新型断裂内含肽介导的可控性C端断裂

内含肽介导的蛋白质断裂被广泛地应用于蛋白质纯化、连接和环化. 但目前的方法都是用传统的连续的内含肽来介导蛋白质断裂反应,因而往往存在自发性断裂、产率低等问题. 本实验选择3个S1型新型断裂内含肽Ter ThyX、Ssp GryB和Rma DnaB来实现蛋白质断裂反应的可控性. 在可控性C端断裂反应中,S1型断裂内含肽的C端片段（IC ）与硫氧还蛋白（T）融合作为前体蛋白,加入化学合成的Ssp DnaB S1型断裂内含肽 的N端小肽与二硫苏糖醇（DTT）共同诱导C端断裂反应.结果表明,该小肽可以诱导这 3个不同的S1型断裂内含肽的前体蛋白发生C端断裂反应. 该方法为利用内含肽C端断 裂介导的蛋白质纯化提供了更多的选择,并为内含肽的结构与功能的关系研究提供-有用的线索.     

断裂型内含肽在蛋白生产和生物工程中的应用

蛋白反式剪接是蛋白翻译后修饰的一种特殊机制,这一反应由断裂型内含肽自我催化完成,不需要酶和其他因子参与。与常规顺式的蛋白剪接不同的是,反式剪接是基于断裂型内含肽由N端和C端这两段多肽的高亲和力,精准地构建成一个具有剪接活性的内含肽蛋白质。反式剪接已被发展成新的生物技术应用于生产环化蛋白、构建蛋白定点与定时表达的载体和转基因植物,以及改造cDNA文库技术等。     

内含肽在构建亲和纯化系统中的应用

内含肽是前体未成熟蛋白中的一段具有自我剪接功能的多肽链,在蛋白质纯化、蛋白质连接、环肽制备、蛋白标记以及生物传感器等方面广泛应用。本文综述了内含肽应用于蛋白质亲和纯化的发展历程,分别对层析型和非层析型内含肽纯化体系进行了分析和讨论,并总结了对控制内含肽断裂反应所进行的研究,为进一步改善内含肽介导蛋白质纯化提供依据和线索。     

内含肽介导的氯离子通道蛋白CFTR的反式剪接

研究利用内含肽(intein)的蛋白质反式剪接功能在大肠杆菌中对囊性纤维化跨膜传导调节因子(cystic fibrosis transmembrane regulator, CFTR)的反式剪接作用.CFTR基因突变导致一种常染色体隐性遗传疾病囊性纤维化(cystic fibrosis, CF).将CFTR的cDNA于剪接反应所需的保守性氨基酸残基Ser-660前断裂为N端和C端,分别与split mini Ssp DnaB 内含肽的106个氨基酸残基的N端和48个氨基酸残基的C端编码序列融合,构建到原核表达载体pBV220 诱导表达后SDS-PAGE可见预期大小剪接形成的CFTR蛋白条带,Western印迹用CFTR特异性抗体进一步证明为剪接所产生的CFTR蛋白,表明内含肽可有效催化CFTR的反式剪接.     

内含肽介导的生物学效应及其应用

蛋白质翻译产物在成熟过程中剪切释放出来的一段氨基酸序列称为“intein”---即内含肽。它与前体蛋白以框内融合的形式共同翻译,并内嵌于前体蛋白序列中。内含肽的解离以及内含肽两侧氨基酸序列的连接是在内含肽自身催化作用下完成的。本文将从内含肽的发现、结构特征和作用机理等方面对这种具有特殊意义的蛋白质成熟机制进行较为全面的论述,同时介绍了近年来发展起来的以内含肽介导的蛋白质剪接为基础的蛋白质纯化和改造技术。     

蛋白质内含肽及其生物学意义

蛋白质内含肽是存在于前体蛋白质中的一段多肽链,靠自我剪切的方式从前体蛋白中释放出来。蛋白质内含肽的发现,不仅在理论上丰富了遗传信息翻译后加工的内容,而且在实践上有重大的生物学意义,特别是在蛋白质纯化方面有着广泛的应用前景。本文就蛋白质内含肽的发现、特征、鉴定、剪接机制及其生物学意义作一概述。     

