牛、鼠、兔朊蛋白理化性质比较及朊蛋白的互作蛋白KCTD1的分析

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朊病毒作为一种蛋白侵染因子,导致了人和动物一系列的传播性海绵状脑病(TSE),如人的库鲁病(Kuru)、吉斯综合症(GSS)、致死性家族失眠病(FFI)、克雅氏病(CJD)以及动物的疯牛病和羊瘙痒病等。这些进行性神经退化疾病的最终结果是朊蛋白(PrP)的结构发生变异,在脑组织中致病型朊蛋白(PrPsc)感染性颗粒大量聚集,到目前为止,两种朊蛋白的结构转变机制尚不清楚。TSE疾病对人和动物健康造成了重大威胁,并影响农业的发展,对我国的牛羊进行筛查,有助于对朊病毒疾病进行监控防范。用自制抗朊蛋白抗体对新疆地区的牛、羊进行检测,尚未发现中国有疯牛病及羊瘙痒病,提示中国的牛羊相对健康。目前人们己获得40多个种属的朊蛋白一级结构序列,同源性较高,在85%以上。兔是至今尚未发现感染TSE的少数几个种属之一。朊病毒在物种之间的传播具有种间障碍性(species barrier)。目前认为种属特异性是由于蛋白质一级结构上少数氨基酸的差异,造成三维构象上的不同,进而导致蛋白质功能域空间结构、氢键、稳定性等发生改变,影响分子间的相互作用,最终影响到朊病毒病在不同种属之间的传播。对兔朊蛋白进行的系列研究较少,理化性质尚不明确。为了进一步揭示兔抗TSE疾病感染的机制,有必要对其理化性质及稳定性进行探讨。鼠和兔的成熟PrPc一级结构同源性为87%,共有22个氨基酸不同。分析、比较兔肌蛋白(23-228aa)与牛朊蛋白(25-242aa)、鼠朊蛋白(23-230aa)酸性环境下理化性质的差异,有助于揭示兔抗传播性海绵状脑病感染的分子机制。本研究首先克隆、表达并纯化三种重组朊病毒成熟蛋白(兔朊蛋白及牛朊蛋白、鼠朊蛋白),然后通过圆二色谱、荧光光谱等实验测试三种蛋白的二级结构特点、热稳定性、耐酸性,并比较了在酸性条件下聚集的程度及抗蛋白酶K消化能力的区别。理化实验表明,相对牛朊蛋白、鼠朊蛋白来说,兔朊蛋白的Tm值较高,说明兔朊蛋白的热稳定性更高。在酸性条件下,三种蛋白质的二级结构随着pH值的降低发生变化,但兔朊蛋白随pH值降低结构变化较慢,相对耐酸。通过外源荧光ANS实验也证明,兔朊蛋白的结构在酸性环境中也相对稳定,对酸变性更耐受。在酸性环境中,部分变性剂存在时,三种朊蛋白都可形成聚集,也都具有部分抗蛋白酶K消化的能力,相对而言,兔朊蛋白形成的聚合物略少,更易蛋白酶K消化。从蛋白层面上,揭示了兔这一物种不易感染可传播性海绵状脑病(TSE)的可能机制,也将有助于理解TSE的发生机制。在体外证明朊蛋白与钾离子通道蛋白1(KCTDl)有高亲和力,研究了KCTDl的功能及不同物种PrP蛋白与KCTDl结合能力的差异,对揭示疯牛病的传播及其致病机制将有重要意义。本研究克隆表达纯化了KCTDl蛋白,并利用圆二色谱技术研究了KCTDl蛋白的二级结构特点。KCTDl蛋白的结构具有pH依懒性,在不同的pH值下,蛋白的二级结构不同,在偏酸性的环境下,pH4时,二级结构中а-螺旋含量较高,说明KCTDl蛋白在酸性环境下,结构比较稳定。对KCTDl进行热稳定性分析发现,在温度达到80℃时,其二级结构基本没有变化,表明KCTDl蛋白的热稳定性很高。这些结果有助于进一步研究KCTDl在细胞内的功能以及探讨KCTDl与PrP相互作用对朊病毒疾病产生的影响。
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