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双链DNA病毒感染是临床治疗中的难点之一,目前尚未找到有效抑制此类感染的药物。在抗病毒药物研发过程中,发现病毒特殊组分与宿主成分的差别是研发药物的关键。因此,如果能够找到病毒组装中的关键组分,并以这些组分为靶点找到它们特异性的抑制剂,就能为病毒感染的诊断和治疗提供巨大帮助。双链DNA病毒中的噬菌体phi29包装机制存在特殊性,在包装过程中涉及了多种物质,因此成为研究双链DNA病毒核酸包装的生物模型。
噬菌体phi29借助分子马达将新合成的基因组DNA包装入二十面体的新衣壳中,产生具有完整功能的病毒结构。分子马达中的gp16蛋白(39 kDa)是病毒末端酶的组成成分,它具有DNA依赖的ATP酶活性,能为包装提供能量,也称为包装蛋白。gp16蛋白通过一系列构象变化,协助DNA与原衣壳结合,最终完成噬菌体phi29的包装。gp16蛋白主要由2个结构域组成,N端结构域有194个氨基酸,包含保守的ASCE ATP酶域,参与ATP水解;C端结构域有135个氨基酸,在结构预测中发现具有寡核苷酸/寡糖的结合区域(OB-fold),可能参与病毒核酸的包装折叠。由于gp16蛋白全长不稳定,容易发生聚集,所以很难得到晶体衍射结构。目前,只有gp16蛋白N端结构域被解析出来;gp16蛋白C端结构域尚未解析。该结构域在与噬菌体编码RNA分子(pRNA)结合或参与DNA易位的作用尚不明确。因此,对gp16的C端结构域的结构分析,不仅能够为包装机制的解析提供帮助,而且可以为研究靶向性药物提供可能。
论文创新性地将gp16 C端结构域(gp16-C)进行重组构建,并利用大肠杆菌His-SUMO的表达系统,得到HIS-SUMO-gp16 C端结构域。通过镍柱亲和纯化得到了纯度在90%以上的目的融合蛋白,并使用ULP1酶切除HIS-SUMO,得到无标签的gp16-C。我们采用Superdex75 10/300GL凝胶过滤层析柱对gp16蛋白C端结构域进行再次纯化,目的蛋白在16~19 mL处被洗脱下来,峰形单一且对称,说明所获得的gp16-C纯度很高,且在生理条件下以稳定的单体结构存在。SDS-PAGE胶鉴定的目的条带大小约为16 kDa与预装柱标准蛋白洗脱体积对应的洗脱体积(14~17 kDa)相符,说明gp16蛋白C端结构域分子量大小也正确。采用能提供大分子低分辨率结构信息及构象变化的X射线小角散射的技术(SAXS)对gp16 C端结构域进行结构解析,用浓度梯度法,对不同浓度样品进行了SAXS实验;并最终确定了当样品浓度为1.3 mg/mL时,所得SAXS数据最为理想。通过SAXS技术分析得到的结构模型,进一步采用同源结构比对的方法进行验证,发现与同源蛋白FtsK的高同源序列结构高度拟合,预示两者也可能具有相似的功能。对获得的结构模型利用CRYSOL进行反推,计算出来的曲线与实际实验的曲线高度拟合,进一步验证模型的准确性。论文得到的结构模型不但为后续完整解析gp16全长蛋白奠定实验基础,而且为进一步研究gp16蛋白与pRNA相互作用提供帮助,在应用上为双链DNA病毒感染的诊断和治疗给予新思路。
噬菌体phi29借助分子马达将新合成的基因组DNA包装入二十面体的新衣壳中,产生具有完整功能的病毒结构。分子马达中的gp16蛋白(39 kDa)是病毒末端酶的组成成分,它具有DNA依赖的ATP酶活性,能为包装提供能量,也称为包装蛋白。gp16蛋白通过一系列构象变化,协助DNA与原衣壳结合,最终完成噬菌体phi29的包装。gp16蛋白主要由2个结构域组成,N端结构域有194个氨基酸,包含保守的ASCE ATP酶域,参与ATP水解;C端结构域有135个氨基酸,在结构预测中发现具有寡核苷酸/寡糖的结合区域(OB-fold),可能参与病毒核酸的包装折叠。由于gp16蛋白全长不稳定,容易发生聚集,所以很难得到晶体衍射结构。目前,只有gp16蛋白N端结构域被解析出来;gp16蛋白C端结构域尚未解析。该结构域在与噬菌体编码RNA分子(pRNA)结合或参与DNA易位的作用尚不明确。因此,对gp16的C端结构域的结构分析,不仅能够为包装机制的解析提供帮助,而且可以为研究靶向性药物提供可能。
论文创新性地将gp16 C端结构域(gp16-C)进行重组构建,并利用大肠杆菌His-SUMO的表达系统,得到HIS-SUMO-gp16 C端结构域。通过镍柱亲和纯化得到了纯度在90%以上的目的融合蛋白,并使用ULP1酶切除HIS-SUMO,得到无标签的gp16-C。我们采用Superdex75 10/300GL凝胶过滤层析柱对gp16蛋白C端结构域进行再次纯化,目的蛋白在16~19 mL处被洗脱下来,峰形单一且对称,说明所获得的gp16-C纯度很高,且在生理条件下以稳定的单体结构存在。SDS-PAGE胶鉴定的目的条带大小约为16 kDa与预装柱标准蛋白洗脱体积对应的洗脱体积(14~17 kDa)相符,说明gp16蛋白C端结构域分子量大小也正确。采用能提供大分子低分辨率结构信息及构象变化的X射线小角散射的技术(SAXS)对gp16 C端结构域进行结构解析,用浓度梯度法,对不同浓度样品进行了SAXS实验;并最终确定了当样品浓度为1.3 mg/mL时,所得SAXS数据最为理想。通过SAXS技术分析得到的结构模型,进一步采用同源结构比对的方法进行验证,发现与同源蛋白FtsK的高同源序列结构高度拟合,预示两者也可能具有相似的功能。对获得的结构模型利用CRYSOL进行反推,计算出来的曲线与实际实验的曲线高度拟合,进一步验证模型的准确性。论文得到的结构模型不但为后续完整解析gp16全长蛋白奠定实验基础,而且为进一步研究gp16蛋白与pRNA相互作用提供帮助,在应用上为双链DNA病毒感染的诊断和治疗给予新思路。