重组单链胰岛素在含有巯基试剂的变性剂中的解折叠

重组单链胰岛素(PIP)含有3对二硫键。在含有巯基试剂的变性剂中,PIP产生二硫键交换从而形成一系列具有不同解折叠程度的二硫键异构体混合物。分别用高压液相色谱（HPLC）和圆二色性（CD）光谱分析了PIP在含有0．2mmol/L2－巯基乙醇的尿素和盐酸胍中的解中的解折叠程度。PIP二硫键异构体混合物通过胰蛋白酶酶解并用质谱测定酶解片段的分子量,证明PIP确实产生了二硫键交换。同时还分离纯化了PIP的一种主要非天然二硫键异构体并研究了它重新折叠成天然构象的情况。观察到PIP只有一种热力学稳定的二硫键配对方式,PIP的非天然二硫键异构体在巯基试剂存在的条件下可以高效转化为天然二硫键配对。还将PIP解折叠和再折叠的情况与胰岛素样生长因子－I（IGF－I）及胰岛素做了比较：胰岛素和PIP只折叠成一种热力学稳定的三级结构,IGF－I却折叠成两种热力学稳定的二硫键异构体;胰岛素的双链重组需缓慢进行,而PIP却可以快速折叠。     

胰岛素的体外折叠: 折叠中间体的鉴定 及其折叠途径

在单链胰岛素体外折叠研究的基础上, 研究了胰岛素的体外折叠过程. 在胰岛素的折叠过程中捕捉到6个主要的折叠中间体, 分别命名为P1A, P2B, P3A, P4B, P5B和P6B. 中间体的折叠实验证明6个中间体都能最终折叠成胰岛素. 在中间体的鉴定和分析以及推断的过渡态中间体形成和作用的基础上, 提出了胰岛素体外折叠的两步折叠途径. (ⅰ) 在折叠过程的早期, 完全还原的胰岛素, 即A链和B链各自形成中间体: 2个A链中间体(P1A和P3A), 4个B链中间体(P2B, P4B, P5B和P6B). (ⅱ) 在进一步的折叠过程中, 推断相继产生3个过渡态中间体: 首先, 中间体P3A通过分子内巯基/二硫键交换反应形成过渡态中间体Ⅰ, 该中间体含有1个天然二硫键A6-A11和2个巯基分别位于A7和A20; 然后, 过渡态中间体Ⅰ的巯基和P4B或P6B上的巯基通过氧化反应(主要以折叠体系中的GSSG为氧化剂)分别形成含有2个天然二硫键的过渡态中间体Ⅱ和Ⅲ; 最后, 过渡态中间体Ⅱ和Ⅲ通过分子内巯基/二硫键交换反应形成第3个天然二硫键, 完成胰岛素体外折叠.     

胰岛素的体外折叠: 折叠中间体的鉴定 及其折叠途径

在单链胰岛素体外折叠研究的基础上, 研究了胰岛素的体外折叠过程. 在胰岛素的折叠过程中捕捉到6个主要的折叠中间体, 分别命名为P1A, P2B, P3A, P4B, P5B和P6B. 中间体的折叠实验证明6个中间体都能最终折叠成胰岛素. 在中间体的鉴定和分析以及推断的过渡态中间体形成和作用的基础上, 提出了胰岛素体外折叠的两步折叠途径. (ⅰ) 在折叠过程的早期, 完全还原的胰岛素, 即A链和B链各自形成中间体: 2个A链中间体(P1A和P3A), 4个B链中间体(P2B, P4B, P5B和P6B). (ⅱ) 在进一步的折叠过程中, 推断相继产生3个过渡态中间体: 首先, 中间体P3A通过分子内巯基/二硫键交换反应形成过渡态中间体Ⅰ, 该中间体含有1个天然二硫键A6-A11和2个巯基分别位于A7和A20; 然后, 过渡态中间体Ⅰ的巯基和P4B或P6B上的巯基通过氧化反应(主要以折叠体系中的GSSG为氧化剂)分别形成含有2个天然二硫键的过渡态中间体Ⅱ和Ⅲ; 最后, 过渡态中间体Ⅱ和Ⅲ通过分子内巯基/二硫键交换反应形成第3个天然二硫键, 完成胰岛素体外折叠.     