内含肽介导的新型蛋白质纯化技术

内含肽（intein）的自切割功能在蛋白质工程领域有着广泛的应用,尤其是在蛋白质纯化方面,将内含肽与亲和纯化技术联合应用,使得传统的亲和纯化方式有了重大的突破。近年来,随着内含肽的研究不断深入,一批内含肽介导的新型蛋白质纯化技术不断出现。新技术依靠内含肽的自切割功能去除亲和标签,避免了传统工艺中因外加蛋白酶而带来的诸多麻烦;新的聚合材料的引入又成功地避开了亲和树脂柱的使用,不仅优化了工艺,也大大降低了纯化的成本,为在工业化大生产中的应用奠定了基础。     

蛋白质内含肽的研究进展

蛋白质内含肽是能够自我剪接的一段多肽链.它的发现不仅在理论上丰富了遗传信息翻译后加工的内容,而且在蛋白质纯化的实践方面有着广泛的应用前景.主要对蛋白质内含肽的剪接机制、结构特征、核酸内切酶活性以及应用方面的研究进展作一概述.     

蓝细菌断裂DNA聚合酶DnaE的体内/外反式剪接分析

蓝细菌Anabaena PCC7120的DNA聚合酶DnaE由2个断裂基因dnaENI和dnaECI编码.通过纯化它们的部分基因在大肠杆菌中的表达产物DnaENI′和DnaECI′来免疫家兔获得抗体,用于对断裂的DnaE在体内和体外的反式剪接活性进行鉴定.在体外实验中,将2个断裂的DNA聚合酶DnaENI′和DnaECI′混合,进行反应,并利用它们的抗体对反应产物进行鉴定;在体内实验中,利用以上抗体对Anabaena PCC7120细胞总蛋白进行免疫杂交分析.实验结果表明,蓝细菌AnabaenaPCC7120中断裂的2个DnaE多肽在体内和体外均能进行反式剪接.体外实验中,纯化的DnaENI′和DnaECI′的混合反应产生新的蛋白产物,既有成熟的反式剪接产物DnaEN′-,又有剪切了内含肽后的副产物DnaEN′和DnaE,且DTT的存在对剪接反应具有促进作用;此外体内实验中,在Anabaena PCC7120细胞中既能检测到完整的DnaE,也能检测到未作用的DnaENI,但未能检测到DnaECI.     

内含肽介导三段vWF基因真核细胞转移的翻译后连接及其功能性多聚体形成

vWF(von Willebrand factor)是一种超大分子质量的血浆多聚体糖蛋白,在血栓形成和生理凝血过程中发挥重要作用,其质和/或量的缺陷导致血管性血友病(VWD),由于VWD为单基因病,且vWF为分泌性蛋白,基于基因转移的基因治疗无需特异的靶器官,因此VWD特别适合于基因治疗,但vWF基因过大(8.4 kb),难以为多数病毒载体特别是优点较多的腺相关病毒(AAV)载体承载.运用内含肽(intein)的蛋白质反式剪接功能,研究了三重载体真核细胞共转断裂3段的vWF基因,以期通过转基因翻译后的蛋白质剪接作用形成完整的功能性vWF蛋白.将vWF的cDNA于满足剪接所需的保守性氨基酸Cys1099、Ser2004的密码子前断裂为3段,分别与2种不同的内含肽即Ssp DnaE内含肽和Ssp DnaB内含肽编码序列融合,构建到真核表达载体pcDNA3.1(+),得到3个分别融合内含肽的vWF片段基因真核表达载体,共转染培养的293细胞,通过瞬时表达,电泳观察培养上清中的vWF多聚体形态,分析vWF蛋白量和凝血Ⅷ因子(FⅧ)结合力;通过共转FⅧ基因,分析了培养上清中的FⅧ蛋白量及生物活性.结果显示,通过内含肽的蛋白质反式剪接作用,共转内含肽融合的三片段vWF基因细胞上清,表现与正常人血浆和转vWF基因阳性对照细胞相似的vWF多聚体模式和FⅧ结合力,而且可明显提高转FⅧ基因后表达的FⅧ蛋白的分泌量和活性,提示剪接vWF蛋白的FⅧ载体功能的恢复.结果表明,内含肽可作为一种有效的技术手段进行三重载体共转断裂的vWF基因,为进一步基于内含肽的三重AAV转断裂vWF基因应用于VWD基因治疗研究、克服AAV的容量限制提供了依据.     

