分子伴侣GroESL在大肠杆菌中的克隆、表达及分离纯化

将含分子伴侣GroESL基因的DNA片段,通过在合适的酶切位点进行酶切,将该基因克隆入高表达载体pKC220,含该表达质粒的工程菌经42℃热诱导后,分子伴侣GroESL基因在大肠杆菌中获得了高效表达,其中,分子伴侣蛋白GroEL的表达量占细菌总蛋白的40％,其辅助蛋白GroES的表达量占细菌总蛋白的15％;同时,建立了较简单的分离纯化路线,通过硫酸铵沉淀、DEAE-52柱层析,Sephadex G-50凝胶过滤等方法得到纯化的分子伴侣蛋白GroEL和GroES。     

分子伴侣在蛋白质折叠中的作用

分子伴侣主要由三个高度保守的蛋白质家族组成,这三个家族的成员广泛分布于原核和真核细胞中。TCP1复合物是真核细胞细胞溶质内的伴侣蛋白。分子伴侣在蛋白质折叠过程中防止多肽链形成聚集物或无活性结构,提高正确折叠率。本文重点讨论Stress-70家族蛋白质和伴侣蛋白协助蛋白质折叠过程中的协同性以及伴侣蛋白GroEL和GroES的作用机理。     

表达大肠杆菌分子伴侣GroEL、GroES和GrpE载体的构建及其应用

大肠杆菌（Escherichia coli）共表达系统常要求质粒具有不同抗生素抗性以及不同的复制子。利用粘性末端PCR技术,以含有大肠杆菌分子伴侣基因GroEL、GroES和唧E的pR—GESP质粒为模板,设计两对引物,通过两次独立的PCR反应扩增3个基因的多顺反子,将形成粘性末端的PCR产物插入NcoI和Xho1酶切的pACY．CDuet-1质粒,构建的pA—GESP质粒具有p15A复制子及氯霉素抗性,和具有ColE1复制子及卡那霉素抗性表达载体pET28b相容。SDS—PAGE显示含有pA—GESP质粒的大肠杆菌细胞中3个分子伴侣蛋白的表达水平和含有pR—GESP质粒的大肠杆菌细胞没有明显差异,它们对玉米丝氨酸消旋酶的可溶性表达有部分促进作用,但对N端含有组氨酸标签的玉米铁氧还蛋白还原酶的表达没有作用,在三个含有不同抗生素基因的质粒中共表达分子伴侣、5-氨基乙酰丙酸合酶和尿卟啉原III甲基化酶,两个酶连续催化的荧光产物在细胞内积累量为562．13±3．17／OD600,而没有分子伴侣的积累量为457．66±4．98／OD600,表明分子伴侣改善部分蛋白在大肠杆菌的可溶性表达和催化功能。     

“橄榄球迷的喜讯”

大肠杆菌伴侣蛋白GroEL和GroES已被广泛研究其目的在于了解这些蛋白如何行使蛋白质折叠功能,本文为此提出一种模式,即圆柱状的GroEL蛋白质通过其上的两个凹槽之一与底物结合．     

巨大芽孢杆菌分子伴侣GroES和GroEL新基因的克隆及同源性分析

巨大芽孢杆菌作为革兰氏阳性细菌的一种,是良好的重组蛋白的表达宿主.本研究利用PCR技术从巨大芽孢杆菌基因组克隆出一条1.9 Kb的基因片段.核酸序列分析结果表明,该片段全长1 984 bp,包含2个ORF,分别与芽孢杆菌来源的GroES和GroEL基因有高度的相似性.氨基酸序列比对发现,GroES蛋白与枯草芽孢杆菌来源的GroES蛋白氨基酸序列同源性为91%,GroEL蛋白氨基酸序列同源性为90%.     

