T66I突变提高HIV-1整合酶可溶性研究

在研究HIV-1整合酶（IN）抗药性突变T66I时,发现这一突变同时可以提高整合酶的溶解性。原核表达了IN1–288/T66I和野生型（WT）,取菌体破碎后的上清, SDS-PAGE和his标签蛋白质染色进行分析,结果表明IN1–288/T66I可溶性约是WT的2.4倍。600 ml培养基中诱导表达IN1–288/T66I/BL21,亲和层析纯化共收获蛋白质4.72 mg。用改进的ELISA方法测定IN1–288/T66I和IN1 288/F185K /C280S链转移催化活性,结果显示两种蛋白质活性基本相当。提供了有别于F185K /C280S突变的另外一种整合酶可溶性表达的途径,IN1–288/T66I重组蛋白还可以应用到整合酶抑制剂筛选中,以获取避开T66I抗药性突变的抑制剂。     

HIV-1整合酶核心区野生型和F185K突变型活性和溶解性的比较及分子动力学模拟分析

表达纯化了野生型(WT)及F185K突变型HIV-1整合酶核心区蛋白(IN_C),并对二者的溶解性和活性进行了比较．实验结果表明：F185K 突变后IN_C溶解性显著提高,活性有一定程度降低．对WT和F185K IN_C体系进行了1800 ps的分子动力学模拟．模拟结果表明：F185K IN_C功能loop区柔性和蛋白质整体运动性降低,使蛋白质活性降低,F185K突变后盐桥网络的变化驱动了IN_C局部构象改变,引起IN_C表面的部分疏水残基被包埋,亲水残基暴露,相对亲水溶剂可接近面积增大,同时,突变后IN_C与水之间形成氢键的数量增加,与水之间作用加强,以上变化使IN_C溶解性提高．分子动力学模拟与实验结果相吻合．为理解蛋白质溶解性和对蛋白质进行可溶性改造提供了一定的理论依据．     

HIV-1整合酶蛋白的可溶性表达及功能研究

HIV 1整合酶是HIV病毒复制中一个重要的酶,也是治疗艾滋病药物的一个重要靶点。为了开展以整合酶蛋白为靶点的抑制剂筛选,构建HIV 1整合酶重组质粒,在原核细胞中进行可溶性表达和功能研究。通过重叠PCR技术引入F185K和C280S突变于HIV 1 B亚型标准株的整合酶cDNA片段中,PCR扩增片段克隆到pET 28a(+)表达载体中,构建重组质粒,在E. coli中进行整合酶基因表达,SDS PAGE鉴定表达产物,亲和层析纯化蛋白,酶联免疫吸附实验方法测定整合酶的生物学活性。结果构建的重组质粒获得高效稳定的可溶性表达,ELISA实验证实该蛋白具有整合酶的3′切割DNA和5′链转移的活性。HIV 1整合酶蛋白的可溶性表达和活性研究为建立以整合酶为靶点的抗HIV药物筛选平台打下了基础。     

HIV-1整合酶核心区可溶性表达及抑制剂筛选

为了实现HIV-1整合酶蛋白核心区 (central core domain of integrase, IN-CCD) 的可溶性表达,并建立以IN-CCD为靶点的抑制剂体外筛选方法,从包含F185K突变HIV-1 IN基因的质粒中经PCR扩增得到含有F185K突变的IN-CCD基因,克隆到pET28b载体上构建重组质粒pIN-CCD,转化pIN-CCD至E. coli BL21 (DE3)中经IPTG诱导、表达,Ni-亲和层析纯化,获得IN-CCD蛋白。修饰DNA底物,以链亲和素包被的磁珠为载体捕获DNA产物,结合酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测IN-CCD的去整合活性,并筛选以IN-CCD为靶点的抑制剂。结果表明重组蛋白IN-CCD实现了高效可溶性表达,纯化后蛋白纯度达95%。建立的ELISA可以检测IN-CCD的去整合活性,且方法特异性和灵敏度好,可以实现高通量抑制剂筛选。从100个样品中筛选得到5个具有初步抑制IN-CCD去整合活性的样品。     

