鲫鱼PKR-like Zα与d(GC)13质粒的结合及其适应性进化

Zα是一类能特异性识别与结合左旋DNA(Z-DNA)的蛋白质结构域,分布于不同物种的多种蛋白质中,其结构保守并分化自一个共同的祖先Z-结构域.适应性进化分析显示Zα没有经历正达尔文选择,表明与其结构对应Zα的功能相当保守.凝胶阻滞试验表明原核表达的鲫鱼PKR-like Zα多肽(CaPZα)与pMD18-T质粒结合,而却能与包含d(GC)13的重组质粒pMD18-T/(GC)13结合.同时,与ADARl Zα相比,CaPZα与d(GC)13质粒的结合能力较弱,即CaPZα1和CaPZα2子域单独不能结合d(GC)13质粒.这表明Zα功能虽然没有异化,但有很大的不同.实验结果还表明负超螺旋和d(GC)n可能都是正常生理条件下,DNA形成潜在Z-DNA必不可少的因素.定点突变试验证实38N与60W两个氨基酸位点对于CaPZα结合Z-DNA非常关键.     

Z-DNA结合蛋白与Zα结构域

Z-DNA结合蛋白包括人、哺乳类和病毒中的ADAR1,DLM-1.E3L蛋白以及在鱼类中最新报道的PKR-like(PKZ),其共同点是都含有za结构域.本文简述了这几种蛋白质的结构与功能,并着重分析Za结构域与Z-DNA,Z-RNA、B-DNA 等核酸分子的识别机制和亲和性.     

鲫鱼PKZ Zα结构域与d(GC)、d(TA)重组质粒的结合

Zα是能够特异性识别并结合左旋DNA(Z-DNA)的蛋白结构域,首先在人ADAR1中鉴定,随后又在ZBP-1(DLM-1)和E3L等蛋白质中发现了该结构域．鲫鱼PKZ是首次报道的具有Zα结构域的鱼类eIF2α激酶．为深入了解鲫鱼PKZ Zα的功能,原核表达并亲和层析纯化了3种多肽,即野生型PZα(Zα1Zα2)、替换型P(Zα1)2(Zα1Zα1)和点突变型（PZαK34A、PZαS35A、PZαR39A、PZαP57A）．同时,构建了含有d(GC)6、d(GC)13、d(TA)13特殊插入序列的3种重组质粒,用于体外模拟Z-DNA．凝胶阻滞实验分析了3种多肽分别与重组质粒的亲和性结果表明,PZα和P(Zα1)2能够与d(GC)重组质粒结合,并且随着多肽含量的增加,阻滞效应越明显．与野生型PZα相比,替换型P(Zα1)2结合d(GC)重组质粒的能力更强PZα和P(Zα1)2还能微弱地与d(TA)13重组质粒结合．点突变型多肽都不能与重组质粒结合,暗示鲫鱼PKZ Zα结构域中这4个氨基酸残基在结合核酸分子的过程中非常关键．该文结果有利于进一步揭示鱼类PKZ Zα结构域与Z-DNA结合的分子机理．     

The Zα domain of fish PKZ converts DNA hairpin with d（GC）n inserts to Z-conformation

PKZ, protein kinase containing Z-DNA domains, is a novel member of the vertebrate eIF2α kinase family. Containing a catalytic domain in C-terminus and two Z-DNA binding domains （Zαl and Zα2） in N-terminus, PKZ can be acti- vated through the binding of Zα to Z-DNA. However, the regulatory function of PKZ Zα remains to be established. Here, to understand the impact of PKZ Zα on DNA con- formational transition, wild-type ZαdZα2 and 11 mutant proteins were expressed and purified. At the same time, several different lengths of DNA hairpins-d（GC）nT4（GC）, （n = 2-6） and an RNA hairpin-r（GC）6T4（GC）6 were synthesized. The effects of ZαdZα2 and mutant proteins on the conformation of these synthetic DNA or RNA hairpins were investigated by using circular dichroism spectrum and gel mobility shift assays. The results showed that DNA hair- pins retained a conventional B-DNA conformation in the absence of ZαdZα2, while some of the DNA hairpins （n 〉 3） were converted to Z-conformation under Zαd Zα2 induction. The tendency was proportionally associated with the increas- ing amount of GC repeat. In comparison with ZodZα2, ZαdZαd rather than Zα2ZαL2 displayed a higher ability in converting d（GC）6T4（GC）6 from B- to Z-DNA. These results demonstrated that Zcd sub-domain played a more essential role in the process of B-Z conformational transition than Zα2 sub-domain did. Mutant proteins （K34A, N38A, R39A, Y42A, P57A, P58A, and W60A） could not convert d（GC）6T4（GC）6 into Z-DNA, whereas S35A or K56A retained some partial activities. Interestingly, ZαlZα2 was also able to induce r（GC）6T4（GC）6 RNA from A-conform- ation to Z-conformation under appropriate conditions.     