不同寄主植物的烟粉虱(Bemisia tabaci)内共生菌传毒相关GroEL蛋白的一致性

通过对7种寄主植物上B型烟粉虱北京种群的内共生菌传毒相关groEL基因进行PCR扩增和测序,结合已有的相关序列,构建了groEL基因及其编码的GroEL蛋白的分子系统树。结果表明：烟粉虱内共生菌产生的groEL基因是一个非常保守的基因,北京不同寄主植物的烟粉虱内共生菌与IsraelB型烟粉虱内共生菌的groEL基因亲源关系非常近,位于同一进化分支,其编码的GroEL蛋白的分子系统树也基本上是一致的。不同物种的groEL基因及其编码的GroEL蛋白分别位于不同的分支,说明groEL基因及其编码的GroEL蛋白的分子系统树可以用于分析物种间的进化关系。氨基酸序列比较表明：烟粉虱内共生菌GroEL具有原核GroEL的保守氨基酸、ATP酶活性位点、多肽结合位点和GroES连接位点,为典型的hsp60。不同来源烟粉虱内共生菌GroEL有少数几个保守氨基酸发生了置换,可能不是GroEL功能的重要位点。说明在容易变异的细菌基因组中,groEL基因为了维持其正常重要的生理功能,会通过保持功能位点的稳定性来应对不同生态因素的影响。     

巨大芽孢杆菌分子伴侣GroES和GroEL新基因的克隆及同源性分析

巨大芽孢杆菌作为革兰氏阳性细菌的一种,是良好的重组蛋白的表达宿主.本研究利用PCR技术从巨大芽孢杆菌基因组克隆出一条1.9Kb的基因片段.核酸序列分析结果表明,该片段全长1984bp,包含2个ORF,分别与芽孢杆菌来源的GroES和GroEL基因有高度的相似性.氨基酸序列比对发现,GroES蛋白与枯草芽孢杆菌来源的GroES蛋白氨基酸序列同源性为91%,GroEL蛋白氨基酸序列同源性为90%.     

肝癌相关抗原SMP30重组基因的构建、表达及分子伴侣共表达系统的探索

旨在通过应用基因工程的方法构建、表达和纯化肝癌相关抗原SMP30,研究共表达分子伴侣提高基因工程蛋白表达的可溶性及效率。PCR扩增SMP30 cDNA序列,用基因工程技术构建重组表达质粒,转化E.coliBL21(DE3)pLysS宿主菌。表达蛋白经Ni-NTA亲和柱纯化获得HIS-SMP30融合蛋白;分别将4种表达不同分子伴侣的质粒(pG-KJE8、pGro7、pKJE7、pTf16)转入E.coliBL21(DE3)中;然后再将重组质粒转入含有分子伴侣质粒的细胞中,进行分子伴侣与重组质粒的共表达,SDS-PAGE检测目的蛋白的表达量与可溶性分析。经优化表达条件后,目的蛋白以包涵体形式表达,目的蛋白占总蛋白的60%以上;纯化后纯度高达95%以上;诱导共表达后,目的蛋白在上清含量极少,不到总表达目的蛋白的10%。成功构建出高效表达的SMP30重组质粒;加入到诱导表达体系中的4种分子伴侣质粒不能有效的促进可溶性蛋白的表达,pTf16共表达系统能增加目的蛋白表达量。     

固定化分子伴侣GroE促进变性溶菌酶复性的研究

利用重组大肠杆菌表达制备了分子伴侣GroE(GroEL和GroES),研究了GroE以及GroEL辅助变性溶菌酶复性的作用。结果表明,不仅游离GroEL单独作用可使溶菌酶复性收率达到90%以上,而且固定化GroEL亦可有效地促进蛋白质复性,最佳复性温度为37℃,最佳pH值范围为6～8,复性酶的活性收率在85%以上。另外,固定化GroEL可反复回收利用,表明固定化GroEL有可能在实际生物下游过程中得到应用。     

