotⅠ的基因并使之在大肠杆菌中高效表达。首先将由成团肠杆菌(Enterobacter agglomerans)中克隆所得甲基化酶EagⅠM(EagⅠ methylase gene)基因连接到pBR322载体上,转化大肠杆菌ER2566,将豚鼠耳炎诺卡菌中克隆所得的限制性内切酶NotⅠR(NotⅠrestriction endonuclease gene)基因连接到表达载体pACYC184-PT₇上,将此重组质粒转化到上述已转入甲基化重组质粒pBR322-EagⅠM的ER2566中,构建成NotⅠ蛋白表达菌ER2566 。重组工程菌经IPTG诱导可表达限制性内切酶NotⅠ,并对诱导条件进行优化使之以可溶形式高效表达。应用KTA purifier 100蛋白纯化系统,对纯化工艺进行创新,通过DEAE Sephrose FF离子交换层析、phenyl HP疏水层析和Superdex 75 10/300 GL分子筛层析对蛋白进行提纯。纯化后NotⅠ经酶活力及纯度鉴定,其比活力为1.37×10⁶U/mg,提纯35倍,得率为17.8％,产量达9.8×10⁶ Units /g wet cell,提纯时间缩减为原来的1/10,在产量和效率上较以前报道均有很大提高。该纯化工艺的新方法,为实验室制备及工业化生产Ⅱ型限制性内切酶提供了进一步的借鉴。且该酶的成功获得为后续研究提供了材料,为更多新发现内切酶的成功克隆提供了参考。     

限制性内切酶NotI提纯的新工艺

目前有关限制性内切酶Not I的性质特征及功能机制等方面的研究日渐增多,但商品化Not Ⅰ及某些限制性内切酶的价格依然居高不下,其主要原因在于表达量低、提纯程序繁琐、得率低等问题的存在.为探索限制性内切酶Not Ⅰ提纯的新工艺,从豚鼠耳炎诺卡菌(Nocardia otitidiscaviarum)中克隆出限制性内切酶Not Ⅰ的基因并使之在大肠杆菌中高效表达.首先将由成团肠杆菌(Enterobacter agglomerans)中克隆所得甲基化酶Eag I M(Eag I methylase gene)基因连接到pBR322载体上,转化大肠杆菌ER2566,将豚鼠耳炎诺卡菌中克隆所得的限制性内切酶Not IR(Not I restriction endonuclease gene)基因连接到表达载体pACYC184-PT7上,将此重组质粒转化到上述已转入甲基化重组质粒pBR322-Eag I M的ER2566中,构建成Not I蛋白表达菌ER2566[pBR322-Eag I M,pACYC184-PT7-Not I R].重组工程菌经IPTG诱导可表达限制性内切酶Not Ⅰ,并对诱导条件进行优化使之以可溶形式高效表达.应用(A)KTA purifier 100蛋白纯化系统,对纯化工艺进行创新,通过DEAE Sephrose FF离子交换层析、phenyl HP疏水层析和Superdex 75 10/300GL分子筛层析对蛋白进行提纯.纯化后Not Ⅰ经酶活力及纯度鉴定,其比活力为1.37 × 10(6)U/mg,提纯35倍,得率为17.8%,产量达9.8×10(6)Units /g wet cell,提纯时间缩减为原来的1/10,在产量和效率上较以前报道均有很大提高.该纯化工艺的新方法,为实验室制备及工业化生产Ⅱ型限制性内切酶提供了进一步的借鉴.且该酶的成功获得为后续研究提供了材料,为更多新发现内切酶的成功克隆提供了参考.     