鲫鱼蛋白激酶PKR-like的Zα结构域与聚肌胞苷酸的结合

根据鲫鱼类PKR蛋白激酶基因(CαPKR-like)的全长cDNA序列,克隆CαPKR-like Zα结构域cDNA(Zα1、Zα2和Zα1 Zα2),原核表达成功获得3种融合蛋白PZα1、PZα2。凝胶阻滞实验结果显示：PZα1、PZα2、PZα1和PZα2混合表达蛋白不能与聚肌胞苷酸(Poly I：C)结合,而表达完整的Zα结构域的PZα1Zα2与Poly I：C有明显的结合现象。另外,3种表达多肽PZα1、PZα2和PZα1Zα2在体外分别都能聚合形成二聚体。与PZα1相比,PZα2和PZα1Zα2二聚化现象显著。结果暗示病毒复制时产生的副产物dsRNA能与CαPKR-like蛋白的相关结构域结合从而调节其生理功能。     

Z—DNA及其生物学功能

Z-DNA是一种处于高能状态、不稳定的DNA分子构象。形成Z-DNA的原因有很多：首先,转录过程中,移动的RNA聚合酶在模板DNA的5’端产生负超螺旋扭曲力,导致Z-DNA的形成;其次,含有d（GC）。序列的核酸分子在高浓度的NaCl、[Co（NH3）6]^2＋盐溶液中也能够形成Z-DNA;最后,化学修饰也可以使DNA产生稳定的Z-DNA。Z-DNA是在体外首先发现的,但随着研究的不断深入,发现Z-DNA在体内也广泛存在并可能具有功能的多样性,包括参与基因表达调控、染色体断裂、基因重组、抗病毒、病毒发生等生物学过程。     

Z-DNA功能研究的回顾和近况

自从Rich等在1979年首次发现左手螺旋的Z-DNA以后,人们对Z-DNA的研究不断深入,并推测它在基因转录、基因调控以及基因重组等方面有着重要的作用。最新研究表明Z-DNA与病毒的发病机制有关。这个研究结果可能蕴藏着关于这种另类DNA如何行使功能的答案,并可能由此成功研制能有效抗天花病毒的化合物。     

Z-DNA的形成及其与基因转录的关系

Z-DNA是一种非常独特的DNA二级结构.与B-DNA相比,Z-DNA最显著的结构特征是左手螺旋和磷酸-核糖骨架呈“zigzag”状. 虽然目前对Z-DNA功能的了解还不确切,但毫无疑问,Z-DNA与基因的转录和调控密切相关. 一方面,在体内Z-DNA在基因转录过程中产生;另一方面,分布于启动子等不同区域的Z-DNA又可以反过来调控基因的转录, 即Z-DNA能够增强一些基因转录,也能抑制某些基因的表达,但其调控机制还不清楚.这种调控似乎与Z-DNA在启动子中的位置、基因和细胞类型有关.研究Z-DNA的形成及其与基因转录的关系对理解基因转录调控理论具有十分重要的意义.     

