酿酒酵母Cdc48蛋白的原核表达、纯化及电镜结构初步研究

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酿酒酵母可作为一种重要的模式生物来研究真核生物。酵母的基因与很多疾病的基因有很高的同源性。研究这些蛋白质的结构,有助于对这些疾病加深了解,从而使这些疾病的诊断和治疗水平得以提高。  Cdc48是Ⅱ型AAA ATPase蛋白家族的成员,Cdc48在哺乳动物中的同族体称为p97或VCP。Cdc48具有ATPase活性、泛素连接及与多种辅助因子结合等生化特性。Cdc48在许多细胞事件中发挥功能并且与人类许多恶性疾病的发生有关。通过对Cdc48蛋白的同源体p97的结构结构研究证明,其结构包含由氨基末端N端结构域、两个ATP酶结构域(D1和D2)和羧基末端非结构化的C端。Cdc48由六个单体形成六聚体,围绕一个中央轴向孔,孔有一个Zn2+。  p97的结构研究要么是对其部分结构域的解析,要么得到的是缺少N端和C端部分氨基酸的结构。而对Cdc48蛋白的研究主要集中在它的功能方面,对它的结构的研究并不多,这对研究Cdc48功能的研究造成了一定的限制。  通过实验,将得到的含有酿酒酵母 cdc48全长基因的质粒导入到大肠杆菌中,成功表达Cdc48蛋白。优化了诱导表达的条件,在16℃,添加0.05 mM IPTG过夜诱导的条件下,成功高效表达了可溶性的Cdc48蛋白。  优化了镍离子金属螯合磁珠亲和纯化的条件。在镍离子金属螯合磁珠亲和纯化的Buffer中使用1 M NaCl。在裂解Buffer,添加20 mM咪唑及0.6% Triton X-100,孵育后进行纯化,以提高Cdc48蛋白与磁珠的结合量,并减少杂蛋白与镍离子磁珠的非特异性结合。在清洗过程中,首先用含有50 mM咪唑及0.6%的Triton X-100的Cdc48清洗Buffer A大量清洗,然后用含有100 mM咪唑但不含有Triton X-100的Cdc48清洗Buffer B少量清洗。在洗脱过程中,使用含有500 mM咪唑的洗脱 Buffer,小体积多次洗脱,让 Cdc48蛋白用较少的洗脱Buffer便可洗脱干净。  通过镍离子螯合磁珠亲和纯化、DEAE阴离子交换层析、Superose6凝胶过滤层析三步纯化,得到了纯度较高的Cdc48蛋白。  通过电镜观察,用较少的样品和染液快速观察Cdc48蛋白的结构图像特征,获得了低分辨的Cdc48蛋白六聚体的环状模型,确定了Cdc48蛋白的纯化质量还是不错的,蛋白状态也比较均一。  本课题的研究为进行高分辨率的冷冻三维电镜分析的第一步,也是关键的一步。这对全面解析Cdc48蛋白的精细三维结构,确立其处于不同状态下的结构变化,进而更好的阐释它发挥生物学功能的机制具有重要意义。
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