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促卵泡激素(Follicle stimulating hormone,FSH)是由动物脑垂体分泌的一种促性腺激素,广泛应用于动物的超数排卵以及因促性腺激素分泌异常引起的个体不孕症等。目前使用的促卵泡激素都是动物脑组织提取物,具有潜在的感染朊病毒的危险,很不安全,且杂含有促黄体素(Luteinizing hormone,LH)活性,超数排卵效果很不稳定。因此,使用纯化的基因重组牛促卵泡激素(bovine FSH,bFSH)应用于牛的超数排卵具有更多的优点和更加广阔的前景。
毕赤酵母表达体系是一种理想的外源基因表达系统,具有良好的基因可操作性和能进行真核系统的翻译后修饰加工、低成本和易于发酵生产等特点。
本文利用rDNA的保守性,依据酿酒酵母25S和18S序列的保守区域设计引物克隆了毕赤酵母的25S序列并构建了以绿色荧光蛋白(mGFP)为报告基因,含有25S的分泌表达整合载体。研究证实25S序列能将毕赤酵母整合载体的转化效率提高2倍,但对外源蛋白的分泌表达没有显著影响。
牛促卵泡激素只有β亚基在毕赤酵母中进行过表达研究。本文依据毕赤酵母密码子用法的偏爱性设计并采用PCR搭桥方法人工合成了牛促卵泡激素的α亚基和带6×his-tag的β亚基的cDNA序列。在此基础上,构建了分泌型表达载体25S-pHIL-bFSH-Zeocin并转化毕赤酵母,共表达α、β亚基,成功分泌表达了重组bFSH。
依据Genebank中二硫键异构酶的序列信息设计引物克隆了酿酒酵母和毕赤酵母的二硫键异构酶基因。对人、酿酒酵母和毕赤酵母三者二硫键异构酶的氨基酸序列和保守结构域进行了对比分析,人二硫键异构酶和毕赤酵母二硫键异构酶都含有abb'a'四个结构域,而酿酒酵母二硫键异构酶只含有ab'a'三个结构域,缺少b结构域。三种不同来源的二硫键异构酶在结构域组成上有一定差别,但都含有活性必需的各结构域。为了研究了三种二硫键异构酶对重组bFSH表达的影响,构建三种二硫键异构酶的表达载体,结果表明只有人二硫键异构酶能显著增加重组bFSH的表达。
通过bFSH与人二硫键异构酶的共表达,重组bFSH的分泌表达量提高5倍,摇瓶中的表达量达到了1.56mg/L,同时胞内可溶重组bFSH的量提高1.4倍,为1.43mg/L,即表达总量为2.99mg/L。SDS-PAGE和Western-blot结果显示:表达的重组bFSH分子量约为35KD,大于未经糖基化加工的bFSH的α亚基和带有6×his-tag的β亚基结合形成的二聚体的理论分子量(24KD),这表明表达的重组α亚基和β亚基能够自主正确结合形成二聚体,并进行了糖基化修饰。
胞内可溶的bFSH的分子量约为41KD,这可能是由于α亚基和β亚基分别含有的分子量约为2.53kD的酸性磷酸酶S信号肽没有完全切除的原故。
利用Ni2+柱亲和层析一步纯化就可获得高纯度的重组bFSH,收率为85.5%。纯化的分泌重组bFSH和胞内可溶重组bFSH进行的Sprague-Dawley大鼠卵巢增重实验证明,分泌重组bFSH和胞内可溶重组bFSH都能刺激大鼠卵巢的增重,即表达的重组bFSH进行了正确折叠和糖基化修饰,具有体内生物学活性。
本研究通过共表达人二硫键异构酶基因,极大地提高了重组bFSH的外泌表达量,通过大鼠卵巢增重实验,证实表达的重组bFSH具有体内生物学