A7—B7二硫键缺失对胰岛素原重折叠及结构的影响

为研究A7 B7二硫键在胰岛素原结构和折叠中的作用 ,构建了A7 B7二硫键缺失的胰岛素原突变体 ,研究了其与野生型胰岛素原在体外重折叠产率、自由巯基氧化速度、CD谱、受体及抗体结合活性 ,以及对胰蛋白酶酶切敏感性的差别。结果表明 ,A7 B7二硫键缺失可导致胰岛素原α 螺旋明显减少以及对胰蛋白酶的酶切敏感性显著增加 ,其对胰岛素原结构的影响主要导致了受体结合活性的大幅度降低。突变体在体外重折叠 1h后巯基氧化速率较野生型明显减慢 ,但其最终折叠产率与野生型相当。由此提出一个胰岛素原折叠的可能途径 ,即A链链内二硫键最先形成 ,然后是两对链间二硫键。且A2 0 B19二硫键比A7 B7二硫键很可能先形成 ,在折叠中更重要。     

类胰岛素生长因子-Ⅰ和胰岛素表现其功能的结构和分子基础

综述了近年来关于IGF-Ⅰ和胰岛素表现生理功能的结构基础和分子基础研究进展.IGF-Ⅰ和胰岛素是胰岛素家族中的2个重要成员, 两者的分子结构高度同源, 两者的受体相似且属同一家族, 两者的生理功能可彼此交叉, 但各自具有主要的生理功能.IGF-Ⅰ的主要生理功能是促进细胞生长, 胰岛素的主要生理功能是促进葡萄糖的摄取和代谢.生物大分子的功能及其表现的基础是分子结构及参与功能表现的诸多分子, 如受体、信号分子等等.     

凝乳酶原Cys45-Cys50二硫键功能的研究

凝乳酶原突变体Cys45Asp/Cys50Ser包含体溶解所需的温度、时间、pH条件均与野生型一样,而且其氧化再折叠行为与野生型类似,在同样的复性条件下最终都能获得正确折叠可活化的分子.这与缺失Cys250-Cys283二硫键的突变体大不相同,说明Cys45-Cys50二硫键对凝乳酶原正确折叠的贡献小于Cys250-Cys283二硫键,但这对二硫键的缺失使假凝乳酶的热稳定性显著下降,说明此二硫键在稳定酶的空间构象中起重要作用、另外,突变体Cys45Asp/Cys50Ser假凝乳酶的水解蛋白酶活性(P)与凝乳活性(C)均较野生型低,但是其C/P值比野生型高1倍.     

草鱼(♀)×赤眼鳟(♂)杂交F1IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ cDNA克隆、序列分析及表达特征

为探究草鱼(♀)×赤眼鳟(♂)杂交F_1生长性状形成相关分子机理,本研究通过RACE技术(rapid-amplification of cDNA ends, RACE)克隆了杂交F_1个体胰岛素样生长因子-Ⅰ(Insulin-like growth factors-Ⅰ,IGF-Ⅰ)和IGF-Ⅱ的cDNA全长序列,利用荧光定量PCR检测了两个基因的组织表达水平,并比较了杂交F_1生长性状大、小两个亚群的基因表达水平差异。结果显示:IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ的cDNA全长分别为824 bp和1 707 bp。IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ蛋白均具有胰岛素样生长因子的典型特征,即包括信号肽和B、C、A、D和E5个功能结构域,并具有6个保守的半胱氨酸。IGF-Ⅰ与IGF-Ⅱ的氨基酸序列同源性较低,仅为26%。IGF-Ⅰ与IGF-Ⅱ在杂交F_1下丘脑、垂体、肝脏、脾脏、肾脏、头肾、肠、心脏、皮肤、肌肉、性腺和血液中都有表达,且均在肝脏中表达水平最高,心脏中最低。同池饲养F_1的基因表达分析显示,大亚群肝脏、血液和肌肉中IGF-Ⅰ表达水平均极显著高于小亚群对应组织中的表达水平(p0.01),大亚群肝脏中IGF-Ⅱ表达水平极显著高于小亚群(p0.01),表明IGF-Ⅰ和IGF-Ⅱ的表达水平与杂交F_1的生长性状相关联。实验结果可为深入研究草鱼(♀)与赤眼鳟(♂)杂交F_1生长性状的分子调控机制提供科学基础。     

胰岛素样生长因子1的结构与功能研究进展

胰岛素样生长因子1(IGF1)是一种多功能细胞调控因子.它的结构特征为其促生长和物质代谢功能提供依据.集中介绍了IGF1的三维结构、IGF1与相关受体和结合蛋白的结合区以及二硫键在蛋白质折叠中的重要作用.     