成纤维细胞生长因子21对1型糖尿病动物模型的肝糖代谢影响及机制研究

成纤维细胞生长因子(FGF)-21是FGF家族的成员之一.作为近年发现的一种新的糖代谢调节因子,大量研究表明,FGF-21是一种不依赖胰岛素,能够独立降糖的2型糖尿病治疗潜力型药物.但是,能否应用于1型糖尿病的治疗,国内外目前尚无报道.通过改良传统造模方法,诱导小鼠缓慢产生糖耐量异常,研究FGF-21对此类模型的糖代谢影响及肝糖代谢机制.通过检测FGF-21短期注射和长期注射后模型动物血糖的变化,研究FGF-21在模型动物上对血糖的调控效果.采用实时定量PCR检测FGF-21对模型动物肝脏中葡萄糖转运蛋白(GLUT)1、4 mRNA的表达影响.利用蒽酮法检测模型动物肝脏中糖原合成量.实验结果显示,FGF-21能够调节1型糖尿病动物的血糖水平,并呈剂量依赖性.同时,首次在1型糖尿病动物模型上证实了低剂量FGF-21(0.125 mg/kg)与胰岛素的协同作用效果优于相同剂量FGF-21和胰岛素单独注射的效果.治疗结果表明,FGF-21能够维持1型糖尿病动物模型血糖在正常范围,效果优于胰岛素.实时定量PCR结果发现,与胰岛素上调GLUT4 mRNA表达量不同的是,FGF-21作用动物模型8周后,GLUT1 mRNA表达量显著提高,长期的FGF-21与胰岛素协同注射使GLUT1、4 mRNA表达量同时显著提高.长期FGF-21与胰岛素协同注射组和高剂量FGF-21注射均可显著提高模型动物肝糖原的合成.结果表明,FGF-21促进动物模型糖代谢机制与增加GLUT1表达、增加糖原合成作用有关.为临床应用FGF-21治疗1型糖尿病,增加胰岛素敏感性提供了理论依据.     

重组rHSA-hFGF21融合蛋白在毕赤酵母中的表达纯化及活性分析北大核心CSCD

人成纤维细胞生长因子21(human fibroblast growth factor 21,hFGF21)已成为改善血糖和脂质代谢的候选药物,但却存在半衰期短和易被体内代谢等缺点,导致靶组织利用率低,限制了其临床应用。本研究通过柔性连接肽(GGGGS)_(3)将hFGF21的N端连接至人血清白蛋白(human serum albumin,HSA)的C端,经过毕赤酵母密码子优化后,将重组基因片段rHSA-hFGF21连入pPIC9k和pPICZαA两种载体,并转化到X33、GS115和SMD1168三种不同酵母菌株中。通过加压筛选得到高表达的X33-pPIC9K-rHSA-hFGF21工程菌株,并优化摇瓶诱导条件如OD值、甲醇浓度和诱导时间进一步提高rHSA-hFGF21的表达效率。培养上清经中空纤维膜切向流技术粗分离、Blue亲和层析和Q离子交换层析纯化获得纯度约98.18%的rHSA-hFGF21蛋白。与hFGF21相比,rHSA-hFGF21具有更好的热稳定性和抗胰蛋白酶降解的能力,其血浆半衰期也延长了约27.6倍;中高浓度条件下rHSA-hFGF21刺激HepG2细胞摄取葡萄糖的能力优于hFGF21;在2型糖尿病动物中rHSA-hFGF21比hFGF21具有更好的长效降糖效果。本研究将为FGF21蛋白的大规模生产奠定基础。     

快速筛选高水平稳定表达成纤维细胞生长因子-21真核细胞新株方法的建立

成纤维细胞生长因子-21（FGF-21）是成纤维细胞生长因子家族的一名新成员,其研究已成为世界糖尿病研究的新热点,并有望成为治疗2型糖尿病的新型药物.然而,应用真核表达系统,更加快速、高效生产更接近天然状态的FGF-21蛋白并对其生物学功能进行的研究,至今尚未报道,因此建立高效稳定的FGF-21真核表达系统至关重要.本研究以FGF-21为目的基因,利用谷氨酰胺合成酶基因（GS）和绿色荧光蛋白基因（EGFP）作为筛选标记,分别构建了单基因表达载体Pee124-FGF-21-Pee64-EGFP（Peedual）、Pee124-FGF-21-IRES-EGFP（PeeIRES）和双基因的真核表达载体Pee124-FGF-21-IRES-EGFP-Pee64-FGF-21(Peedual-IRES),分别转染CHO-K1SV细胞后,通过GS加压和流式细胞术（在488 nm波长的激发光下能检测到EGFP绿色荧光）双筛选系统快速有效获得了稳定高效表达目的蛋白的细胞系.应用SDS-PAGE、Western印迹和ELISA检测细胞系目的蛋白的表达及差异,并通过HepG-2细胞糖吸收模型进行蛋白活性检测.研究结果表明：两个筛选系统结合使用,更好更快地筛选到了稳定转染并高效表达目的蛋白的细胞系,而且与单基因的载体相比,双基因载体Peedual-IRES在操作条件一致的情况下,目的蛋白表达量显著提高且均具有生物活性.本研究建立了省时、高效的真核表达平台,为FGF-21在真核水平上的高表达提供了一个新的方法.立了省时、高效的真核表达平台,为FGF-21在真核水平上的高表达提供了一个新的方法.