家蚕磷酸吡哆醛激酶cDNA的克隆和酶活表征

吡哆醛激酶 (EC 2.7.1.35) 在 ATP 和 Zn2 的存在下,催化吡哆醛的磷酸化反应生成磷酸吡哆醛 (PLP)。在生物体内许多酶促反应中,PLP 是一种重要的辅酶因子。家蚕和哺乳动物一样,需依赖食物中的维生素 B6前体来合成 PLP。文章描述了利用家蚕基因组数据库序列信息及使用 PCR 方法,克隆出编码家蚕吡哆醛激酶的 cDNA (GenBank 登录号:DQ452397)。克隆到的 cDNA 含有一个 894 bp 的完整可读框,编码一条分子量为 33.1 kDa,含 298 个氨基酸残基的蛋白质。序列比对显示此蛋白质序列与人类吡哆醛激酶蛋白序列具有 48.6%的同一性,包含吡哆醛激酶家族共有的特征保守序列,但其氨基酸残基数比哺乳动物和植物克隆到的吡哆醛激酶残基数均少 10 多个残基。多序列比对结果显示,吡哆醛激酶中几个有关键功能且在哺乳动物和植物中均保守的氨基酸残基在此蛋白中被替换为其他种类氨基酸残基。采用 T7 启动子和 T7 聚合酶表达系统对克隆到的 cDNA 进行了原核表达并对表达粗提产物进行了酶活检测。实验结果显示表达得到的可溶性蛋白产物占其总蛋白量为 10%,细胞粗提物具有活力为 30 nmol/min/mg 的吡哆醛激酶活性,结果证实了克隆到的 cDNA 编码家蚕中的吡哆醛激酶。     

家蚕磷酸吡哆醇氧化酶基因的表达谱分析

【目的】了解家蚕Bombyx mori维生素B6关键代谢酶磷酸吡哆醇氧化酶（pyridoxine- 5′-phosphate oxidase, PNPO）基因在家蚕不同发育阶段及5龄幼虫不同组织中的表达差异。【方法】将家蚕PNPO基因的重组表达质粒pET-22b(+)-PNPO转化入大肠杆菌Escherichia coli Rosetta中诱导表达, 纯化蛋白制备多克隆抗体。分别采用荧光定量PCR和Western blot方法对家蚕PNPO基因进行了转录水平和翻译水平的表达分析。【结果】在家蚕发育水平上, 5龄幼虫的PNPO翻译量为最高。PNPO基因在5龄幼虫各组织中的转录水平由高到低依次为精巢、 头、 中肠、 马氏管、 卵巢、 表皮、 脂肪体、 丝腺; 翻译量也以精巢为最高, 其次是头、 中肠和马氏管。【结论】明确了PNPO在家蚕各发育阶段及5龄幼虫各组织中的表达情况。     

家蚕吡哆醛激酶基因干扰降低转氨酶基因的转录表达

【目的】维生素B₆在氨基酸代谢中是多种酶的辅酶,维持氨基酸代谢的正常运行。磷酸吡哆醛（pyridoxal-5′-phosphate, PLP）是维生素B₆的主要辅酶形式,吡哆醛激酶（pyridoxal kinase, PLK）是PLP的重要生成酶,本研究试图明确PLK基因与PLP依赖酶之间转录水平的调节关系。【方法】本研究采用RNA干扰（RNA interference, RNAi）方法对家蚕 Bombyx mori 的PLK基因进行干扰,通过体外合成PLK基因的3个干扰片段（siRNA1, siRNA2和siRNA3）,将siRNA从体腔注入5龄第3天的家蚕幼虫体内诱导RNAi。利用荧光定量PCR测定不同干扰片段、不同时间点及不同组织中PLK基因表达量的变化;并测定家蚕体内磷酸丝氨酸转氨酶（phosphoserine aminotransferase, SerB）和天门冬氨酸氨基转移酶（asparate aminotransferase, AST）基因的表达量。【结果】注射干扰片段后48 h干扰效果达到最佳。3个干扰片段干扰效果从高到低依次为siRNA1, siRNA2和siRNA3。RNAi效果最好的是中肠组织,其PLK基因的相对表达量下降了55%。RNA干扰PLK基因后,后部丝腺中SerB和AST基因相对表达量分别下降了90%和29%。【结论】本研究通过RNAi实现了家蚕PLK基因干扰,并进一步证明了家蚕PLK基因和SerB基因及AST基因存在联动调节关系。     

家蚕磷酸吡哆醇氧化酶的体外定点突变及其活性鉴定

[目的]研究家蚕Bombyx mori磷酸吡哆醇氧化酶(pyridoxine 5’-phosphate oxidase,PNPO)个别保守氨基酸残基对PNPO酶活性的影响.[方法]用重叠延伸法把氨基酸残基Lys111 (AAA)突变为Glu (GAA),Ser160(AGC)定点突变为Ala(GCC);构建重组表达载体...     

