專利名稱：基于蛋白質三聚化模序的高分泌性三聚體蛋白的表達方法
技術領域：
本發明涉及一種外源蛋白的表達方法，尤其涉及一種高分泌性三聚體蛋白的表達 方法，屬于三聚體蛋白的表達領域。
背景技術：
絕大多數分泌性蛋白質的氨基端都有一段15 35個氨基酸的信號肽 (signalp印tide)，其功能是引導新生的蛋白質多肽鏈穿過內質網膜進入內質網腔內。信號 肽在穿越內質網膜后即被內質網腔內的信號肽酶水解切除，此時新生多肽鏈開始折疊及其 他一系列修飾過程，再通過囊泡系統進入高爾基體完成進一步修飾，最終形成成熟的分泌 蛋白。可見，對于分泌性蛋白而言，只有確保信號肽及時準確地切除，才能在細胞內生成足 夠量的活性蛋白，并最終獲得理想的分泌產量(Li，Y.，et al. ,Viral liposomes released from insect cells infected withrecombinant baculovirus expressing the matrix protein of vesicular stomatitis virus. J Virol,1993. 67(7) :p. 4415-20. Kypr, J. and J. Mrazek, Unusual codon usage ofHIV. Nature, 1987. 327(6117) :p. 20.)。因此篩選具有 相對實用性廣和可高效率引導蛋白質分泌表達的信號肽序列是優化蛋白質外源表達的關 鍵策略之一。基于信號肽可介導蛋白質分泌及可在不同蛋白質間互通使用的特點，可以通 過優化信號肽序列或引入外源高分泌性信號肽來提高目的蛋白的產量和分泌效率。人組織型纖溶酶原激活物(tissue plasminogen activator, tPA)的信號肽(Met -Asp-Ala-Met-Lys-Arg-Gly-Leu-Cys-Cys-Val-Leu-Leu-Leu-Cys-Gly-Ala-Val-Phe-Val-Ser-Pro-Ser)是目前應用最廣泛的外源性信號肽之一。tPA信號肽具有強分泌信號肽的典 型特征1)信號肽N端有兩個正電荷氨基酸，介導信號肽與內質網膜信號肽受體的識別；2) 序列中部主要由疏水氨基酸組成疏水核心，具有形成α螺旋的傾向，有利于信號肽與脂質 雙層作用，引導新生肽穿過內質網膜；3)序列C末端靠近切割處主要由極性氨基酸組成，形 成β折疊，容易斷裂，符合信號肽酶的切割位點的特點。由于上述特征，tPA信號肽往往作 為外源性信號肽應用于人體內或體外人類細胞系中目的蛋白的分泌表達。Chapman等首次將tPA信號肽作為外源性分泌信號應用于HIV-1包膜糖蛋 白(envelope glycoprotein, Env)的體外表達，其構建策略是刪除目的蛋白的信號肽 序列，將tPA信號肽引入目的蛋白的氨基端。用tPA信號肽替換Env原有信號肽后， Env 蛋白分泌水平顯著上升(Chapman, B. S.，et al.，Effect of intron A fromhuman cytomegalovirus (Towne) immediate-early gene on heterologous expressionin mammalian cells. Nucleic Acids Res，1991. 19 (14) :p. 3979-86.)。隨后的研究進一 步表明，tPA引導的Env蛋白的免疫原性明顯強于野生株Env蛋白(Pfeiffer，Τ.，et al. , Effects of signal peptide exchange on HIV-I glycoprotein expression and viral infect ivity in mammalian cells. FEBS Lett, 2006. 