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急性心肌梗塞、脑梗塞等血栓栓塞性疾病的致残率和致死率都很高,严重威胁着人类健康及生命。临床上,以溶血栓为主的溶栓药物疗法是血栓疾病的首选治疗方法。Reteplase(瑞替普酶)是临床上治疗血栓性疾病的常用药物。Reteplase(瑞替普酶)商品化生产中存在成本高、价格昂贵等问题,探索和研究新型、简易和高表达量的表达系统,是提高产量、降低成本的关键。与其它表达系统相比,植物病毒载体表达体系在短时间内、在不影响环境的条件下,可以生产大量成本低廉的、安全的目的蛋白。最新的蛋白质体表达技术不仅可以提高目的蛋白的产量,还可以解决植物特有的糖基化修饰问题,甚至可以简化下游纯化技术。现将两种技术紧密的结合在一起,将为解决Reteplase(瑞替普酶)生产提供一条新的思路。
本研究利用DNA重组技术,以烟草花叶病毒表达载体pJL TRBO-G为“骨架”(Backbone),运用重叠延伸基因(gene splicing by overlap extension,SOE)扩增技术将“修正”后的Reteplase序列克隆到载体的Pac1和Not I-HF之间。在此基础上,根据不同的设计方案,将rPA信号肽、Prb1蛋白信号肽、EK序列、HFBI和Zrea-X3等序列插入不同的位置,构建不同策略的烟草花叶病毒表达载体并在烟草植物本氏烟中瞬时表达且对表达情况进行初步分析。实验结果如下:
1.对人组织型纤溶酶原激活剂截断突变体Reteplase的突变序列rPA-C9中存在的3个变异位点进行定点突变校正。修正后的序列与FDA批准的溶栓药物Reteplase的氨基酸序列完全一致。
2.构建了5种不同表达策略的Reteplase烟草花叶病毒瞬时表达载体。载体pJL TRBO-sprPA在寄主植物本氏烟中表达了有生物学活性的Reteplase,最大表达量约为200.6 ng/g鲜叶,最佳收取时间是第6d。初步证明利用植物作为生物反应器生产Reteplase是可行性的。
3.利用TMV病毒载体表达系统在烟草中表达的Reteplase有严重的降解现象。降解发生在Reteplase自身的2个蛋白酶识别位点处;降解过程发生在细胞内部;降解原因可能是由于病毒侵染引起的寄主细胞蛋白酶水平和活性上升所致。推测TMV病毒载体表达系统不适用于产物对蛋白酶特别敏感的外源基因直接在寄主细胞质中的表达。
4.融合PB和病毒载体两项技术的Reteplase表达载体,在烟草细胞中没有形成PB颗粒,因而对其融合产物Reteplase没有形成有效地保护。病毒侵染依然是PB颗粒不形成的可能原因之一。推测TMV病毒载体表达体系与蛋白质体表达技术不相容,体系也不适合结构异常复杂多肽/蛋白质在植物中的表达。
5.两个假说(以上结果中3和4)的提出和对其进一步深入研究将会促进人们对植物RNA病毒载体表达系统的全面认识,进而推动人们对植物病毒载体更加科学和合理地应用。