结核分枝杆菌核糖体成熟因子RimM蛋白与核糖体蛋白S19相互作用研究

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结核病是由结核分枝杆菌引起的一种致死性极高的呼吸道慢性传染病。随着耐多药结核分枝杆菌菌株的出现,为了研发有效的新型抗结核病药物,寻找新的抗菌药物作用靶点成为了当前的研究热点。核糖体的生物合成是细胞生命形式的基础,原核生物中,成熟核糖体的缺失会导致细胞功能的缺失甚至生命周期的显著缩短,这表明了核糖体部件的协同合成及组装的重要性。MtRimM(Mycobacterium tuberculosis Ribosome maturation factor M)属于结核分枝杆菌菌株ATCC 25618/H37Rv,作为30S核糖体亚基组装过程中的成熟因子蛋白,参与核糖体蛋白S19组装到30S亚基的过程,具有被开发为新型抗结核药物靶点的潜力。目前尚未见报道揭示MtRimM与S19相互作用的分子机制。因此,研究结核分枝杆菌30S核糖体亚基成熟过程中的MtRimM与S19的相互作用,对研发新型抗结核病药物具有重要的意义和潜在的应用价值。本论文通过分子生物学手段、pull-down、ITC、BLI、NMR、蛋白质结晶技术研究了MtRimM与S19相互作用。首先我们利用分子克隆技术构建了含有目的蛋白(MtRimM、S19)及MtRimM的N端结构域和C端结构域蛋白(MtRimMNTD、MtRimMCTD)基因的表达载体。通过优化蛋白的表达温度、诱导剂浓度的条件,优化Co-NTA纯化过程中的盐浓度、咪唑浓度,用分子层析技术进一步纯化,获得了如下蛋白:MtRimM,最高产量20 mg/mL,纯度90%;MtRimMCTD和MtRimMNTD,最高产量25 mg/mL,纯度95%;S19,最高产量30 mg/mL,纯度95%。在此基础上,我们通过DLS、CD表征了蛋白,并用1D 1H、2D 1H-15NHSQC NMR技术分析了不同条件下蛋白的稳定性。研究结果表明:MtRimM、MtRimMCTD、MtRimMNTD蛋白的溶液状态均一,能在室温下(25℃)稳定存在一周,可于-80℃冻存;S19蛋白的溶液状态均一,4℃保存4天;MtRimMCTD、S19蛋白均可以冻干,重新溶解后其主链结构特征没有改变。此后,我们通过分子层析和pull-down实验确定MtRimM与S19、MtRimMCTD与S19之间存在相互作用。利用ITC技术从热力学层面研究相互作用,得到MtRimM与S19的解离常数(Kd)为10-7M、MtRimMCTD与 S19 的 Kd为 10-6M,表明MtRimM 与 S19 存在中等偏强的相互作用、MtRimMCTD与S19存在中等强度相互作用。利用BLI技术从动力学层面研究相互作用,得到MtRimM与S19相互作用的Kd为10-7M、MtRimMCTD与S19的Kd是10-6 M,与ITC实验结果一致。利用NMR滴定技术验证MtRimMCTD与S19存在中等强度的相互作用。在基于1H-15N HSQC谱的NMR滴定实验中,我们用未经人工同位素标记的S19滴定15N标记的MtRimMCTD,通过计算谱峰的化学位移变化(不包括已经消失的峰),发现有7个峰(L12、V28、L47、A53、S57、S59、167)化学位移变化明显,以及30个明显展宽甚至消失的峰。结合多序列比对得到的保守氨基酸位点,以及分析嗜热栖热菌RimM与S19复合物晶体结构得到的原子间距离5 A之内的氨基酸位点,我们认为:MtRimM与S19潜在的相互作用位点可能有13个(Y4、Y5、L9、D6、H30、T31、A33、G34、E35、L36、V48、V28、L47),该结论正进行定点突变验证。我们还通过ITC、NMR滴定实验确定MtRimMNTD与S19、MtRimMCTD与MtRimMNTD均不存在相互作用。此外,我们利用蛋白质结晶技术初步得到了MtRimMNTD的晶体,结晶条件待优化,同时我们筛选并尝试了多种MtRimM单体及MtRimM-S19蛋白复合物的结晶条件,但是至今未获得较好的结果,有待下一步继续筛选结晶条件。本论文的研究结果为后续解析MtRimM与S19复合物蛋白的三维结构、阐释其相互作用的分子机制奠定了基础,有助于深入理解MtRimM的生物学功能。
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