基于KaiA-KaiC相互作用的蓝藻生物钟光调控模型的设计

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目的:以蓝藻生物钟蛋白Kai A与Kai C相互作用的结构为基础,结合燕麦LOV2结构域的光控特征,设计一系列的光控Kai A蛋白。根据蛋白质相互作用的特点,筛选合适的光控Kai A蛋白建立光调控的人造生物钟模型。方法:(1)利用PDB数据库检索蓝藻PCC7942 Kai A和燕麦LOV2的氨基酸序列和三维结构。软件分析Kai A的α5螺旋与LOV2的Jα螺旋结构的相似性。选取Jα螺旋的目标突变位点,增加两者结构的相似性。将LOV2与Kai A融合,利用LOV2的Jα螺旋代替Kai A的α5螺旋,并调整连接部位的氨基酸序列。(2)利用NCBI数据库检索LOV2的基因序列。使用Ap E软件对Jα螺旋进行突变设计,通过PCR引物进行基因序列突变并构建p ET-28a-LOV2-Kai A原核表达质粒。(3)将测序正确的原核表达质粒p ET-28a-LOV2-Kai A及p GEX-6P-1-Kai A180C/Kai C转化入大肠杆菌BL21(DE3)中进行目的蛋白的表达。利用亲和层析、离子交换、尺寸排阻等技术进行目的蛋白的纯化。通过SDS-PAGE鉴定目的蛋白的纯度。(4)利用SDS-PAGE和荧光酶标仪检测Kai A180C、Kai C的活性以及LOV2-Kai A融合蛋白的光活性。(5)将LOV2-Kai A及突变型蛋白与Kai C共反应,SDS-PAGE检测Kai C磷酸化状态,分析融合蛋白与Kai C的作用能力。(6)通过蓝光作用筛选光控融合蛋白,利用筛选出的蛋白建立蓝光调控模型。结果:(1)设计了四种类型的光调控模型,成功构建了p ET-28a-LOV2-Kai A及突变型原核表达质粒。(2)成功纯化得到高纯度的Kai C、LOV2-Kai A及突变型蛋白。表达纯化获得的目的蛋白具有良好的活性。(3)LOV2-Kai A及突变体蛋白均能刺激Kai C发生磷酸化并产生分子内的相互作用。(4)利用蓝光筛选出了光控融合蛋白并建立了光调控模型。结论:在本研究中,已设计并成功构建了p ET-28a-LOV2-Kai A及突变型原核表达质粒。通过目前的纯化方法能得到高纯度的LOV2-Kai A及突变型蛋白。体外活性检测表明,LOV2-Kai A及突变型蛋白保留了LOV2的光控活性和Kai A的功能活性。蛋白质相互作用分析显示,通过氨基酸突变增加LOV2的Jα螺旋与Kai A的α5螺旋两者结构的相似性,能增加两者功能的相似性。通过蓝光筛选的LOV2-Kai A蛋白能用于建立光调控的人造生物钟模型。
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