Sumo分子伴侣与富含二硫键的抗真菌肽Drs基因的融合有助于其可溶性表达

利用PCR引物延伸的方法合成了分子伴侣Sumo和抗真菌肽Drosomycin的融合基因,将其插入到表达载体pET-3c中,构建出重组表达质粒pET-3c-SD,并转化至大肠杆茵BL21(DE3)中。筛选重组转化子,进行表达条件的优化和表达产物的可溶性分析。结果表明在30℃条件下,用0.5mM IPTG诱导3h 后,目的蛋白表达量最高,约占菌体总蛋白的22％,其中可溶性蛋白超过了目的蛋白的80%。经过Ni-NTA纯化后,融合蛋白的纯度可达95％以上。抑菌实验表明,该融合蛋白对白僵菌（Beauveria bassiana）具有一定的抑真菌活性。本研究证实了使用分子伴侣Sumo融合表达对具有多个二硫键的小分子多肽的表达是非常有效的。     

分子伴侣对可溶性肿瘤坏死因子相关促凋亡配体在巴斯德毕赤酵母中表达的影响

目的:提高外源蛋白可溶性肿瘤坏死因子相关促凋亡配体(sTRAIL)在巴斯德毕赤酵母中的分泌表达。方法:根据GenBank公共数据库中公布的模式生物酿酒酵母的分子伴侣(Ssa1p、YDJ1、Kar2p和PDI)基因序列设计引物,利用PCR方法从酿酒酵母基因组中得到各基因片段,并将单独Ssa1p或Kar2p、组合YDJ1 PDI、Kar2p PDI或YDJ1 PDI PDI分别构建到pPIB2Z表达载体中,并整合到外源蛋白sTRAIL工程菌(毕赤酵母GS115)中进行筛选和诱导表达。结果:SDS-PAGE分析表明,sTRAIL的表达量明显提高,特别是整合了分子伴侣组合YDJ1 PDI的工程菌。Western印迹分析整合的分子伴侣基因后,分子伴侣蛋白在工程菌中的表达量得到了提高。结论:提高细胞内分子伴侣的表达,可以增加外源蛋白的分泌表达,为进一步研究巴斯德毕赤酵母奠定了基础。     

分子伴侣GroE系统能量传递机制的研究

用SwissPDBViewer软件对分子伴侣GroE系统与底物的相互作用进行了模拟 ,结果表明 :GroEL顶端结构域在GroES和靶蛋白结合之后发生了明显的变化 ;GroEL的cis环上有与三磷酸腺苷ATP相结合的位点 ,ATP水解之后形成的ADP与活性中心的残基相结合 ,而这种结合除导致残基Thr30的构型发生了变化之外 ,其它残基的空间位置和构型基本保持不变 ,暗示其它残基在能量传递过程中形成了刚性骨架 ,而与ADP分子磷酸键结合的残基Thr30则是能量传递的力点。     

嗜热古菌S.solfataricus小热激蛋白基因的克隆及表达

目的:从嗜热古菌Sulfolobus solfataricus中克隆一种新的小热激蛋白SsHsp14.1的基因,并研究其表达和生物活性。方法:用PCR技术以S.solfataricus基因组为模板扩增得到目的基因序列片段,并将其克隆到pET-28a(+)中,转化到E coli BL21(DE3)中经IPTG诱导表达,纯化后对产物进行生物活性测定。结果:从菌株S.solfataricus中克隆出目的基因,该基因的编码框由375个碱基组成,编码的蛋白质由124个氨基酸组成。含该质粒的大肠杆菌经诱导表达了一个与预期理论值相符的约14kDa的蛋白,利用亲和层析和凝胶柱分离纯化了重组蛋白。试验证明纯化后的重组SsHsp14.1具有分子伴侣活性,重组蛋白在体内表达时能提高E.coli细胞的耐热性。结论:成功克隆SsHsp14.1基因并表达出蛋白,并明确了其分子伴侣活性,为该热激蛋白的研究和应用奠定基础。     