大黄鱼HIF-1α基因的克隆鉴定与表达分析

为研究低氧诱导因子1α(Hypoxia-inducible factor-1α, HIF-1α)在鱼类免疫应答中的作用, 研究克隆得到了大黄鱼(Larimichthys crocea)HIF-1α基因(LcHIF-1α)的cDNA序列, 其开放阅读框全长2256个核苷酸, 编码一个751个氨基酸的蛋白。通过氨基酸序列比对发现, LcHIF-1α蛋白具有5个典型的功能结构域, 包括1个helix-loop-helix(HLH)结构域, 2个PAS结构域, 1个DNA结合结构域(HIF-1)和1个羧基端反式激活结构域(HIF-1a_CTAD)。系统进化分析显示, LcHIF-1α和其他硬骨鱼类HIF-1α聚成一支, 与两栖类、鸟类和哺乳类HIF-1α的亲缘关系相对较远。序列分析结果表明, LcHIF-1α具有保守的特征结构域, 预示着其功能可能与哺乳动物HIF-1α类似。荧光定量PCR结果显示, LcHIF-1α在所检测的健康大黄鱼各个组织中都有表达, 在溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)感染后, 大黄鱼脾脏和头肾组织中的LcHIF-1α表达水平显著上调, 达到峰值时分别上升了6.8倍和2.9倍。此外, LcHIF-1α在大黄鱼的3种免疫细胞(中性粒细胞、巨噬细胞和淋巴细胞)中也都有表达, 在中性粒细胞和巨噬细胞中的表达量相对较高; 在脂多糖(LPS)诱导后, 中性粒细胞和巨噬细胞中LcHIF-1α的表达量显著增加, 峰值分别是对照组的2.6倍和1.8倍, 这些结果表明LcHIF-1α可能参与调控大黄鱼抗细菌免疫应答。     

蛋白激酶Ca相互作用蛋白的结构与功能

蛋白激酶Cα相互作用蛋白(proteininteractingwithCαkinase,PICK1)是蛋白激酶Cα(proteinkinaseCα,PKCα)的靶蛋白之一,也是在PKCα和突触后膜受体蛋白间起重要作用的衔接蛋白。PICK1分别由PDZ结构域、BAR结构域以及卷曲螺旋区和酸性氨基酸区组成。PICK1中的PDZ结构域和受体蛋白、转运蛋白、衔接蛋白的相互作用报道较多,BAR结构域则与支架蛋白、质膜等相互作用。PICK1在突触可塑性、神经递质传递、外周神经感觉、细胞生长和黏连等方面发挥重要作用。本文对PICK1的结构和功能进行综述。     

蛋白激酶Cα相互作用蛋白的结构与功能

蛋白激酶Cα相互作用蛋白（protein interacting with Cα kinase,PICK1）是蛋白激酶Cox（protein kinase Cα,PKCα）的靶蛋白之一,也是在PKCα和突触后膜受体蛋白间起重要作用的衔接蛋白。PICK1分别由PDZ结构域、BAR结构域以及卷曲螺旋区和酸性氨基酸区组成。PICK1中的PDZ结构域和受体蛋白、转运蛋白、衔接蛋白的相互作用报道较多,BAR结构域则与支架蛋白、质膜等相互作用。PICK1在突触可塑性、神经递质传递、外周神经感觉、细胞生长和黏连等方面发挥重要作用。本文对PICK1的结构和功能进行综述。     

大鼠MUPP1蛋白PDZ8结构域的生化及晶体结构特性

多重PDZ结构域蛋白1型（MUPP1）是一种存在于上皮细胞和神经细胞内含有13个PDZ结构域的重要支架蛋白.在上皮细胞中,MUPP1蛋白在紧密连接结构的形成和上皮细胞的极化过程中发挥重要作用.而在中枢神经系统中,MUPP1基因的1个提前终止突变导致了其最后12个PDZ结构域的缺失,以及严重的先天性脑积水.此外,MUPP1蛋白的表达水平与酒精依赖性和药物戒断的严重性也具有显著的相关性.因此,对MUPP1蛋白所含的PDZ结构域进行纯化和性质鉴定,将有助于深入研究MUPP1蛋白的功能和分子机制.在本文研究中,利用亲和纯化和分子筛技术,对大鼠来源的MUPP1蛋白的第8个PDZ结构域进行了表达和纯化.多角度激光光散射的数据表明: MUPP1-PDZ8结构域在溶液中为单体,分子量为16.4 kD.圆二色谱结果表明,MUPP1-PDZ8结构域具有较好的二级结构折叠,测得其熔解温度为71.6摄氏度,暗示该PDZ结构域在溶液中非常稳定.最后,MUPP1-PDZ8结构域的晶体结构显示,该结构域属于I 型PDZ 结构域,包含3个α螺旋和6个β折叠.其中GLGL模块、β折叠B上的1 351位亮氨酸,以及α螺旋B上的1 405位异亮氨酸/1 398位组氨酸形成的PDZ结合口袋,可以特异性地与其目标蛋白质的羧基末端相结合.综上所述,本文的研究提供了MUPP1-PDZ8结构域的生化特性,以及该结构域与其目标蛋白质相互作用的分子机制,这将为MUPP1蛋白的功能研究提供生物化学与结构生物学的理论基础.     