PRP8蛋白质反式剪接系统的建立

真菌病原体Cryptococcus neoformansAD血清型剪接体蛋白PRP8蛋白质内含子是目前 发现的第2个存在于真核生物体核基因组中的蛋白质内含子.它的宿主基因prp8编码的PRP 8蛋白作为剪接体的1个组分,是1个高度保守的mRNA剪接蛋白.将组氨酸标签插入克隆自真菌病原体Cryptococcus neoformans AD血清型的PRP8蛋白质内含子中,并将该蛋白质内含子进行人工断裂,获得断裂蛋白质内含子,在大肠杆菌中鉴定其剪接活性.研究结果表明：所获得的改造型蛋白质内含子均表现出高效的剪接活性.利用此Cryptococcus neoformansAD血清型PRP8 断裂蛋白质内含子,成功构建了蛋白质反式剪接系统.这一反式剪接系统可用于其他蛋白质的连接与合成,有望成为蛋白质工程中的一种有用工具.     

断裂蛋白质内含子的剪接机制、起源和进化

蛋白质内含子(intein)是具有自我催化活性的蛋白质. 翻译后,通过蛋白质剪接从蛋白质前体中去掉,并以肽键连接两侧蛋白质外显子(extein)形成成熟蛋白质. 断裂蛋白质内含子(split intein)在蛋白质内含子中部区域特定位点发生断裂,形成N端片段和C端片段,分别由基因组上相距较远的两个基因编码. 现在已知,它仅分布于蓝细菌和古细菌中. 断裂蛋白质内含子的N端片段和C端片段通过非共价键(如静电作用)相互识别,重建催化活性中心,介导蛋白质反式剪接. 断裂蛋白质内含子的发现进一步深化了人们对基因表达和蛋白质翻译后成熟过程复杂性的认识,而且它在蛋白质工程、蛋白质药物开发和蛋白质结构与功能研究等方面有非常广泛的应用. 本文试图综述断裂蛋白质内含子的分布、结构特征和剪接机制,并分析其可能的起源和进化途径.     

Split Inteins介导的多肽链两端标记

多肽链多位点特异性标记有助于了解蛋白质的结构与功能,特别是在蛋白质的动态构象研究方面. 但是,现有的多肽链多位点特异性标记方法各有局限性,并且种类有限,所以有必要开发新的多肽链多位点特异性标记方法以满足研究需求. 本文以Diub (ubiquitin dimer) 蛋白为研究对象,借助S1和S11型2种不同的断裂蛋白质内含子 (split inteins) 的蛋白质反式剪接,将含有不同荧光基团的两种小肽成功剪接至靶蛋白的两端,最终达到对靶蛋白的末端标记目的.     

Scalable Geometrically Designed Protein Cages Assembled via Genetically Encoded Split Inteins

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Protein Trans-Splicing of Multiple Atypical Split Inteins Engineered from Natural Inteins