硫矿硫化叶菌P2分子伴侣基因的克隆表达及其性质

[目的]研究重组表达的硫矿硫化叶菌P2分子伴侣β亚基体外同源聚合体的结构和生化功能.[方法]利用PCR技术从硫矿硫化叶菌P2的基因组DNA中克隆得到分子伴侣β亚基的基因,将该基因克隆到表达载体pET-21a( )上并在大肠杆菌BL21(DE3)中实现了表达.对纯化后的β亚基单体进行体外聚合,利用透射电镜观察β分子伴侣的结构,并对其促蛋白折叠性质进行了研究.[结果]硫矿硫化叶菌P2分子伴侣β亚基基因在大肠杆菌BL21中实现了高效表达,纯化后的分子伴侣β亚基单体在ATP和Mg2 存在的条件下可自组装形成分子伴侣聚合体.透射电镜观察表明:该β分子伴侣具有Ⅱ型分子伴侣典型的双层面包圈结构,每个环由8个亚基构成.该β分子伴侣具有ATPase活性,最适反应温度为80℃;它不仅能够促进变性的绿色荧光蛋白(GFP)重新折叠,而且还能有效的提高木聚糖酶的热稳定性.[结论]本文根据P2基因组序列分析预测的分子伴侣基因设计引物,克隆表达了硫矿硫化叶菌P2分子伴侣的β亚基,纯化后对其进行体外聚合,透射电镜观察表明该聚合体具有Ⅱ型分子伴侣的经典结构,功能分析表明该β分子伴侣能够在体外促进异源蛋白质的折叠、提高其它酶分子的热稳定性.这为进一步深入研究嗜热古菌耐热抗逆的分子机制,奠定了良好的基础.     

人白介素-4与大肠杆菌二硫键异构酶DsbC在大肠杆菌中的融合表达及羟胺切割后共复性

目的:通过融合表达、羟胺切割、与二硫键异构酶共复性,获得高表达、高纯度、高生物活性的重组人白细胞介素-4(rhIL-4)。方法:将5端引入了羟胺切割位点的hIL-4基因克隆到大肠杆菌二硫键异构酶DsbC的原核表达载体pET-DsbC中,IPTG诱导表达,对包涵体进行纯化,然后在变性条件下经羟胺切割,利用DsbC的分子伴侣功能与hIL-4进行共复性,最后利用阳离子交换层析纯化获得rhIL-4蛋白。结果:融合蛋白DsbC-hIL-4的表达量占细菌总蛋白的40%以上,以包涵体形式存在;纯化后得到的rhIL-4的相对分子量为15×103,与预期一致,电泳纯度达95%;细胞学实验测定其具有良好的生物学活性。结论:通过融合表达的方法可以提高hIL-4的原核表达量;利用共复性的方式极大地提高了hIL-4的复性率和生物活性。     

辛德毕斯病毒E2包膜蛋白可溶性表达条件的优化

目的:通过优化表达条件,提高辛德毕斯病毒E2包膜蛋白胞外区的可溶性表达量。方法:构建含E2基因胞外区的重组表达质粒pGEX-6p-1-E2,筛选合适宿主菌和诱导温度,并构建5种分子伴侣共表达系统(即pG-KJE8、 pGro7、pKJE7、 pG-Tf2和pTf16 5种分子伴侣质粒分别与重组表达质粒pGEX-6p-1-E2共表达),筛选最适分子伴侣质粒。结果:(1)E2蛋白的表达量在E.coli BL21、BL21 (DE3) pLysS、Rosetta (DE3)及Origami B (DE3) 4种表达菌中没有明显差别;(2)16℃诱导时E2蛋白在上清中可溶性表达量最高;(3)分子伴侣质粒pG-Tf2使目的蛋白的可溶性表达量提高了15.7%,作用最为显著。结论:通过优化表达条件及使用分子伴侣共表达系统提高了E2蛋白的可溶性表达,为进一步E2蛋白的相关研究奠定了基础。     