580 (15) :p. 3775-8.)。截止目 前，tPA信號肽也廣泛用于結核分枝桿菌、鼠疫耶爾森菌、輪狀病毒、日本腦炎病毒、痘苗病 毒、流感病毒、人乳頭瘤病毒等多種細菌、病毒的結構蛋白的分泌表達，均不同程度地提高了目的蛋白的表達量和免疫原性。2003年，中國國家知識產權局公開了四個SARS冠狀病毒結構蛋白的表達質粒 pVPH(CN1449827)、pVPM(CN1449828)、pVPS (CN1449829)、pVPS2 (CN1449831)。其構建策略 是將tPA信號序列插入SARS病毒M基因、HE基因、S基因或S蛋白抗原決定簇基因的N末 端，再將融合基因克隆至原核或真核表達載體，作為SARS病毒的DNA疫苗候選。上述關于tPA信號肽的應用和專利主要利用了 tPA信號肽的高效分泌特性，其研 究對象是蛋白質的一個亞基或一個亞單位，獲得的目的蛋白以分泌形式表達至細胞外。但 是，對于天然狀態下以三聚體形式存在的蛋白質，如HIV-IEnv蛋白、SARS病毒S蛋白、流感 病毒血凝素蛋白(hemagglutinin，HA)等，除了需要實現蛋白的分泌表達之外，還必須考慮 如何模擬和維持蛋白質的天然三聚體結構，以便研究蛋白質的結構和生物學功能、提高蛋 白質的免疫原性。然而，截止目前，國內尚無以tPA作為外源信號肽引導三聚體蛋白分泌表 達的研究報道。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服三聚體蛋白質在表達過程中所存在的分泌效 率不高、三聚體產物比例小，純度低等問題，提供一種可廣泛應用的分泌性三聚體蛋白質的 表達方法，該方法所表達的目的蛋白能高效分泌表達，同時還可模擬和維持蛋白的三聚體 構象，三聚體產物比例大，純度高。本發明所要解決的技術問題是通過以下技術方案來實現的一種高分泌性三聚體蛋白的表達方法，包括以下步驟(1)將tPA信號肽基因序列、目的蛋白基因和蛋白質三聚化模序基因序列連接在 一起，三者位于同一讀碼框內，得到融合基因；其中，目的蛋白的N末端與tPA信號肽相連， 目的蛋白的C末端與蛋白質三聚化模序N末端相連；(2)將步驟(1)所得到的融合基因克隆至原核或真核表達載體，構建得到融合蛋 白的原核或真核表達載體；(3)利用原核或真核表達系統，體內或體外表達融合蛋白，即得。上述表達方法中，所述的蛋白質三聚化模序的氨基酸序列為SEQ ID NO :2所示，編 碼蛋白質三聚化模序的基因序列可以為SEQ ID NO 1所示；該三聚化模序(MTI)的三聚化 趨勢強，三聚化程度高，分子量小，對目的蛋白的結構影響很小，可廣泛應用于三聚化蛋白 質的表達。所述的tPA信號肽的氨基酸序列為SEQ ID NO 4所示；編碼該tPA信號肽的基因 序列為SEQ ID NO 3所示。當然，含有tPA信號肽基因序列(SEQ ID NO 3)和蛋白質三聚化模序基因序列 (SEQ ID NO 1)的任何一種重組原核或真核表達載體都落在本發明的保護范圍之內。本發明通過向目的蛋白的氨基端引入一個組織性纖溶酶原激活物tPA的信號肽 序列以及向目的蛋白的羧基端引入一個三聚化蛋白模序MTI，形成一個新組合，實現目的蛋 白在原核或真核細胞高水平分泌及三聚化表達。本發明方法的主要優點和應用1、本發明表達方法可廣泛用于天然構象為三聚體的蛋白質的結構和功能研究。
2、本發明所涉及的表達方法可用于天然以三聚體形式存在的蛋白質的表達，進而 篩選與三聚體目的蛋白相互作用的配體分子。3、本發明表達方法可用于構建和表達天然以三聚體形式存在的病毒表面抗原，產 物可作為DNA免疫原，用于體內表達，構建候選基因疫苗；表達產物可作為蛋白免疫原，構 建候選亞單位疫苗，有潛在的遠期社會和經濟效益。4、本發明表達方法可用于天然以三聚體形式存在的病毒表面蛋白的表達，表達產 物可用于診斷試劑的開發并應用于病毒性疾病的診斷，將產生較大的經濟效益。