XBP-1和Erα存在相互作用

雌激素受体α(Erα)是乳腺癌治疗的靶标和预后的指标。在乳腺癌中,人X盒结合蛋白1(XBP-1)与Erα共表达,并在一些乳腺肿瘤中过表达。这些结果提示,XBP-1与Erα可能存在相互作用。XBP-1由于剪切方式不同,产生两种形式的XBP-1,即XBP-1S和XBP-1U。体外GST沉淀实验表明,XBP-1S和XBP-1U均能结合Erα,XBP-1S的结合能力大于XBP-1U。体内免疫共沉淀实验也表明,XBP-1S和XBP-1U以激素不依赖的方式与Erα结合。Erα通过其DNA结合结构域与XBP-1S和XBP-1U结合,而XBP-1S和XBP-1U通过其N末端的亮氨酸拉链结构域和C末端的转录激活结构域与Erα相互作用。这些结果提示,XBP-1S和XBP-1U可能通过与Erα的相互作用参与雌激素受体信号途径。     

痘苗病毒E3L蛋白的结构与功能

E3L蛋白是痘苗病毒基因组所编码的一种非常重要的毒力蛋白。E3L结构高度保守,其N端为Z-DNA结合域(Zα),C端为双链RNA结合域(dsRBM),两者均为其致病性所必需。E3L具有抵御宿主细胞干扰素及其诱导蛋白的抗病毒作用,以及抑制细胞凋亡、抵抗RNA干扰等多方面的重要功能,这些策略有助于逃避宿主的抗病毒免疫。     

融合蛋白CBD-SPA“Z”基因的构建、表达与活性鉴定

针对金黄色葡萄球菌蛋白A(SPA)层析柱的应用问题,将SPA的Z结构域基因与纤维素结合结构域(CBD)重组,并在Z结构域C端引入1个半胱氨酸(Cys),构建并表达出一种新型免疫亲和材料。利用基因工程技术将质粒pEZZ18中的Z基因插入到含有CBD的质粒pET35b(+)质粒中,构建出原核表达载体pET35b(+)-ZCys,经IPTG诱导表达,获得CBD-Protein Z融合表达蛋白。pET35b(+)-Z-Cys在E.coli BL21中正确表达,所表达的融合蛋白具有与哺乳动物IgG抗体结合的生物学活性和与纤维素结合的活性。结果证明CBD-Protein Z蛋白具有Z结构域与CBD结构域的活性,预计能在免疫亲和层析中用于IgG抗体的纯化。     

UHRF1依赖自身的甲基化修饰调控HIF-1α的蛋白水平

缺氧诱导因子-1(hypoxia-inducible factor-1, HIF-1)在低氧应答中起着关键作用。HIF-1是由HIF-1α和HIF-1β两种亚基组成的异二聚体转录因子。该研究探讨了缺氧条件下,泛素样含PHD和环指域1(ubiquitin-like with PHD and RING finger domains 1, UHRF1)对HIF-1α蛋白水平的影响。利用UHRF1靶向小干扰RNA抑制UHRF1的表达后,分别通过Western blot和q RT-PCR检测HIF-1α蛋白及m RNA的表达水平。在He La和Hep G2细胞中过表达UHRF1,通过Western blot检测HIF-1α的蛋白表达水平。同时过表达或抑制包含SET结构域的组蛋白甲基转移酶7/9(SET domain containing histone lysine methyltransferase 7/9, SET7/9)及UHRF1,用Western blot检测HIF-1α蛋白表达水平。利用免疫共沉淀的方法检测UHRF1及其不同截短蛋白与HIF-1α蛋白之间的相互作用。将UHRF1的第3...     