分子伴侣促进截短型人乳头瘤病毒58亚型L1蛋白在大肠杆菌中的可溶性表达

目的:采用分子伴侣pTf16共表达的形式促进截短型人乳头瘤病毒(HPV)58亚型L1蛋白在大肠杆菌中的可溶性表达。方法:将重组表达质粒pGEX-6P-HPV58-L1转入含有分子伴侣pTf16的大肠杆菌BL21感受态细胞中,在2.0 mg/mL L-阿拉伯糖诱导表达20 min之后加入1.0 mmol/L的IPTG,18℃诱导表达24 h,使目的蛋白与伴侣蛋白共表达;重组蛋白经GST亲和纯化后去除GST标签免疫昆明鼠,ELISA检测免疫血清效价。结果:分子伴侣pTf16能显著提高目的蛋白的可溶性表达,经纯化及去除GST标签,用SDS-PAGE与Western印迹检测,约在相对分子质量50×103处出现特异性反应条带,该条带与截短型HPV58 L1蛋白预期大小相符,免疫动物后经ELISA检测小鼠血清的抗体效价为1∶6400。结论:获得了截短型HPV58 L1蛋白,动物免疫试验证实该蛋白具有较好的免疫原性,为进一步研制HPV58预防型疫苗奠定了基础。     

A组人轮状病毒NSP3基因的克隆及其在大肠杆菌中的表达

目的:获得轮状病毒NSP3基因的表达产物及其抗血清。方法:将TB-Chen株轮状病毒NSP3基因插入质粒pETL,构建重组表达质粒pET-NSP3,并转化大肠杆菌BL21(DE3)表达重组蛋白NSP3;用凝胶分离回收的方法纯化该蛋白,免疫豚鼠制备该蛋白的抗血清。结果:构建了重组表达质粒pET-NSP3,并在大肠杆菌中高效表达了重组蛋白NSP3,目的蛋白表达量占菌体总蛋白量的28.6%;有效地纯化了目的蛋白并制备了该蛋白的抗血清,Western印迹表明该抗血清能与重组蛋白NSP3发生特异性免疫反应。结论:通过质粒pETL能高效表达轮状病毒NSP3蛋白,该重组蛋白具有较好的免疫反应性,为进一步研究其结构、功能及免疫学性质奠定了基础。     

芽孢杆菌β-折叠桶植酸酶的原核可溶性表达优化及包涵体复性研究

目的:来源于芽孢杆菌的β-折叠桶植酸酶基因PhyH,截去N端120个碱基编码的40个氨基酸后,成功构建了原核表达体系,通过两种方法分别得到有活性的目的蛋白PhyHT,并通过进一步纯化提高目的蛋白的纯度.方法:通过分子伴侣共表达系统提高目的蛋白的可溶性表达,并通过包涵体复性研究,从包涵体中制备出有活性的目的蛋白.结果:(1)目的蛋白PhyHT主要以包涵体形式存在于沉淀中;(2)通过优化表达条件,降低温度和诱导剂浓度均不能明显改善包涵体问题,通过构建分子伴侣共表达系统(即pG-KJE8、pGro7、pKJE7和pTfl6 4种分子伴侣质粒分别与重组表达质粒pET28b-PhyHT共表达),筛选能提高目的蛋白可溶性表达的分子伴侣质粒;(3)包涵体经过复性和进一步的纯化,得到了高纯度的有生物活性的目的蛋白.     

保守GTP酶ObgE的分子伴侣活性研究

分子伴侣(molecular chaperone)能够帮助新生多肽链或错误折叠的蛋白质形成天然构象,但本身又不是成熟蛋白质的组成成分。蛋白质需要分子伴侣的帮助,才能够从核糖体合成的新生肽链折叠成有生物活性的大分子。E.coli的ObgE蛋白是保守的GTP酶,ObgE蛋白参与信号转导、蛋白运输和细胞周期调控,并与E.coli在氨基酸饥饿下的应激反应有关。本实验通过分子克隆,将E.coli ObgE蛋白的基因克隆到表达载体pET-28a中,转化到E.coli BL21进行蛋白表达纯化。纯化后的ObgE蛋白通过柠檬酸合成酶变复性实验、α-葡萄糖苷酶变复性实验、牛碳酸酐酶变复性实验,检测ObgE蛋白的分子伴侣活性,发现ObgE具有一定的分子伴侣活性,为该蛋白的研究应用奠定了基础。