随机-半理性组合突变改造ω-转氨酶催化合成(R)-1-(1-萘基)乙胺

(R)-1-(1-萘基)乙胺是合成拟钙剂药物盐酸西那卡塞的关键手性中间体,利用ω-转氨酶不对称还原1-萘乙酮合成(R)-1-(1-萘基)乙胺具有较好的应用前景。文中针对节杆菌属Arthrobacter sp.来源的ω-转氨酶,采用随机突变和半理性设计相结合的策略,获得了催化效率和热稳定性提高的突变酶F225M、C281I和F225M/C281I。与WT相比,双突变体F225M/C281I的kcat提高85%,Km下降56%,催化效率kcat/Km提高3.42倍。此外,F225M/C281I催化10mmol/L1-萘乙酮反应24h的转化率提高了22%。分子对接和分子动力学模拟结果表明,F225M/C281I相比于WT增加了与底物1-萘乙酮之间的Pi-Pi相互作用力,导致其催化效率的提高;而且突变酶F225M/C281I的134–139位点残基的均方根波动(RMSF)相比WT明显降低,与半衰期的略微提高相关。     

嗜热革节孢GH1 BGL1进口端位点对酶活性及葡萄糖耐受性的影响

糖苷水解酶第一家族(GH1)β-葡萄糖苷酶(BGL1)有葡萄糖耐受性,进口端位点对酶活性及葡萄糖耐受性有很大影响,但具体作用机制尚不清楚。对嗜热革节孢GH1 BGL1进口端的W168、L173、F348、W349、C169、F180、D237、Y179、A260、H307、N335和E437这12个氨基酸残基进行定点突变,将突变酶与野生酶(WT)在毕赤酵母中表达,表达产物纯化后进行酶活性和葡萄糖耐受性测定。与WT相比,所有突变酶活性均有所降低,其中W168H、N335F和W349G几乎丧失活性。突变F180H、D237S、A260N和H307Y的Km低于WT,所有突变的kcat都降低。除L173Q外,其余突变都保持葡萄糖耐受性,在高浓度(400 mmol/L)葡萄糖时,Y179F和D237S酶活受到显著抑制。本研究表明,进口端位点对酶活性及葡萄糖耐受性均具有一定影响,催化活性通道的结构特异性可能是葡萄糖耐受机制。     

K178M、S170F、G180V突变对木聚糖酶XynZF-2热稳定性的影响

利用生物信息学分析黑曲霉木聚糖酶Xyn ZF-2,选择α-螺旋178位点、170位点和180位点氨基酸进行定点突变(K178M,S170F,G180V)获得突变木聚糖酶基因xyn MFV,构建重组表达载体转化大肠杆菌E.coli BL21(DE3)诱导表达。酶学性质分析对比发现,突变酶最适温度(50℃)比原酶(40℃)提高了10℃;40℃条件下保温1 h突变酶Xyn MFV相对酶活力下降到热处理前的56.0%,原酶Xyn ZF-2下降到42.0%;45℃时突变酶Xyn MFV的半衰期t_(1/2)为21 min,与原酶Xyn ZF-2(t_(1/2)=7 min)相比较提高了14 min。结果表明,K178M、S170F、G180V突变木聚糖酶可以提高Xyn ZF-2最适温度和热稳定性。     

用分子模拟方法研究HIV-1整合酶突变体的耐药性机理

二酮酸类化合物(DKAs)是目前最有前景的HIV-1整合酶(integrase, IN)抑制剂．为了解DKAs引起的多种耐药株共有的耐药性机理,选择3种S-1360引起的IN耐药突变体,用分子对接和分子动力学模拟,研究了野生型和突变型IN与S-1360的结合模式,基于该结合模式探讨了3种耐药突变体所共有的耐药性机理．结果表明：在突变体中,S-1360结合到耐药突变IN核心区中的位置靠近功能loop 3区却远离与 DNA结合的关键残基,结合位置不同导致S-1360的抑制作用部分丧失;残基138到166区域的柔性对IN发挥生物学功能很重要,S-1360能与DNA结合的关键残基N155及K159形成氢键,这2个氢键作用降低了该区域的柔性,突变体中无类似氢键,因而该区域柔性增高;在突变体中,S-1360的苯环远离病毒DNA结合区,不能阻止病毒DNA末端暴露给宿主DNA;T66I突变导致残基Ⅰ的长侧链占据IN的活性口袋,阻止抑制剂以与野生型中相同的方式结合到活性中心,这均是产生抗药性的重要原因．这些模拟结果与实验结果吻合,可为抗IN的抑制剂设计和改造提供帮助．     

头孢菌素C酰化酶突变位点的研究

头孢菌素C酰化酶能直接将头孢菌素C(CPC)转化为7-氨基头孢烷酸(7-ACA),此一步酶法具有很大的经济价值,所以得到很多研究者的关注,特别是提高CPC酰化酶活性及专一性的研究。以CPC酰化酶基因ecs50为基础,利用重叠延伸PCR,对文献报道的活性提高的突变体酶S12的6个位点分别进行突变,将得到的6个突变体V122A、G140S、F297N、I314T、I415V、S710L进行诱导纯化后,检测酶活,以此来研究不同突变位点对酶活力的影响。结果 V122A的比活为106U/mg,它的转化效率比初始酶提高23.7%。     