胰岛素受体胞外区三维结构的模建及结构功能关系

利用计算机辅助分子设计技术模建了人胰岛素受体α亚基N端三个结构域的空间结构。实验研究证明胰岛素受体结合胰岛素的主要决定要素在这三个结构域,在模建的结构中,三个结构域围成了一个很大的开放的空洞,这个空洞的体积大小足以容纳一个胰岛素分子,这个空洞可能就是胰岛素受体与底物的作用的部位,另外,突变实验研究表明在胰岛素受体中有一个结合底物的“footprint”,由4个在一级结构上不连续的片段组成,从三维结构角度看,这4个片段中,有3个出现在邻近的平行折叠股,在我们的模型中,胰岛素受体分子中有一个两性表面,这个表面位于L1结构域,并且面向三个结构域围成的空洞,这个表面可能就是受体识别胰岛素和与底物发生初始作用的部位。“foot-print”和两性表面的大部分残基是相同的。     

三种胰岛素在反相色谱上的保留行为与热力学性质

以C8 柱为固定相 ,5 4%～ 5 9%甲醇为流动相 ,在一个广泛的温度 10～ 6 5℃范围内 ,研究了人、牛、猪 3种生物的胰岛素在高效反相色谱上的保留行为和热力学性质。研究结果表明 3种胰岛素在结构上的细微差别 ,能在反相色谱行为上明显地显示出来。同时还测定了 3种胰岛素与C8 柱结合时的焓ΔHo 和熵ΔSo 变化情况 ,这些热力学参数 ,对多肽和疏水界面相互作用机制的研究具有重要的参考价值。实验结果证明 ,通过色谱热力学参数的测定 ,将为蛋白质折叠机制以及生物大分子相互作用机制的研究 ,提供一种极其有效的方法     

二硫键异构酶

天然二硫键的形成是许多蛋白正确折叠中的限速步骤,在稳定蛋白质构象和保持蛋白质活性方面起重要作用。讨论的二硫键异构酶是内质网中一种重要的蛋白折叠催化剂,它催化蛋白二硫键的形成和错误配对二硫键的重排,并有抑制错误折叠蛋白聚集的分子伴侣活性。PDI广泛应用于基因工程上提高外源蛋白表达水平。     

胰岛素的促生长作用

除了经典的代谢调节作用之外,胰岛素还具有重要的促生长作用：在体外胰岛素能够刺激众多细胞的增殖与分化,一些实验证明胰岛素在体内可能也是一种重要的生长调节因子.胰岛素的促生长作用通过细胞表面的胰岛素受体介导,但在较高的胰岛素浓度下也可以通过类胰岛素生长因子Ⅰ(IGF-Ⅰ)受体进行,在不同细胞体系中可能会有所不同.受体后的信号转导经过了一系列磷酸化和去磷酸化等途径,其中有胰岛素受体底物1(IRS-1)、Shc蛋白、Ras蛋白以及磷酸肌醇3激酶(PI3-K)等的参与.在胰岛素的分子表面很可能存在一些区域或位点,对其促生长作用有着更大的贡献,通过对一些高促生长活性的胰岛素类似物的研究已揭示出一些初步的证据.     

Cys146-Cys146分子间二硫键在人瘦素二聚化过程中起主导作用

在前期研究中,已发现人瘦素（leptin）在体外再折叠过程中会形成稳定的二聚体,但其二聚化机制尚不清楚. 本研究旨在分析瘦素二聚体的结构特性,并重点研究体外再折叠过程中瘦素二聚化的机制. 相较与瘦素单体,瘦素二聚体保留了约75％免疫活性及15％受体结合活性,同时显示出明显慢的天然电泳迁移率. 圆二色性分析显示,二聚体基本保留了单体α螺旋索结构特征. 还原性及非还原性凝胶电泳分析和自由巯基测定结果表明,瘦素二聚体是由一对分子间二硫键连接2个单体而成的.为了确定瘦素二聚化过程中起主导作用的分子间二硫键,利用PCR定点突变技术构建了C96S和C146S两个突变体瘦素. 通过分析C96S及C146S突变体瘦素的体外再折叠特性及过程,并与野生型瘦素相比较,揭示C96S瘦素的二聚体显示出与野生型瘦素二聚体相似的特性,而C146S瘦素不能形成结构稳定的二聚体. 以上研究结果表明,Cys146-Cys146分子间二硫键在人瘦素二聚化过程中起主导作用.     