Protein trans-splicing by split inteins has many uses in protein production and research. Splicing proteins with synthetic peptides, which employs atypical split inteins, is particularly useful for site-specific protein modifications and labeling, because the synthetic peptide can be made to contain a variety of unnatural amino acids and chemical modifications. For this purpose, atypical split inteins need to be engineered to have a small N-intein or C-intein fragment that can be more easily included in a synthetic peptide that also contains a small extein to be trans-spliced onto target proteins. Here we have successfully engineered multiple atypical split inteins capable of protein trans-splicing, by modifying and testing more than a dozen natural inteins. These included both S1 split inteins having a very small (11–12 aa) N-intein fragment and S11 split inteins having a very small (6 aa) C-intein fragment. Four of the new S1 and S11 split inteins showed high efficiencies (85–100%) of protein trans-splicing both in E. coli cells and in vitro. Under in vitro conditions, they exhibited reaction rate constants ranging from ∼1.7×10⁻⁴ s⁻¹ to ∼3.8×10⁻⁴ s⁻¹, which are comparable to or higher than those of previously reported atypical split inteins. These findings should facilitate a more general use of trans-splicing between proteins and synthetic peptides, by expanding the availability of different atypical split inteins. They also have implications on understanding the structure-function relationship of atypical split inteins, particularly in terms of intein fragment complementation.     

Ssp DnaB intein大肠杆菌中介导FVIII重链和轻链的连接

研究利用intein的蛋白质反式剪接功能在大肠杆菌中对凝血VIII因子(FVIII)重链和轻链的连接作用,将B结构域大部分缺失型FVIII(BDD-FVIII)于满足剪接所需的保守性氨基酸Ser1657前断裂为重链和轻链,分别与split mini Ssp DnaB intein的106个氨基酸的N端(Int-N)和48个氨基酸的C端(Int-C)融合,构建到原核表达载体pBV220。诱导表达后SDS-PAGE分析可见预期大小的BDD-FVIII蛋白条带,Western blotting用FVIII特异性抗体证明其为剪接所产生的BDD-FVIII蛋白,表明intein可有效连接BDD-FVIII的重链和轻链。为进一步甲型血友病基因治疗研究应用intein以双腺相关病毒载体(AAV)携带FVIII基因,克服单个AAV载体的容量限制提供了依据。     

双Intein介导3片段vWF的反式剪接

von Willebrand因子(vWF)基因突变导致血管性血友病(VWD),由于其基因过大在基因治疗研究中难以为多数病毒载体携带.利用双内含肽(intein)的蛋白质反式剪接功能研究断裂成3段的vWF基因分别表达后在蛋白水平的连接,旨在为vWF基因的3载体联合转移应用于VWD基因治疗研究提供依据.将vWF cDNA于满足剪接所需的保守性氨基酸Cys1099、Ser2004的密码子前断裂为3段(N、M和C),分别与splitSspDnaE intein的N端(En)、C端(Ec)和splitSspDnaB intein的N端(Bn)、C端(Bc)编码序列融合,构建到原核表达载体pET-28a(+)中的His-Tag的下游,得到3种表达载体pET-NEn、pET-EcMBn和pET-BcC.分别转化感受态大肠杆菌BL21(DE3)细胞,经IPTG诱导表达后,以SDS-PAGE分析融合蛋白的表达,并进一步用His-Tag的特异性抗体进行分析;亲和层析纯化分别表达的带His-Tag标签的3段蛋白,复性后体外混合进行剪接实验以观察3片段vWF的连接.结果显示,3段预期大小的融合intein的vWF蛋白均有表达,用His-Tag抗体进行的Western印迹得到进一步证实;3段纯化的蛋白混合后可见明显的剪接条带形成,与vWF的预期分子量大小一致,表明双intein通过蛋白质反式剪接可有效连接3个片段的vWF,为进一步应用蛋白质剪接技术的3重载体真核细胞转vWF基因奠定了基础.     

大肠杆菌BL21(DE3)中DnaE intein介导ABCA1蛋白的连接

摘 要：【目的】利用Ssp DnaE intein的蛋白质反式剪接技术研究在大肠杆菌中对ABCA1基因表达产物的连接作用。【方法】将ABCA1的cDNA于满足剪接所需的保守性氨基酸Cys978密码子前断裂为N端和C端两部分,分别与天然存在的反式作用Ssp DnaE intein的123个氨基酸的N端和36个氨基酸的C端编码序列融合,构建到原核表达载体pET-28a(+)。转化感受态大肠杆菌BL21(DE3)细胞,诱导表达后观察重组蛋白的表达和ABCA1的连接。【结果】转化菌经IPTG诱导表达,SDS-PA