发酵乳杆菌来源l-阿拉伯糖异构酶理性设计及在d-塔格糖生产中的应用

L-阿拉伯糖异构酶(L-arabinose isomerase,L-AI)是D-半乳糖异构化生成D-塔格糖的关键酶。为提高L-阿拉伯糖异构酶对D-半乳糖的活性及在生物转化中的转化率,本研究对发酵乳杆菌(Lactobacillus fermentum)CGMCC2921来源的L-阿拉伯糖异构酶进行重组表达和生物转化应用,并对其底物结合口袋进行理性设计以提高酶对D-半乳糖亲和力和催化活性。结果显示,突变体F279I对D-半乳糖的转化率提高至野生型酶的1.4倍,进一步叠加获得的双突变体M185A/F279I的K_m和k_cat分别为530.8mmol/L与19.9s^-1,底物亲和力显著提高,催化效率提高至野生型酶的8.2倍。以400 g/L乳糖为底物时,突变酶M185A/F279I转化率高达22.8%。本研究在乳糖高值化生产塔格糖方面具有重要的应用价值。     

pET3c-FGF2K18S/S69C突变体的构建及表达条件优化

构建和表达人FGF2K18S/S69C 突变体,并筛选最佳的表达条件.对GenBank数据库FGF2序列进行分析后,发现了位于第18位和第69位的氨基酸定向突变之后,能够增加FGF2稳定性.基因合成FGF2K18S/S69C突变体,与载体pET3c连接后转化至大肠杆菌BL21中,用乳糖诱导,以蛋白质表达量为指标,考察诱...     

通过筛选随机多肽文库研究ZO-1中PDZ1结构域的配体结合特点

选择ZO-1的PDZ1结构域作为研究对象,以酵母双杂交为筛选系统,筛选随机多肽文库和与其它PDZ结构域的配体进行相互作用,阐明ZO-1 PDZ1的配体结合特性.ZO-1 PDZ1识别配体C末端保守的氨基酸序列通式可以表示为：［S/T］［F/Y/W］［V/I/L/C］-COOH、［S/T］［K/R］V-COOH、V［F/Y/W］［L/C］-COOH、EYV-COOH.研究发现ZO-1 PDZ1的配体同时具有3种传统PDZ结构域配体的特点,不同的是其结合配体-1位对芳香族氨基酸具有强烈的偏好性.并且某些PDZ结构域配体的-1位和-3位对结构域与配体相互作用的特异性和亲和力有重要的作用.随后通过生物信息学的方法在Swiss-Prot数据库找到与此识别规律相符合的天然人类蛋白质.根据蛋白质的功能和细胞定位等性质选择10个配体用酵母双杂交验证相互作用.证实的相互作用配体有4个.本研究希望用这样的研究策略建立一种有效的研究蛋白质相互作用的方法,通过在全蛋白质组规模上对含有结合配体保守氨基酸序列的蛋白质的查询,理论上可以找到现有数据库中所有可能与目的结构域结合的潜在配体蛋白,特别是那些筛选cDNA文库不容易获得的低丰度配体.     

E92A是HIV-1整合酶耐药突变N155S的活性回复突变

HIV-1整合酶是目前抗艾滋病药物研发的重要靶点之一,整合酶的耐药突变是导致整合酶抑制剂类药物治疗失败的主要原因,但突变产生耐药性的机理仍不清楚.本工作通过人工构建突变型整合酶,测试其活性和耐药性,对整合酶的耐药机理进行初步探索.构建整合酶的突变型包括E92A、N155S两种单突变及E92A/N155S双突变.通过基因工程操作引入突变、构建质粒、表达纯化得到整合酶蛋白.用基于磁珠的整合酶链转移ELISA测试整合酶的链转移活性,用S-1360和Raltegravir两种抑制剂测试整合酶的耐药性.另外,用Autodock软件做了S-1360和整合酶核心区(包括野生型和突变型)的分子对接.结果表明,N155S突变使整合酶链转移活性下降约80%,而E92A/N155S双突变仅使活性下降约42%,这表明N155S突变基础上的E92A突变可使整合酶的活性大幅回复.E92A和E92A/N155S对不同的抑制剂可产生不同的耐药性,它们对Raltegravir的耐药性强于对S-1360.突变对整合酶活性和耐药性的影响主要是通过改变整合酶活性中心结构实现的,E92A突变可能导致其与周围残基静电相互作用减弱,间接影响到D64和D116残基,产生活性回复作用.     