圖1是tPA信號肽和三聚化模序MTI引入目的蛋白的模式圖；圖2是將融合蛋白基因引入表達載體的模式圖；圖3A-3D是目的蛋白在293T細胞瞬時表達及鑒定的結果圖；其中，圖3A是目的蛋 白在細胞裂解產物中的檢測結果(以GAPDH為內參照)；圖3B是目的蛋白在培養上清中的 檢測結果；圖3C是細胞裂解產物中目的蛋白的相對化學發光(ECL)信號強度，以HAlwt轉 染細胞中目的蛋白的信號強度為100%。圖3D是細胞培養上清中目的蛋白的相對化學發光 信號強度，以HAlwt轉染后的培養上清中目的蛋白的信號強度為100% ；圖4A-4B是融合蛋白表達載體瞬時轉染293T細胞后三聚化融合蛋白在細胞培 養上清中分泌表達及鑒定的結果圖；其中，圖4A是非還原PAGE的檢測結果；圖4B是圖 HAl-MTI泳道中各個聚合形式目的蛋白相對百分比構成。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步說明，應該理解的是，這些實施例僅用于例證 的目的，決不限制本發明的保護范圍。實施例1本實施例所述的三聚化模序MTI的氨基酸序列是=Gly-Gly-Ser-Gly-Gly-Ile-L yS-Glu-Glu-IIe-Ala-Lys-IIe-LyS-Glu-Glu-IIe-Ala-Lys-IIe-Lys-Glu-Lys-IIe-Ala-Gl u-IIe-Glu-Lys-Arg-IIe-Ala-Glu-IIe-Glu-Lys-Arg-IIe-Ala-Gly-Gly-Cys-Cys(SEQ ID No 2)。本實施例所述的tPA信號肽的氨基酸序列是=Met-Asp-Ala-Met-Lys-Arg-Gly-Le u-Cys-Cys-Val-Leu-Leu-Leu-Cys-Gly-Ala-Val-Phe-Val-Ser-Ala-Ser(SEQ ID No :4)。一、流感病毒血凝素蛋白HAl亞基與MTI的融合重組體的構建1、獲取目的基因首先提取流感病毒A/Hong Kong/8/68 (購自美國ATCC)總RNA， 以獲得的總RNA為模板，進行RT反應產生cDNA ；再以cDNA為模板，利用引物HAlUP (TACAGGA TCCGCCATGAAGACTATCATTGCT)和 HA1D0WN(TCTAGCTAGCAGTTTGTTTCTCTGGTACATTTCGC)PCR 擴 增保留天然信號肽的HAl基因，或利用引物HAlEUP (CGACGAATTCCAAAAACTTCCT GGAAATGAC) 和引物HA1D0WN PCR擴增刪除信號肽序列的HAl基因。反應條件為98°C 15s，60°C 10s， 72°C 2min，共 30 個循環，DNA聚合酶為 PrimeStar HS DNA Polymerase (購自日本TaKaRa)。2、融合重組體的構建再將純化后的天然HAl基因克隆至載體pcDNA3. 1⑴(購自 美國Invitrogen)獲得天然HAl蛋白表達載體HAlwt ；將編碼MTI蛋白的基因(GGAGGTTCTG
5GAGGGATTAAAGAGGAGATTGCCAAAATCAAAGAAGAAATAGCTAAGATCAAAGAGAAGATAGCTGAGATTGAAAAG AGAATCGCAGAAATTGAMAGAGAATTGCTGGCGGTTGTTGC) (SEQ ID No 1)合成于載體 pcDNA3. 