家蚕吡哆醛激酶的融合表达与纯化

【目的】吡哆醛激酶（pyridoxal kinase, PLK, EC 2.7.1.35）是维生素B6的关键代谢酶。本研究原核表达家蚕Bombyx mori重组PLK, 为进一步开展家蚕PLK的催化作用机制和表达调控机制的研究奠定基础。【方法】构建家蚕PLK基因融合表达质粒, 转化大肠杆菌Escherichia coli诱导表达, 经Ni²⁺ 亲和层析纯化后, 对融合蛋白的催化活性进行分析。【结果】纯化后的家蚕重组PLK经SDS-PAGE鉴定为单一条带, 比活力为1 800 U/mg, 纯化倍数为40倍。在底物过量的条件下, 该重组酶的体外最适反应温度是50℃; 最适pH为5.5~6; Zn²⁺ 是酶促反应有效的激活剂。【结论】重组家蚕PLK与来源于家蚕组织的PLK具有相同的催化性质。     

家蚕吡哆醛激酶cDNA的克隆、表达和基因结构分析

吡哆醛激酶（pyridoxal kinase,PLK, EC2.7.1.35）是维生素B₆关键代谢酶,其cDNA的克隆在昆虫类还未见报道。利用生物信息学原理和使用PCR方法,克隆出编码家蚕Bombyx mori吡哆醛激酶的cDNA (GenBank登录号DQ452397),体外原核表达成功,并对表达粗提产物进行了酶活检测。克隆到的cDNA含有一894 bp的完整可读框,编码一条分子量为33.1 kD,含298个氨基酸残基的蛋白质。序列比对显示此蛋白质与人类吡哆醛激酶具有52.84%的同一性,包含吡哆醛激酶家族共有的特征保守序列,但比哺乳动物和植物克隆到的吡哆醛激酶均少10多个氨基酸残基,几个有关键功能且在哺乳动物和植物中均保守的氨基酸残基在此蛋白中被替换。依据家蚕基因组数据库信息和PLK的cDNA,家蚕PLK基因包含5个外显子和4个内含子,跨越10 kb DNA序列,所有外显子/内含子交接点都遵从gt/ag剪接规则,基因的5′端启动子调控区发现有TATA-box和CAAT-box保守基序。     

吡哆醛激酶基因在家蚕体内的时空表达特征

【目的】了解家蚕Bombyx mori维生素B₆关键代谢酶吡哆醛激酶（pyridoxal kinase, PLK）在家蚕不同组织间的表达差异。【方法】原核表达家蚕重组PLK, 获得目的蛋白制备多克隆抗体, 利用Western blot方法对PLK在家蚕不同发育时期、 5龄第3天幼虫不同组织及5龄不同日龄幼虫表皮、 头部和马氏管中的表达进行分析; 并采用实时荧光定量PCR的方法对PLK基因在家蚕不同组织中的mRNA转录水平进行比较。【结果】PLK在家蚕5龄幼虫的表达水平最高, 在5龄第3天幼虫各组织中的表达由高到低依次为： 精巢、 马氏管、 表皮、 中肠、 头部、 卵巢、 脂肪体、 丝腺; 5龄期不同日龄幼虫表皮组织的表达差异最大, 头部和马氏管中均为前期表达量稍高于后期。在转录水平方面, 精巢的表达量最高, 其次是马氏管和头部。【结论】PLK在家蚕不同发育时期及组织中的差异表达进一步证实PLK在家蚕VB6代谢中的生物学功能的重要性。     

保幼激素类似物及蜕皮甾类对亚洲玉米螟幼虫酚氧化酶活性的影响

分别用1 μg/头、0.1 μg/头和0.01 μg/头浓度的保幼激素类似物methoprene（蒙五一五）体外处理亚洲玉米螟5龄幼虫,测定幼虫体壁组织、血清和血细胞溶离物中酚氧化酶的活性。结果表明： 1 μg/头 methoprene处理组和0.1 μg/头处理组幼虫体壁组织中酚氧化酶活性与对照组相比有显著提高（P<0.01）,血清和血细胞溶离物中酚氧化酶活性也显著上升（P<0.01）。将含有20-羟基蜕皮酮的人工饲料饲喂亚洲玉米螟5龄幼虫,处理组幼虫体壁组织的酚氧化酶活性下降(P<0.05),血清和血细胞溶离物中的酚氧化酶活性均低于对照组 （P<0.01）。这些结果表明methoprene可以诱导亚洲玉米螟5龄幼虫体内酚氧化酶活性的上升,而20-羟基蜕皮酮则抑制了酚氧化酶的活性。     