金属硫蛋白α和 β结构域的结构功能比较研究

金属硫蛋白具有α和β两个独立的结构域,它们结构不同,并能独立的行使功能。为了进一步研究这两个结构域之间的区别,分别采用镉和铜重组金属硫蛋白并继以枯草杆菌蛋白酶水解的方法制备α和β结构域,以及利用pGEX-4T-1这种融合表达载体表达α和β结构域。所得产物经凝胶过滤层析分离纯化后,进行了氨基酸组成,巯基和金属含量以及分子量测定,以上性质均与天然的金属硫蛋白α和β结构域相同。然后利用紫外吸收光谱和圆二色吸收光谱来研究它们的巯基金属簇结构,从UV和CD图谱可以看出,通过蛋白水解和基因表达制备的α和β结构域都具有独立的镉硫金属簇结构,但β结构域的镉硫金属簇不如α结构域紧密,其在254nm的吸收峰不象α结构域那么明显。利用DTNB的竞争反应测定了α和β结构域对镉和锌的结合力,实验结果表明,α结构域倾向于结合Cd2+,β结构域倾向于结合Zn2+。以上研究对于进一步了解α和β结构域的生理功能和分子进化提供了有利的证据。     

PICK1的结构与功能研究进展

PICK1蛋白是一个从线虫到人都高度保守膜周蛋白,在多种组织中表达,尤以脑和睾丸的表达最高.在细胞内,PICK1定位于核周区和诸如神经突触的特化细胞结构中.PICK1蛋白含一个PDZ结构域和一个BAR结构域,PDZ结构域能和许多膜蛋白结合.而BAR结构域能与脂质分子(主要为磷酸肌醇)相结合,通过这种机制PICK1可调节相关蛋白的亚细胞定位和膜表达.由于各蛋白与PICK1相互作用的PDZ结合基序不同,可利用与特定蛋白结合基序相同的PDZ结合多肤竞争性地结合PDZ结构域,特异性地阻断该蛋白的作用,从而特异性地增强或减弱PICK1在某组织中的作用,为PICK1的临床应用提供了药理基础.     

盘基网柄菌DdLIS1蛋白生物信息学分析

LIS1蛋白是一种与人类无脑回疾病以及细胞癌变相关的重要蛋白。对盘基网柄菌DdLIS1进行生物信息学分析,探究盘基网柄菌能否作为研究人类无脑回疾病及细胞癌变机制的模型。现从NCBI中的Genank找到盘基网柄菌DdLIS1的氨基酸序列,随后进行blastp找到模式生物中相似序列,利用理化性分析网站ProtScale、ProtParam分析DdLIS1的理化性质,通过NCBI中的保守结构域库(CDD)分析DdLIS1的保守结构域,使用MEGA6.0并选用邻位连接法构建系统进化树,分别使用PredictProtein、SWISS-MODEL网站预测Dd LIS1蛋白的二级结构、三维结构。结果得出DdLIS1蛋白全长为419,属于亲水性蛋白,有7个保守结构域,属于WD40家族,与人类和小鼠的氨基酸序列相似性为72%。二级结构中β折叠所占比例最高,为49.40%,α螺旋、随机卷曲分别占该蛋白7.16%、43.44%,与三级结构一致。以上结果说明DdLIS1与LIS1高度相似,有助于盘基网柄菌能够作为研究人类无脑回疾病以及细胞癌变机制的模型。     

金黄色葡萄球菌蛋白A (SpA) Z结构域串联体的克隆、表达和筛选

筛选一种高效重组金黄色葡萄球菌蛋白A(SpA)用于制备抗体纯化亲和介质。首先通过基因操作获得金黄色葡萄球菌蛋白A(SpA)的Z结构域单体、二串体、三串体、四串体和五串体基因,将目的基因分别克隆至pET-22b表达载体并转化至大肠杆菌BL21(DE3)感受态细胞,获得不同串联个数的Z结构域基因工程菌,经诱导表达和Ni2+亲和层析纯化得到Z结构域单体和二-五串体蛋白。纯化后的目的蛋白偶联至琼脂糖凝胶作为亲和层析介质,对人免疫球蛋白G(IgG)进行分离纯化。分析比较Z结构域串联体蛋白产量及其偶联的亲和介质对抗体吸附载量的差异。结果表明,构建的Z结构域单体、二串体、三串体、四串体和五串体基因工程菌能有效表达目的蛋白,制备的凝胶亲和介质可特异性吸附人IgG。增加Z结构域串联数,重组蛋白产量和单位摩尔数多聚体蛋白吸附载量获得提高,其中,重组四串体蛋白产量大(160 mg/10 g湿菌体),对抗体的吸附载量高(34.4 mg人IgG/mL胶),更适合作为配基用于亲和层析介质的制备。