蛋白质的氧化重折叠

经过近几十年来广泛而深入的研究,蛋白质氧化重折叠的机制已得到相当详细的阐明。1在已研究过的蛋白质中,大多数蛋白质都是沿着多途径而非单一、特定的途径进行氧化重折叠,这与折叠能量景观学说是一致的。2正是氨基酸残基间的天然相互作用而不是非天然的相互作用控制蛋白质的折叠过程。这一结论与含非天然二硫键的折叠中间体在牛胰蛋白酶抑制剂（BPTI）折叠中所起的重要作用并非相互排斥,因为后者仅仅是进行链内二硫键重排的化学反应所必需,与控制肽链折叠无直接关系。3根据对BPTI的研究,二硫键曾被认为仅仅具有稳定蛋白质天然结构的作用,既不决定折叠途径也不决定其三维构象。这一观点不适用于其它蛋白质。对凝乳酶原的研究表明,天然二硫键的形成是恢复天然构象的前提。天然二硫键的形成与肽键的正确折叠相辅相成,更具有普遍意义。4在氧化重折叠的早期,二硫键的形成基本上是一个随机过程,随着肽链的折叠二硫键的形成越来越受折叠中间体构象的限制。提高重组蛋白质的复性产率是生物技术领域中的一个巨大的挑战。除了分子聚集外,在折叠过程中所形成的二硫键错配分子是导致低复性率的另一个主要原因。氧化重折叠机制的阐明为解决此问题提供了有益的启示。如上所述,在折叠的后期,二硫键的形成决定于折叠中间体的构象,类天然、有柔性的结构有利于天然二硫键形成和正确折叠,具有这类结构的分子为有效的折叠中间体,最终都能转变为天然产物;而无效折叠中间体往往具有稳定的结构,使巯基、二硫键内埋妨碍二硫键重排,并因能垒的障碍不利于进一步折叠。因此,降低无效折叠中间体的稳定性使之转变为有效折叠中间体是提高含二硫键蛋白质复性率的一条基本原则,实验证明,碱性pH、低温、降低蛋白质稳定性的试剂、蛋白质二硫键异构酶、改变蛋白质一级结构是实现这一原则的有效手段。此外,这里还就氧化重折叠的基础和应用研究的前景进行了讨论。     

胰岛素受体家族的结构与功能研究

胰岛素（insulin）与胰岛素样生长因子-1（IGF-1）分别是由胰岛β细胞和肝细胞分泌的 多肽类激素.它们通过结合并激活位于细胞膜上的受体酪氨酸激酶(RTKs),发挥重要的生理作用. 作为起始信号传导的第一步,胰岛素与IGF-1是如何与各自受体的膜外区域（ectodomain） 结合并进一步激活受体的细胞膜内酪氨酸激酶活性一直属于科学研究的关键基础问题.本文 概述了胰岛素受体家族（IR和IGF-1R）及其配体的结构与功能的特点和关系,并重点介绍 了近年来国内外在胰岛素受体家族复合体结构和功能上的研究手段和取得的突破性进展.     

IGF受体1分子上IGF-1结合位点的探讨

为了探讨胰岛素样生长因子受体1(IGF-R1)分子上的胰岛素样生长因子1(IGF-1)结合位点,建立了研究IGF-1与IGF-R1相互作用的酵母双杂交模型;利用基因体外定点突变的方法,构建了7种IGF-R1突变体;然后通过报告基因活性的定量分析,在酵母双杂交模型中检测了IGF-1与各种IGF-R1突变体之间相互作用的大小,初步确定了IGF-R1分子中IGF-1的结合位点,并且IGF-R1分子上N237、T238在与IGF-1结合中起着重要作用.     

胰岛素样生长因子IGF系统与鱼类性腺的研究进展

IGFs系统包含3个配体(IGF-1、IGF-2、IGF-3)、2个受体(IGF-1R、IGF-2R)和6个IGF结合蛋白(IGFBP).生殖和生长是生物体最基本的特征,两者既密切相关又相互区别,胰岛素样生长因子(IGFs)是生长轴和生殖轴相交联的关键因子.最近研究表明:鱼类性腺的发育及成熟伴随着细胞分化和组织生长,传统的生长因子IGF-1、IGF-2和最近发现的IGF-3,对鱼类性腺发挥着重要作用.本文重点介绍鱼类特有的配体IGF-3的结构,鱼类IGFs系统的信号通路及其与鱼类性腺的相关性研究进展.     

