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随着重组蛋白质技术的进步,人们可以利用基因工程的方法表达自然界稀少的,难以用传统方法提取到的蛋白质药物。脑源性神经营养因子(brain derivedneurotrophic factor,BDNF)是神经营养因子家族中的一种,能促进各种神经元的生长及存活;减少神经元的正常死亡以及学习记忆能力的下降。BDNF有可能对阿尔茨海默病、帕金森病、脊髓损伤及卒中、缺氧缺血性脑病、胆红素脑病和其他神经系统疾患所致的神经损伤具有治疗作用,是一种在神经元损伤后再生修复和防止神经细胞退行性变化等多方面发挥重要作用的细胞因子。
但是BDNF是一种蛋白质大分子,难以跨过血脑屏障。Protein transductiondomain(PTD)蛋白是一种具有穿膜能力的病毒蛋白结构域,可以携带外源大分子进入细胞和穿过血脑屏障。将PTD与人的BDNF成熟片段通过基因工程方法制备出一种新型的能够穿膜的神经营养因子。本文基于PTD-rhBDNF在临床上应用的潜力,探索PTD-rhBDNF大规模制备的可能性。
人的基因和大肠杆菌的基因的密码子偏好性是不同的,过多稀有密码子的存在会影响目的蛋白的表达量。在氨基酸序列不变的情况下,运用计算机辅助设计改变大肠杆菌稀有密码子,选择具有融合蛋白(Trx,硫氧还蛋白)和纯化标签(His·Tag)的pET32a(+)表达载体表达目的蛋白。SDS-PAGE和WesternBlotting方法对目的蛋白的表达进行鉴定。
GE层析系统可重复性很高,适合于处理大体积样品。运用GEAKTA purifier工作站摸索可溶性蛋白及包涵体蛋白的纯化条件,分析每次纯化紫外峰图,并用SDS-PAGE对每一步分离纯化进行鉴定。通过MTT细胞增殖实验比较PTD-rhBDNF蛋白有和市售参考BDNF的活性,建立大鼠脑缺血再灌注体外动物模型验证PTD-rhBDNF的预保护作用,培养新生大鼠原代海马神经元来研究PTD-rhBDNF对海马神经元缺糖缺氧再给氧(OGD模型)损伤的保护作用。
经过计算机辅助设计改变大肠杆菌稀有密码子,并且成功构建了pET32a(+)-PTD-rhBDNF表达载体,并且优化诱导时间,诱导剂浓度,抗生素AMP浓度等表达条件后。目的蛋白的可溶性表达和包涵体表达量均有显著增加。运用GE AKTA purifier工作站对可溶目的蛋白进行纯化,成功纯化了可溶性蛋白,目的蛋白纯度达90%以上。对包涵体洗涤、溶解、复性,实现了包涵体洗涤条件的优化,复性率达60~70%以上,并且实现了柱上复性,一步亲和层析纯化达到95%以上的纯度,。并且探索了菌体破碎,肠激酶切去除标签等的最优条件。还摸索了大规模制备及发酵工艺的初步研究,确定了大规模发酵的基本工艺。使目的蛋白的产量有了进一步的提升。从而大大降低了大批量生产用于临床前实验和临床试用所需的PTD-rhBDNF的成本。
经过MTT细胞增殖活性实验证明,纯化后的蛋白有和市售参考品有BDNF类似的促进细胞增殖的作用,PTD-rhBDNF对海马神经元缺糖缺氧再给氧(OGD模型)造成的损伤有一定的保护作用。并且通过建立大鼠脑缺血再灌注模型,证明了PTD-rhBDNF能穿过血脑屏障,对脑缺血再灌注损伤有一定预保护作用。
由于大肠杆菌作为一种原核表达体系不具有真核表达体系的优点,不能进行翻译后修饰,BDNF蛋白又含有三对二硫键,容易形成包涵体,因此探索了真核表达体系即酵母表达体系的建立,成功筛选到了五株阳性克隆,其中两株是多拷贝菌株。