家蚕中的5-氧脯氨酸酶及保幼激素类似物对它的影响

本工作首次在家蚕Bombyx mori的马氏管、中肠、丝腺及脂肪体等组织中测到了γ-谷氨酰循环中一个关键酶——5-L-氧脯氨酸酶的活力.该酶以马氏管中活力最高,在蚕的中肠、血淋巴中均存在有游离的5-氧脯氨酸.观察了保幼激素类似物(JHA)处理后,家蚕中肠、丝腺和脂肪体中5-L-氧脯氨酸酶活力的变化,同时观察了血淋巴中5-氧脯氨酸含量的变化.对该酶及γ-谷氨酰循环在蚕体中氨基酸转运上的可能作用进行了讨论.     

家蚕中的5-氧脯氨酸酶及保幼激素类似物对它的影响

本工作首次在家蚕Bombyx mori的马氏管、中肠、丝腺及脂肪体等组织中测到了γ-谷氨酰循环中一个关键酶——5-L-氧脯氨酸酶的活力.该酶以马氏管中活力最高,在蚕的中肠、血淋巴中均存在有游离的5-氧脯氨酸.观察了保幼激素类似物(JHA)处理后,家蚕中肠、丝腺和脂肪体中5-L-氧脯氨酸酶活力的变化,同时观察了血淋巴中5-氧脯氨酸含量的变化.对该酶及γ-谷氨酰循环在蚕体中氨基酸转运上的可能作用进行了讨论.     

Active site structure and stereospecificity of Escherichia coli pyridoxine-5'-phosphate oxidase.

Pyridoxine-5'-phosphate oxidase catalyzes the oxidation of either the C4' alcohol group or amino group of the two substrates pyridoxine 5'-phosphate and pyridoxamine 5'-phosphate to an aldehyde, forming pyridoxal 5'-phosphate. A hydrogen atom is removed from C4' during the oxidation and a pair of electrons is transferred to tightly bound FMN. A new crystal form of the enzyme in complex with pyridoxal 5'-phosphate shows that the N-terminal segment of the protein folds over the active site to sequester the ligand from solvent during the catalytic cycle. Using (4'R)-[(3)H]PMP as substrate, nearly 100 % of the radiolabel appears in water after oxidation to pyridoxal 5'-phosphate. Thus, the enzyme is specific for removal of the proR hydrogen atom from the prochiral C4' carbon atom of pyridoxamine 5'-phosphate. Site mutants were made of all residues at the active site that interact with the oxygen atom or amine group on C4' of the substrates. Other residues that make interactions with the phosphate moiety of the substrate were mutated. The mutants showed a decrease in affinity, but exhibited considerable catalytic activity, showing that these residues are important for binding, but play a lesser role in catalysis. The exception is Arg197, which is important for both binding and catalysis. The R197 M mutant enzyme catalyzed removal of the proS hydrogen atom from (4'R)-[(3)H]PMP, showing that the guanidinium side-chain plays an important role in determining stereospecificity. The crystal structure and the stereospecificity studies suggests that the pair of electrons on C4' of the substrate are transferred to FMN as a hydride ion.     

家蚕吡哆醛激酶基因定点突变及突变体功能

【目的】吡哆醛激酶（pyridoxal kinase,PLK）是维生素B₆关键代谢酶。前期研究克隆出家蚕Bombyx mori吡哆醛激酶cDNA,经序列比对发现几个重要且保守的氨基酸残基在此蛋白中被替换。为明确家蚕吡哆醛激酶分子若干特定位置上氨基酸残基在酶功能上的作用进行本研究。【方法】采用重叠延伸法对家蚕吡哆醛激酶Thr⁴⁷,Asn¹²¹, Ile⁵⁴, Arg⁸⁸和Trp²³⁰氨基酸残基进行定点突变, 构建表达载体pET-22b（+）-PLK并转入大肠杆菌Escherichia coli Rosetta中进行诱导表达,经亲和层析对重组蛋白进行纯化, 通过酶活性检测进行功能鉴定。【结果】家蚕吡哆醛激酶Thr⁴⁷,Ile⁵⁴和Arg⁸⁸氨基酸突变后酶的催化活力分别下降82%, 58%和85%;Asn¹²¹突变对酶的催化活力几乎没有影响;而Trp²³⁰突变导致酶丧失催化活性。【结论】本研究明确了选定氨基酸侧链基团在家蚕吡哆醛激酶催化功能上的意义。     

