高精度棕榈酰化修饰蛋白大规模分析方法的建立及其应用

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蛋白质的S-棕榈酰化修饰是一种重要的翻译后修饰,其动态性和唯一的可逆性赋予了蛋白丰富的生理功能。棕榈酰化修饰对于病毒侵染宿主细胞具有重要作用,它是通过影响病毒蛋白在细胞膜上的定位和聚集来影响宿主细胞的感染过程,这在甲型流感病毒中已有研究。棕榈酰化修饰蛋白主要分布在脑组织中,能够调节神经元蛋白的功能,其含量的异常与神经系统疾病密切相关。而狂犬病作为一种人兽共患恶性传染病,有80%的病例为脑性狂犬病,在体内显示出强神经噬性,研究狂犬病小鼠脑组织中的棕榈酰化修饰蛋白,对理解狂犬病病毒感染过程具有重要意义。目前,对棕榈酰化修饰蛋白的研究主要依赖于酰基-生物素交换法(Acyl-Biotin Exchange,ABE),该方法通过羟胺(HA)切割目的蛋白从而暴露出新的巯基位点,将带有生物素的巯基反应试剂与巯基进行反应,最后利用链霉亲和素琼脂糖凝珠对生物素化蛋白进行纯化富集,实现棕榈酰化修饰蛋白的检测。但该方法假阳性率高,且修饰位点定位不准确,这些缺点极大限制了棕榈酰化修饰蛋白的研究与应用。本论文对传统ABE方法进行改进,建立了一种可靠性较高的棕榈酰化修饰蛋白分析方法,并成功应用于狂犬病小鼠模型中。最后,利用生物信息学对模型小鼠脑组织中具有显著差异的蛋白进行功能分析,探索小鼠狂犬病在不同发病时期蛋白的差异表达与疾病发展的关系,为进一步研究狂犬病发病机制提供理论依据。在本论文中,首先对棕榈酰化修饰蛋白的分布情况进行研究。取正常小鼠脑组织蛋白样品进行超高速离心,分别对上清和沉淀中收集的蛋白进行ABE反应,得到目的蛋白主要分布在膜蛋白中;接着比较二硫键还原剂TCEP对实验的影响,利用Western-Blot对标记后的两组蛋白进行鉴定,证明TCEP前处理可以明显减少背景干扰,极大降低假阳性率,是实验过程的必要步骤;实验还提供了一种对富集后未经切割的目的蛋白进行快速鉴定的手段,通过直接煮沸富集后的琼脂糖凝珠,实现了目的蛋白的快速检测,为质谱测试前提供了一个有效监控步骤,保证质谱测试的高效性,降低成本;随后利用该方法对富集琼脂糖凝珠的用量条件进行初步摸索,得到2μL琼脂糖凝珠足以捕获100μg目的蛋白。最后将建立好的方法应用于小鼠狂犬病疾病模型中,对正常组、潜伏期组和发病组三组小鼠同时进行棕榈酰化修饰蛋白的Western-Blot检测,得到发病期小鼠的棕榈酰化蛋白的表达与潜伏期组和正常组存在明显区别。利用质谱对模型小鼠脑组织蛋白进行鉴定分析,共鉴定出1868个蛋白,其中有283个是显著差异的蛋白(包含狂犬病病毒主要抗原G蛋白)。最后利用生物信息学对三组模型小鼠显著差异蛋白进行功能分析,证明在小鼠狂犬病不同发病时期显著差异蛋白主要参与的生物学途径是代谢,主要的分子功能为催化活性和结合活性,为人兽共患病狂犬病的发病机制的研究提供了一定的理论依据。
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