植物脂肪酸延伸酶组分KCS6/CER2复合物的蛋白表达与纯化研究

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植物超长链脂肪酸(VLCFA)在植物生长发育过程中起着重要的调节作用。其衍生物是食品、合成药物、化学品、石油等必需品的重要来源。植物超长链脂肪酸的合成有两个阶段:(1)由脂肪酸合成酶(FAS)催化合成长链脂肪酸;(2)由延伸酶催化脂肪链生成超长链脂肪酸。β-酮脂酰辅酶A合酶(KCS)作为延伸酶复合物的组成部分,是催化植物长链脂肪酸延伸至超长链脂肪酸过程中第一步缩合反应的限速酶。目前,在酵母与植物体内发现KCS特异性催化合成不同链长的超长链脂肪酸,但脂肪酸的碳链长度未超过28个,在CER2(eceriferum2)的协助下脂肪酸碳链长度延伸至28个以上。KCS以及KCS/CER2复合物催化碳链延伸机制均不清楚。2008年有学者尝试从结构生物学的角度去阐释机制,然而KCS蛋白为膜蛋白,获取稳定有活性的KCS以及KCS/CER2复合物都非常困难。本课题钓取了来自拟南芥的13个KCS家族基因、来自水稻的WSL4基因、以及来自柑橘的在m RNA水平上表达较高的5个KCS基因,并尝试异源表达和验证柑橘中CsKCS6与Cs CER2是否存在相互作用,并表达纯化CsKCS6与Cs CER2复合物。取得以下研究结果:(1)根据相关网站对KCS/Cs CER2蛋白质基本信息、蛋白质跨膜区、保守结构域、三级结构等进行预测,发现CsKCS6除跨膜区20-42、63-82不稳定之外,其氨基酸序列的350-390区段较灵活,且Cs CER2的活性HXXXDG序列、H166、H38处周围有大量的loop区环绕。(2)钓取19个KCS同源基因,在大肠杆菌中成功表达纯化出Cs CER2蛋白,在大肠杆菌中表达的KCS同源蛋白样品,均大部分表达以包涵体的形式存在,小部分表达的目的蛋白不结合亲和层析柱。(3)针对包涵体现象,通过融合标签、表达菌株、蛋白截短等优化方式,在大肠杆菌中表达目的蛋白,发现蛋白样品仍大部分以包涵体形式存在,小部分表达的目的蛋白不结合亲和层析柱。(4)针对目的蛋白不结合亲和层析柱现象,通过增加His标签位置和硫酸铵沉淀法纯化目的蛋白,发现20%硫酸铵可将CsKCS678-466((?)368-384+12GS)蛋白纯化出来,但蛋白形成沉淀,不稳定。(5)在酿酒酵母、昆虫细胞、柑橘悬浮细胞、哺乳动物细胞中表达优化CsKCS6蛋白,最后在哺乳动物细胞中表达纯化出CsKCS6蛋白。(6)通过Pull-down技术验证CsKCS6与Cs CER2之间存在相互作用,并用共表达的方式表达纯化出CsKCS6/Cs CER2复合物。本研究结果为CsKCS6蛋白和CsKCS6/Cs CER2复合物的结构解析提供了基础,为开展KCS蛋白酶活测定及其它生化实验制备蛋白样品提供参考,进一步拓展KCS及KCS/CER2复合物催化碳链延伸机制探索的思路。
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