翘嘴鲌胰岛素样生长因子-Ⅰ的克隆及序列分析

为探讨胰岛素样生长因子-Ⅰ(Insulin like growth factor-Ⅰ, IGF-Ⅰ)对于翘嘴鲌(Culter alburnus)生长性状的影响, 对其DNA序列进行了克隆。翘嘴鲌IGF-Ⅰ全长14567 bp, 由5个外显子和4个内含子组成。其5个外显子长度分别为298、160、182、36 和1360 bp。推测的阅读框为486 bp, 编码由161个氨基酸组成的IGF-Ⅰ前体蛋白。前体肽由信号肽、成熟肽、E肽三部分组成, 其中信号肽44个氨基酸, 成熟肽70个氨基酸, E肽47个氨基酸。成熟肽由B、C、A、D四个区域组成, 其中B结构域和A结构域的保守性最高, 在这2个区域包含由6个半胱氨酸残基形成的3个二硫键。翘嘴鲌B区域还包含保守的IGF-Ⅰ受体识别序列(PheB23-TyrB24-PheB25)。E肽的长度表明翘嘴鲌IGF-Ⅰ属Ea-2型。同源性分析表明翘嘴鲌与鲤科鱼类的IGF-Ⅰ编码氨基酸同源性较高, 为94%—100%, 但在聚类分析中翘嘴鲌并不是首先和鲌亚科的鱼类聚集在一起。Real-time qPCR组织特异性表达结果显示IGF-Ⅰ mRNA在肝脏组织中的表达量最高, 脾、心脏、精巢、脑次之, 肾、鳃、胃和卵巢中表达量较低。翘嘴鲌IGF-Ⅰ基因4个内含子长度分别为1170、9364、251 和1746 bp。相对外显子来说, 种间内含子变异较大, 其中第三内含子变异最大。翘嘴鲌IGF-Ⅰ基因中包含6个微卫星, (GATG)₅AATAT (ATAG)₁₁位于第一内含子中, (CT)₈、(TTA)₅、(AC)₁₃、(TG)₁₂和(ATT)₅位于第二内含子中。其中4个微卫星位点具有多态性, 将它们在120尾同塘养殖的翘嘴鲌中进行基因型与生长性状的关联性分析, 均未达到显著水平(P>0.05)。结果为进一步研究该基因的表达、功能及其转录调控特征奠定了分子基础。     

内质网应激与肝脏胰岛素抵抗

肝脏是机体物质代谢的中心,也是胰岛素作用的重要靶器官。肝脏胰岛素抵抗会影响糖脂代谢,机体出现血糖升高、肝内脂质沉积等症状,从而进一步加重胰岛素抵抗,二者形成恶性循环。内质网是蛋白质合成、折叠、加工及其质量监控的重要场所,广泛分布于真核细胞中。当机体出现生理性应激(如蛋白质分泌量增加)或病理性应激(如内质网中存在大量无法正确折叠的突变蛋白质)时,会导致蛋白质折叠需求与内质网蛋白质折叠能力之间的不平衡,从而引起内质网应激。内质网应激与肝脏胰岛素抵抗密切相关。近年来,大量研究发现,内质网应激不仅能直接破坏胰岛素信号传导通路,还可以通过多种方式作用于靶组织进一步促进胰岛素抵抗(尤其在肝脏)。     

2 型糖尿病合并非酒精性脂肪肝病患者IGF-1 与胰岛素抵抗关系研究

研究胰岛素样生长因子-1(IGF-1)与2型糖尿病(T2DM)胰岛素抵抗关系。有研究证实给予IGF-1后,可改善胰岛素抵抗、肝脏脂质代谢,IGF-1基因缺失的动物会产生胰岛素抵抗和高胰岛素血症,低水平的IGF-1还可能与非酒精性脂肪肝病(NAFLD)肝纤维化有关,而T2DM和NAFLD与胰岛素抵抗共存,T2DM合并NAFLD患者IGF-1水平更低。IGF-1与胰岛素抵抗关系密切,IGF-1水平能反映胰岛素抵抗的严重程度,为IGF-l在今后治疗T2DM和NAFLD的提供了潜在的临床应用前景。