家蚕保幼激素结合蛋白Bmtol基因的克隆及功能分析

家蚕头部是一个神经中枢和感受的器官,其头部含有触角和感觉毛,感受外界的信号,并将外界信号传送到大脑进行反应。保幼激素主要是由咽侧体合成和分泌的,而保幼激素结合蛋白是保幼激素转运和发挥功能的载体,在昆虫体内具有极其重要的功能。文中通过Silk DB和NCBI数据库筛选并鉴定到一个新的具有保幼激素结合蛋白家族保守结构的蛋白Bm TOL,其编码基因编号为BGIBMGA003404(Gen Bank登录号:KY681053)。利用原核表达系统成功表达了该蛋白,通过Ni-NTA亲和层析的方法获得了Bm TOL的重组蛋白并制备了多克隆抗体。组织表达分析发现无论是转录水平还是蛋白水平Bm TOL在头部都是高量表达,且Bmtol基因在起蚕时表达量较高,在5龄和蛹期表达量较低,而在化蛾后表达量又开始上调。免疫组化结果显示Bm TOL蛋白定位在头部的皮层、触角和脑中,推测其可能与头部信息传递有关,为家蚕的生长发育和行为调控提供重要的信息来源。     

家蚕化学感受蛋白CSP16的表达及结合特性分析

【目的】化学感受蛋白(chemosensory proteins,CSPs)在昆虫化学信号的感受识别和生长发育调节等生理过程具有重要作用。本研究旨在探索CSP16在家蚕Bombyx mori中的功能。【方法】利用RT-q PCR分析csp16在家蚕不同发育时期和不同组织的表达特征,用原核表达系统对家蚕CSP16进行表达纯化,并通过荧光结合实验检测该蛋白与不同配体化合物的结合特性。【结果】RT-q PCR结果表明,csp16在家蚕1-5龄幼虫中呈规律性表达,各龄期眠蚕中表达量最高,5龄第3天幼虫中主要表达于头、表皮、精巢和卵巢等。蜕皮激素(20E)处理后csp16在不同龄期幼虫和5龄幼虫不同组织中的表达量上调。纯化后CSP16的荧光结合实验表明,CSP16与醇类、酯类、醛类、酚类和苯环类等化合物的亲和力都较弱。【结论】csp16在家蚕不同龄期幼虫眠蚕中表达量最高,蜕皮激素使csp16在家蚕取食幼虫中的表达量出现上调,提示其可能参与家蚕幼虫的蜕皮过程。     

家蚕BmChd64基因的克隆与表达定位分析

Chd64是含有钙结合蛋白同源（Calponin homology,CH）结构域的蛋白,在果蝇蜕皮激素与保幼激素信号通路中发挥重要作用。本研究以家蚕Bombyx mori为研究对象,利用PCR克隆了与果蝇Drosophila melanogaster DmChd64同源的BmChd64基因,与表达载体pET-28a连接后,成功获得体外原核表达的BmChd64蛋白,并对其进行了亚细胞定位分析。家蚕BmChd64基因开放阅读框（ORF）的序列为567 bp,编码188个氨基酸,预测分子量大小为20.9 kDa,理论等电点为8.41,编码的蛋白在第27~130个氨基酸处存在CH结构域。同源性比对与进化分析显示,BmChd64与赤拟谷盗Tribolium castaneum和果蝇的Chd亲缘关系较近。qRT-PCR结果显示,BmChd64在家蚕5龄游走期的不同组织中均有表达,且在翅原基中的表达趋势与家蚕体内蜕皮激素（20-hydroxyecdysone,20E）滴度变化规律一致。亚细胞定位结果显示,BmChd64在细胞核与细胞质中均有分布,细胞核内荧光信号较强,且在细胞核外围较弱,推测细胞质中BmChd64也可入核,最终定位在细胞核中。研究结果表明BmChd64可能主要通过20E信号通路调控翅原基等的变态发育,这为进一步完善20E调控昆虫变态发育的分子机制提供了实验基础。     

家蚕蛹变态期丝腺组织的退化与细胞凋亡特征

利用形态学观察方法、分子生物学检测方法以及20-羟基蜕皮酮(20-hydroxyecdysone)和放线菌酮(cycloheximide)体外培养方法, 研究了家蚕Bombyx mori 蛹变态期丝腺组织的退化与细胞凋亡特征。显微镜的观察显示家蚕丝腺的逐渐退化发生在吐丝期间。DNA梯度电泳的分析表明程序性细胞死亡(programmed cell death)可能伴随发生在丝腺的退化过程中。在离体培养条件下, 用20-羟基蜕皮酮处理5龄第6天幼虫的丝腺, 导致的细胞凋亡提前于对照, 提示在进入蛹变态期前, 20-羟基蜕皮酮提早激发了介导家蚕丝腺细胞凋亡与水解机制的遗传调控级联系统。上述结果表明, 20-羟基蜕皮酮能够诱导家蚕丝腺组织在蛹变态期发生程序性细胞死亡。