定点突变提高里氏木霉木聚糖酶 (XYN II) 的稳定性

通过定点突变的方法,在来源于里氏木霉Trichderma reesei的木聚糖酶XYN II的N-末端两个β折叠片层间添加二硫键,以提高木聚糖酶的稳定性。原酶XYN-OU和突变酶XYN-HA12 (T2C、T28C和S156F) 分别在毕赤酵母中分泌表达,突变酶与原酶纯化后进行酶学性质比较。结果表明：突变酶最适反应温度由50℃提高到60℃;在70℃的半衰期由1 min提高到14 min;最适反应pH为5.0,与原酶保持一致,但是在50℃、30 min条件下的pH稳定范围由4.0~9.0扩展到3.0~10.0。对木聚糖酶分子改良的结果反映出在β片层间添加二硫键可以有效改善酶在较高温度下三维结构的刚性,提高热稳定性。     

黄翅大白蚁来源β-葡萄糖苷酶的分子改造

纤维素水解成为葡萄糖需要一系列纤维素酶的作用,其中β-葡萄糖苷酶(β-glucosidases)起着至关重要的作用。来自于培菌白蚁中肠的β-葡萄糖苷酶(MbmgBG1)具有较高的葡萄糖耐受性(1.5 mol/L的葡萄糖,保持60%以上的酶活力),但是,酶活力低和热稳定性差限制了β-葡萄糖苷酶(MbmgBG1)在食品以及工业领域中的应用。因此通过对保守氨基酸附近的非保守氨基酸定点突变,获得点突变体(F167L、T176C、E347I、R354K、N393G和V425M),其中突变体F167L、R354K的比活力(底物pNPG)比MbmgBG1分别高出约2倍和4倍。突变体的K_(cat)/K_m值比野生型大,反映了突变体对底物的亲和力以及催化能力比MbmgBG1强。当酶活力保留60%以上时,MbmgBG1所耐受的葡萄糖浓度为1.5 mol/L,而F167L为2.0 mol/L,R354K为3.0 mol/L。这些特性的增强表明,对活性中心附近保守区域内的非保守氨基酸突变,可以较大程度地影响活性,因此需要更深入地研究β-葡萄糖苷酶的活性中心位点,进行改造以提高催化效率。     

生理pH条件下精氨酸脱亚胺酶的分子改造研究

精氨酸脱亚胺酶（arginine deiminase,EC 3.5.3.6,ADI）因其可作为精氨酸营养缺陷型肿瘤细胞的靶向治疗药物而受到广泛关注. 目前,支原体来源的重组ADI处于肝癌和黑素瘤的三期临床研究阶段. 作为药用酶,当前报道的ADI在体内生理条件下普遍存在酶活低、半衰期短、底物亲和性弱等局限性.本研究结合随机突变及基于理性设计的定点突变两种方法,对研究室前期自主筛选得到的变形假单胞菌Pseudomonas plecoglossicida来源的ADI经一轮定向进化后所获优势突变株M314(A128T/H404R/I410L)进行分子改造.通过对随机突变法获得的1480个突变株进行96孔板高通量筛选,得到优良突变株M173(A128T/H404R/I410L/K272R);同时,基于同源序列比对及ADI蛋白三维结构同源建模,采用PyMOL软件理性预测和分析其活性中心及附近保守区域氨基酸位点对蛋白功能的影响,选择了6个位点D78E、L223I、P230I、S245D、A275N、R400M分别在M314的基础上进行定点突变,最终获得优势突变株M04(A128T/H404R/I410L/S245D). 通过对突变株的酶学性质以及动力学参数分析发现：生理pH值下,突变株M173的酶比活（12.32 U/mg）在M314（9.02 U/mg）的基础上提升3659%,Kcat/Km提高5236%;而突变株M04的最适pH由6.5升高至7.0,更接近体内生理pH,其比酶活（14.66 U/mg）较M314提升62.53 %,Kcat/Km提高了37.12%. 综上结果,本研究结合两种分子改造方法成功地对该ADI在生理pH条件下的酶活和酶学性质进行了改良,并为蛋白质的分子改造策略提供了理论基础和实验依据.     