1 (+) 的多克隆位點EcoR I, Xho I之間獲得載體pcMTI，再將tPA信號肽編碼基因(ATGGATGCAA TGAAGAGAGGGCTCTGCTGTGTGCTGCTGCTGTGTGGAGCAGTCTTCGTTTCGGCCAGC) (SEQ ID No 3)合成 至pcMTI上獲得載體pcT-MTI，再將純化后的不含信號肽序列的HAl基因克隆至pcT-MTI上 獲得融合蛋白表達載體HAl-MTI，其中tPA基因C末端與HAl基因的N末端相連，HAl基因 的C末端與MTI的N末端相連，三者位于同一讀碼框內。二、融合蛋白的表達1、真核細胞轉染實驗將人胚腎293T細胞(購自美國ATCC)以5X105個/孔的密 度鋪于6孔板內，置于37°C、5% CO2的細胞培養箱中培養。至細胞生長面積為孔板底面積 的85% -90%時，將4μ g HAl重組質粒HAlwt或重組質粒HAl-MTI轉染至293T細胞內，所 用的轉染試劑為Lipofectamine 2000(購自美國Invitrogen)，轉染操作參考試劑說明書。2、表達產物的收獲轉染后72h，將Iml 293T細胞培養上清轉移至2. Oml離心管 內，3000 Xg離心5min，棄去細胞碎片，將離心上清分裝于0. 5ml離心管中，于_40°C保存。 用PBS簡單洗滌細胞層，消化并收獲細胞沉淀。向細胞沉淀中加入ΙΟΟμ IlXlysis buffer 裂解細胞，10000 Xg離心lOmin，將離心上清轉移至0. 5ml離心管中，于_40°C保存。三、利用特異性抗體通過western blotting方法檢測產物中的重組蛋白1、SDS-PAGE電泳向100 μ 1收獲的細胞裂解產物或細胞上清中加入 20 μ 16X loading buffer (0. 35M Tris-HCl ρΗ6· 8，30 % 甘油，10 % SDS，0· 012 % 溴酚藍， 6% β-巰基乙醇)，充分混勻，100°C煮沸5min后，4°C 8000Xg，離心lOmin，取40μ 1離心 上清加載至12% SDS-PAGE凝膠中，160V電泳lh。細胞裂解產物以GAPDH為內參照調整樣 品上樣量，培養上清各泳道總蛋白上樣量為250 μ g。2、非還原PAGE電泳向125 μ 1收獲的細胞上清中力Π入25 μ 1 6Xnon-reducedloading buffer (0. 35M Tris-HCl ρΗ6· 8，30 % 甘油，10 % SDS，0· 012 % 溴酚藍)，充分混勻，100°C煮沸2min后，4°C 8000Xg,離心lOmin，蛋白樣品加載至8 % SDS-PAGE凝膠中，160V電泳lh。各泳道總蛋白上樣量均為900 μ g。3,ffestern blotting 電泳結束后，將蛋白質轉印至PVDF膜上，用5%脫脂奶粉于 37°C封閉2h。封閉后的PVDF膜與兔抗HA單克隆抗體(1 1000，購自美國CST)于4°C過 夜孵育，再與辣根過氧化物酶(HRP)標記的山羊抗兔IgG于37°C孵育lh。加入過氧化物酶 底物，顯示蛋白條帶。實驗結果如圖3、圖4所示。圖3是目的蛋白在293T細胞瞬時表達及鑒定的結果圖。其中，圖3A是目的蛋 白在細胞裂解產物中的檢測結果(以GAPDH為內參照)，圖3B是目的蛋白在培養上清中 的檢測結果(各泳道總蛋白上樣量均為250yg)。各自的第一泳道是天然形式目的蛋白 HAl (60KD)；各自的第二泳道是tPA信號肽替換及引入MTI后表達的目的蛋白HAl (60KD)； 各自的第三泳道是陰性對照。圖3C是細胞裂解產物中目的蛋白的相對化學發光(ECL)信號 強度，以HAlwt轉染細胞中目的蛋白的信號強度為100%。圖3D是細胞培養上清中目的蛋 白的相對化學發光信號強度，以HAlwt轉染后的培養上清中目的蛋白的信號強度為100%。從圖3可見，轉染72h后，HAl-MTI轉染組細胞內目的蛋白表達量較HAlwt轉染組
