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蛋白质通过相互作用进行信息传递和功能协调。越来越多的证据表明,蛋白质相互作用是生物体内生命活动的主要工作方式之一。嗜热菌得以生存于高温之下的分子机制一直是生物学家探求的热点之一。基因组数据揭示,常温菌和嗜热菌之间的功能基因组成是相当保守的。这样,嗜热菌的耐热功能自然聚焦于它们特殊的蛋白质构造,尤其是蛋白质内部和蛋白质之间的相互作用形式。腾冲嗜热菌是我国科学家所发现的一种嗜热菌,本研究所和本研究室对其基因组和蛋白质组多有研究。但是我们对于腾冲嗜热菌蛋白质复合物在高温条件下的存在方式不甚了了,这种缺失可能地影响到对它生命机制的进一步探讨。
过去的几年内,蛋白质组分析技术有了长足的发展。我们也认识到,一种普适性的蛋白质组技术是不存在的,每一种蛋白质组技术都有它的长处与短处。因此蛋白质组研究的首要任务是了解和确定一个适合于本研究目的的技术方案。在本研究的第一阶段,我们对目前常用的四种蛋白质相互作用的实验技术(Pull Down,IP,蔗糖密度梯度离心和BN PAGE)进行了系统的测试,确定了以BN PAGE方法为基础的,以腾冲嗜热菌温度依赖性蛋白质复合物为测定目标的分析策略。
在55、75和80℃温度下培养的腾冲嗜热菌表现了显著不同的生长特性。我们以这三个温度下培养的菌体为材料,制备了含有蛋白质复合物的蛋白质提取物,采用了BN PAGE分离蛋白质复合物,比较了不同温度下稳定出现的蛋白质复合物的相对电泳取代体积,最终确定了六个温度依赖性的蛋白质复合物。我们运用了两种不同的质谱技术(MALDI-TOF/TOF和ESI MS/MS)来鉴定这些复合物中的蛋白质成分。我们进一步利用Western Blot检测了若干复合物的蛋白质组成,确证了蛋白质组分析的鉴定结果。鉴定数据表明,同一复合物在不同温度下的组成既存在一些共享成分,也有若干差异组成;在55和75℃下其成分较为接近,而80℃下蛋白质种类明显下降。四种分子伴侣蛋白质,HSP60、HSP10、sHSP和EF,广泛地存在于在三个温度下获得的所有蛋白质复合物之中。这强烈提示,六个温度依赖性复合物均呈现分子伴侣结合型的相互作用。
由于腾冲嗜热菌HSP60是一个温度依赖性的高丰度蛋白质,广泛地存在于蛋白质复合物之中,我们进一步研究了在熟激条件下HSP60的基因表达和可能的修饰形式。当腾冲嗜热菌从75℃转移至80℃时,HSP60的基因表达迅速地被激活,它的mRNA水平在三十分钟内即有显著升高,而蛋白质水平的升高则在一小时之后。在四个小时的应急的过程中,HSP60蛋白水平一直呈上升趋势,它的mRNA水平则表现为一个非对应性的峰形结构。意味着在长期高温条件下,HSP60基因的转录或者它的mRNA的稳定性可能受到抑制。随着温度升高,HSP60蛋白在2DE上的电泳行为也发生改变,其蛋白斑点出现了表观pI的碱移。我们利用脱磷酸化和质谱分析,初步判定高温条件下HSP60的磷酸化呈下降趋势,其中Tyr183可能是一个重要的磷酸化修饰位点。