4例乙肝表面抗原阴性乙肝病毒DNA阳性标本结果分析

目的 探讨4例乙肝病毒HBV-DNA阳性标本乙肝表面抗原(HbsAg)阴性的原因.方法 4例HbsAg阴性HBV-DNA阳性标本和1例HbsAg阳性HBV-DNA阳性标本,碱裂解法提取乙肝病毒基因组,采用巢式PCR扩增s基因全长片段,T-A克隆后测序,根据s基因序列推导氨基酸序列,分析乙肝表面抗原α决定簇区域的氨基酸变异情况.结果 与参考株比较,5例血清中HBV-DNAs基因均出现不同位点碱基突变,导致乙肝表面抗原α决定簇区域的氨基酸突变主要为:1号标本R122K、I126A、S143T;2号标本R122K、I126N、Q129N;3号标本R122K、I126S、T131N、M133T;4号标本R122K、I126S、T131N、M133T及5号标本的R122K.结论 乙肝表面抗原α决定簇区域126位氨基酸突变可能会影响HbsAg的检测结果.     

应用易错PCR技术提高环糊精葡萄糖基转移酶的可溶性表达

【目的】对嗜热脂肪芽孢杆菌CHB1的环糊精葡萄糖基转移酶(CGTase)基因进行定向进化,筛选得到胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变酶。【方法】采用易错PCR技术向环糊精葡萄糖基转移酶基因中随机引入突变,建立酶基因突变文库,筛选获得胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变体,并对突变酶进行诱导表达、纯化及部分酶学性质研究。【结果】通过筛选获得CGTase胞外酶活性和可溶性表达定量提高的突变菌株ds-6和ep-9,其胞外α-环化活力分别是原始酶的1.72倍和2.18倍,可溶性表达量提高了1倍。序列分析表明,突变体ep-9有3个碱基发生了变化:G2005A/A2037G/T2081G,其中有2个碱基突变导致了氨基酸的改变。SWISS-MODEL数据库模拟CGTase的结构表明,2个突变氨基酸分别位于无规卷曲和β-转角/折叠之间的转角中。酶学性质测定表明:突变CGTase的β-环化比活力是原始酶的2.44倍,总环化比活力提高了34%,K_m值由4.3 g/L降低到3.74 g/L;在pH稳定性方面较原始酶有所提高。单碱基定点突变证实突变体ep-9可溶性表达水平及胞外酶活性提高的关键突变是G2005A。【结论】本试验表明:基于易错PCR技术获得嗜热芽孢杆菌CHB1的CGTase的胞外酶活和可溶性表达定向进化,G2005A突变对于提高CGTase的可溶性表达及胞外酶活起关键作用,这对认识CGTase的构效关系以及进一步改造该酶分子、扩大酶的生产应用具有重要意义。     

定向进化-易错PCR方法提高华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的活力

运用定向进化-易错PCR的方法,提高了华根霉Rhizopus chinensis CCTCC M201021脂肪酶的活力。经过两轮易错PCR和pNPP顶层琼脂法筛选,从第一轮和第二轮突变库中分别筛选获得最佳突变株1-11和2-28,脂肪酶酶活与野生菌株相比分别提高2倍和4倍。基因比对结果表明,突变脂肪酶2-28有4个氨基酸发生了突变:A129S、K161R、A230T、K322R。蛋白质分子空间结构模拟显示,突变A129S、K161R、A230T位于脂肪酶分子表面。突变A230T增强了α-螺旋盖结构的稳定性。突变K322R处在loop上,靠近脂肪酶底物结合区域,与邻近的Asp(带负电)形成盐桥。静电引力将该loop向底物进入酶活性中心的通道口反方向牵引,使底物分子更易进入酶活性中心。酶学性质研究表明,突变株2-28脂肪酶的Km值比出发菌株下降了10%,Kcat值提高为原来的2.75倍。     

NisinZ的定点突变及突变体性质的研究

以本实验室构建的含nisZ基因的质粒pHJ201为模板,采用定点突变技术将乳链菌肽Z分子中B环第8位Thr突变为Ser（T8S）、将第2位Dhb突变为Dha和第31位His突变为Lys（T2S/H31K）以及将第27位Asn突变为Lys和第31位His突变为Lys（N27K/H31K）,以pMG36e为载体,电击转化乳酸乳球菌（L.lactis）NZ9800进行表达。对表达产物性质的研究结果表明,3个突变体的抑菌谱和溶解度未发生变化,其抑菌活性略有下降,但它们的稳定性表现各不相同：N27K/H31K的稳定性与NisinZ几乎一致,而T8S和T2S/H31K的稳定性有明显提高,在pH9条件下100℃加热5min仍不丧失抑菌活性。