6提高2. 25倍(圖3A，圖3C)，分泌至上清中的目的蛋白較HAlwt轉染組提高1. 24倍(圖 3B,圖 3D)。圖4是融合蛋白表達載體瞬時轉染293T細胞后三聚化融合蛋白在細胞培養上清 中分泌表達及鑒定的結果圖。其中，圖4A是非還原PAGE的檢測結果，第一泳道是HAlwt轉 染組培養上清中檢測到的單體形式目的蛋白，第二泳道是HAl-MTI轉染組培養上清中檢測 到的單體、二聚體和三聚體形式目的蛋白，第三泳道是陰性對照，各泳道總蛋白上樣量均為 900 μ g。圖4B是HAl-MTI泳道中各個聚合形式目的蛋白相對百分比構成。從圖4可見，HAl-MTI轉染上清中目的蛋白多以三聚體的形式存在，其構成比為 58 %，具有優勢，產物純度較高。可見，tPA信號肽與三聚化模序MTI組合后，不僅提高目的蛋白在細胞內外的表達 量，同時提高了三聚體蛋白的分泌水平，實現了目的蛋白的高效性三聚化分泌表達。以上所述僅為本發明的較佳實施例，對本發明而言僅僅是說明性的，而非限制性 的。本專業技術人員理解，在本發明權利要求所限定的精神和范圍內可對其進行許多改變， 修改，甚至等效，但都將落入本發明的保護范圍內。
權利要求
一種高分泌性三聚體蛋白的表達方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將tPA信號肽基因序列、目的蛋白基因序列和蛋白質三聚化模序基因序列連接在一起，得到融合基因；其中，目的蛋白的N末端與tPA信號肽相連，目的蛋白的C末端與蛋白質三聚化模序蛋白N末端相連；(2)將步驟(1)所得到的融合基因克隆至原核或真核表達載體，構建得到融合蛋白原核或真核表達載體；(3)利用原核或真核表達系統，體內或體外表達融合蛋白，即得。
2.按照權利要求1所述的表達方法，其特征在于，所述的蛋白質三聚化模序的氨基酸 序列為SEQ ID NO 2所示。
3.按照權利要求2所述的表達方法，其特征在于，編碼蛋白質三聚化模序的基因序列 為 SEQ ID NO 1 所示。
4.按照權利要求1所述的表達方法，其特征在于，所述的tPA信號肽的氨基酸序列為 SEQ ID NO 4 所示。
5.按照權利要求4所述的表達方法，其特征在于，編碼所述tPA信號肽的基因序列為 SEQ ID NO 3 所示。
6.一種重組原核或真核表達載體，其特征在于，包括tPA信號肽基因序列和蛋白質三 聚化模序基因序列。
7.按照權利要求6所述的原核或真核重組表達載體，其特征在于，所述的蛋白質三聚 化模序的基因序列為SEQ ID NO 1所示。
8.按照權利要求6所述的原核或真核重組表達載體，其特征在于，所述的tPA信號肽的 基因序列為SEQ ID NO 3所示。
9.權利要求6-8任何一項所述的重組原核或真核表達載體在表達三聚體蛋白中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種高分泌性三聚體蛋白的表達方法。該表達方法包括(1)將tPA信號肽基因序列、目的蛋白基因和蛋白質三聚化模序基因序列連接在一起；其中，目的蛋白的N末端與tPA信號肽相連，其C末端與蛋白質三聚化模序蛋白N末端相連；(2)將融合基因克隆至原核或真核表達載體，得到融合蛋白原核或真核表達載體；(3)體內或體外表達融合蛋白，即得。本發明通過向目的蛋白的氨基端引入一個組織性纖溶酶原激活物tPA的信號肽序列以及向其羧基端引入一個三聚化蛋白模序MTI，實現目的蛋白在原核或真核細胞高水平分泌及三聚化表達，獲得功能性蛋白。本發明可廣泛用于天然以三聚體形式存在的病毒以及其他蛋白在原核或真核細胞的分泌性高水平表達。
文檔編號C12N15/79GK101948864SQ20101013309
公開日2011年1月19日 申請日期2010年3月12日 優先權日2010年3月12日
發明者凌虹, 李妍, 楊丹, 王甲業, 程德春, 陳文江 申請人:哈爾濱醫科大學