mFSHR口服基因疫苗的前期研究

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男性免疫避孕的理想目标是在不影响性激素水平、性欲和生理功能的基础上研制出一种高效、安全、可逆的避孕疫苗,其基本原理是通过外源性靶抗原抗体中和体内生殖激素的作用,抑制精子发生,进而避孕。免疫性避孕一直是生殖与避孕领域里研究的焦点之一,作为一种可逆的非激素疗法已经研究了多年。自20世纪30年代以来,许多研究者试图将免疫方法应用到男性生育控制,主要是以几种激素、激素受体和精子特异蛋白作为靶抗原。研究机理主要集中在干扰配子的发生、发育且不影响雄性激素的分泌和其他性征发育等方面。男性免疫性相关避孕疫苗种类有很多研究,实验方法也得到诸多改进,比如GnRH(促性腺激素释放激素)疫苗在提高疫苗的抗原性以及表达上实验设计时在序列GnRH-Ⅰ上融合了Th和V5抗原表位,Th有助于增加疫苗的体液免疫反应,V5可提高融合蛋白的分泌表达,从而进一步促进疫苗的免疫活性。但是某些措施尽管理论上前景诱人,但实践中存在严重缺陷。睾酮激素下降明显、抗体滴度小、精子不可逆抑制是目前存在的常见问题。如GnRH(促性腺激素释放激素)疫苗可引起血清LH、FSH、T明显降低,抑制生精,导致不育;LH疫苗产生的抗体滴度小,副作用大;LH受体疫苗比较难获得成功的具有生物效应的抗体;Nieschlag等用FSH疫苗免疫猴发现精子形成受到严重的损伤,而且对精子形成的恢复程度不清楚。当今选择特异结合靶点抗原以及精子相关靶抗原进行免疫性避孕的方法有效促进了男性避孕疫苗的开发,是有前景的研究焦点。 FSHR N-端多段肽片段是FSHR上的特异性结合区,对FSHR的免疫活性间接封闭FSH的生理作用达到避孕的目的很重要。L Couture等人发现FSHR不同的多肽具有抑制雄性动物性腺细胞分泌雄性激素和精子形成的功能,自1997年以来,相继完成了不同氨基酸序列FSHR多肽的疫苗动物实验,最终筛选3个序列(18-27aa,25-34aa,29-38aa)FSHR组合多肽疫苗的免疫效果比较好,精子生成减少的同时不影响雄激素的分泌。然而Qing R.Fan在Nature报道了FSHR的晶体结构模型,显示FSHR(18-38aa)片段是其中的一段与FSH的结合域,尚不能完全与FSH结合达到充分免疫的效果。 由于FSHR多肽片段序列短、分子量也小,容易引起细胞免疫以及诱导产生抗体的活性小;有研究报道IL-2用于疫苗的体液免疫增强作用,IL-2分子量小,对FSHR多肽片段融合表达蛋白的空间结构和体液免疫活性等影响的可能性小。所以考虑构建FSHR/IL-2融合蛋白一方面增加蛋白的有效表达,另一方面增强多肽疫苗的免疫原性。 消化道基因治疗是一种安全、温和、护理简单、成本低的基因治疗方式,具有广泛的应用前景。酿酒酵母是一种无害微生物,具有安全无毒、无致病性、易高密度发酵、良好的蛋白分泌能力及其蛋白修饰等优点,已广泛应用在食品与药品领域。酿酒酵母作为模式生物,在分子生物学研究中得到广泛重视。酿酒酵母表达的外源蛋白往往被高度糖基化,糖链上可以带有40个以上的甘露糖残基,糖蛋白的核心寡聚糖链末端仅1,3-甘露糖,产物的抗原性明显增强,因此酿酒酵母常常用来制备亚单位疫苗。 根据上述背景,确定本研究的基本目标为:根据FSHR晶体结构模型结合抗原性生物信息软件分析找出FSHR基因片段的特异性结合位点,首先扩增出特异性片段,在原核表达菌E.coliBL21(DE3)中确定该功能蛋白的表达,在此基础上转化至酿酒酵母表达系统中表达蛋白,为进一步制备口服基因疫苗奠定基础。本实验研究包括以下两方面部分: 第一部分:FSHR-N端序列的生物信息学分析及其特异性片段克隆。 首先根据FSHR晶体结构模型确定FSHR N-端多肽片段存在半胱氨酸簇以及LRRs(亮氨酸富集区),为FSHR上的特异性结合区,更多集中在28-90aa之间的片段。利用Vector NTI 9.0生物信息软件对FSHR N端多肽片段(28-90aa)抗原性等进行了分析,推测晟可能的抗原肽段存在于:15-20aa,22-27aa,32-36aa,42-48aa,58-67aa。另外由于目前FSHR市售抗体均针对FSHR C端设计,使其在蛋白质水平及其相关的研究受到了限制。所以本研究克隆了FSHR基因部分片段(145-330bp)并构建到pET32a载体上。TRIzol试剂法提取睾丸组织和外周血淋巴细胞的总RNA,针对FSHR基因部分片段(145-330bp)和IL-2基因片段设计PCR特异性引物,利用RT-PCR扩增出特异性片段,并通过4Gly残基柔性片段连接FSHR和IL-2基因,纯化PCR产物,连接T载体和pET32a载体并转化,提取重组质粒,测序鉴定。利用美国国家生物技术信息中心(NCBI)提供的BLAST分析软件,与NCBI所提供mFSHR和IL-2基因序列进行比对。 第二部分:FSHR-IL-2-TAT融合蛋白的表达。 将上述鉴定正确的重组表达质粒pET32a-FSHR和pET32a-IL-2FSHR转化至感受态E. coli BL21 (DE3)表达菌中,LB/Amp+涂板,挑取单菌落,接种于LB/Amp+液体培养基培养过夜,按照1%比例转接于同一种培养基中,经IPTG诱导表达,然后进行SDS-PAGE蛋白电泳分析蛋白表达情况。 将表达的pET32a-FSHR和pET32a-IL-2FSHR重组质粒转化大肠杆菌,提取质粒,EcoRⅠ和XhoⅠ双酶切,然后相继连接约53bpTAT和58bpHIS的基因合成片段,PCR扩增连接片段并纯化PCR产物。BamHⅠ和xho Ⅰ双酶切PCR纯化产物和酵母表达质粒pYES2.0并连接。构建pYES2.0-HIS-TAT-FSHR/IL-2FSHR重组质粒。 从pcDNA3.1/myc-His(-)B载体上PCR扩增出CMV启动子序列,纯化PCR产物,PvuⅡ和Kpn Ⅰ双酶切PCR纯化产物和pYES2.0-HIS-TAT-FSHR/IL-2FSHR重组质粒,并连接,转化提取质粒,测序。 将鉴定正确的重组质粒pYES2.0-HIS-TAT-FSHR/IL-2FSHR转化至酿酒酵母INVSCI,半乳糖诱导表达,SDS-PAGE蛋白电泳、Western-blot分析检测目的蛋白的表达。 上述研究的实验结果表明:有效地选择了FSHR基因特异性结合片段并成功克隆了该片段。在E.coli.BL21 (DE3)表达菌中初步证明该功能蛋白的高效可溶性表达,初步探索了在酿酒酵母中的表达情况,为进一步口服疫苗的研制打下基础。构建了pYES2.0-CMV-HIS-TAT-FSHR/IL-2FSHR酵母真核细胞穿梭质粒,为进一步确定目的基因在真核细胞中的表达奠定基础。
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