β-酪蛋白淀粉样纤维沉淀的形成机制、毒性作用及抑制剂筛选的研究

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本论文系统地探究了硫酸肝素(Heparin sulfate,HS)和金属离子对β-酪蛋白形成淀粉样纤维沉淀的影响作用及机制,进一步研究了β-酪蛋白淀粉样纤维沉淀的毒性作用,最后筛选出了β-酪蛋白形成淀粉样纤维沉淀的抑制剂即精氨酸,并考察了β-酪蛋白与精氨酸相互作用的分子机制,取得了以下创新性成果。1、HS对β-酪蛋白形成淀粉样纤维沉淀的影响及机制研究开展HS对β-酪蛋白形成淀粉样纤维沉淀的影响作用及机制研究。(1)硫黄素T(Thioflavin T,ThT)荧光分析、透射电子显微镜(Transmission electron microscope,TEM)观察和圆二色光谱实验结果表明,HS可以促进β-酪蛋白形成淀粉样纤维沉淀,并且HS最佳作用浓度是10mg/m L,最佳作用时期是纤维成核期;(2)共振光散射技术、紫外吸收光谱、荧光光谱和荧光寿命测量结果证明β-酪蛋白与HS形成了复合物,并且β-酪蛋白构象发生了一定程度的改变;再根据三种温度下的荧光分析,推断出HS通过静态机制淬灭了β-酪蛋白的荧光,并且β-酪蛋白和HS之间存在一个结合位点,接着热力学结果解释了该反应自发进行,蛋白质-配体复合物被疏水相互作用和氢键所稳定;荧光共振能量转移计算结果推测HS与β-酪蛋白色氨酸残基之间的距离为0.93 nm;最后同步荧光光谱的结果证明,β-酪蛋白色氨酸残基周围的微环境的极性略有增强而疏水性降低,这使得色氨酸更易于暴露于溶剂中,从而促进β-酪蛋白形成了淀粉样纤维沉淀。2、HS对大鼠乳腺淀粉样纤维变性的研究通过将HS注射到大鼠乳腺组织内,评价HS对大鼠乳腺组织的影响,进一步研究乳腺炎症和乳腺淀粉样变性的关系。(1)HE染色和Th S染色的结果首次证明作为一种内源性分子,长期的HS刺激可以同时诱发乳腺炎症和淀粉样纤维沉淀的形成;(2)乳腺炎症和乳腺淀粉样变性之间存在相互作用,强烈的炎症可以诱发乳腺淀粉样变性,同时淀粉样变性也可以促进炎症的发生。3、Ca2+和Zn2+对β-酪蛋白形成淀粉样纤维沉淀的影响研究分析不存在HS和存在HS的两种情况下,Ca2+和Zn2+对β-酪蛋白形成淀粉样纤维沉淀的动力学、形态学和微环境影响作用。(1)ThT荧光分析结果证明Ca2+和Zn2+均会促进β-酪蛋白形成淀粉样纤维沉淀,并且Ca2+的作用强于Zn2+,两种金属离子的促进作用都会随着浓度的升高而逐渐降低;(2)TEM结果说明Ca2+和Zn2+对纤维的形态也有不同的影响;(3)内源性荧光光谱表明Ca2+和Zn2+均会造成β-酪蛋白局部微环境改变;(4)HS在β-酪蛋白纤维化的过程中对Ca2+和Zn2+具有协同促进作用。4、β-酪蛋白淀粉样纤维沉淀的毒性研究系统地开展β-酪蛋白形成的淀粉样纤维沉淀的毒性研究。(1)通过五聚甲酰基噻吩乙酸荧光检测法确定了β-酪蛋白前体纤维的形成;(2)采用MTT法和Annexin V/PI双染法评价前体纤维对HC11小鼠乳腺上皮细胞的毒性,结果证明β-酪蛋白形成的前体纤维具有细胞毒性,不仅会造成HC11细胞的死亡,而且会诱导HC11细胞凋亡;(3)采用苏木精-伊红染色方法评价前体纤维对大鼠乳腺组织的毒性,结果证明β-酪蛋白形成的前体纤维具有组织毒性,不仅可以造成乳腺组织结构的破坏,而且会诱发炎症反应。5、β-酪蛋白形成淀粉样纤维沉淀的抑制剂研究从天然化合物中筛选β-酪蛋白淀粉样纤维沉淀抑制剂。(1)ThT荧光分析法表明精氨酸和表没食子儿茶素没食子酸酯可以抑制β-酪蛋白淀粉样纤维沉淀的生成,但是叶酸、白藜芦醇和原花青素均没有抑制作用;(2)表没食子儿茶素没食子酸酯作用于纤维的快速生长期,但是精氨酸不但在快速生长期有抑制作用,在平台期还具有解聚作用;(3)通过粒径检测和TEM观察进一步验证了上述实验结果。6、β-酪蛋白与精氨酸相互作用的分子机制研究采用多种光谱方法考察了精氨酸对β-酪蛋白的空间结构、作用力、结合位点和能量变化的影响,力图阐明精氨酸的抑制作用机制。(1)紫外吸收光谱的结果证明β-酪蛋白和精氨酸二者之间产生了相互作用;(2)荧光光谱表明β-酪蛋白的构象发生了一定程度的改变;(3)根据三种温度下的荧光分析,推断出精氨酸通过静态机制的方式淬灭了β-酪蛋白的荧光,β-酪蛋白和精氨酸之间存在一个结合位点,热力学结果解释了二者反应自发进行,蛋白质-配体复合物被氢键和范德华力所稳定;(4)荧光共振能量转移的计算结果表明,精氨酸与β-酪蛋白色氨酸之间的距离为0.48 nm;(5)同步荧光光谱的结果说明,酪氨酸残基附近的极性降低,而色氨酸残基附近的极性没有明显的变化。
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