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尿酸氧化酶(Urate Oxidase,Uricase EC 1.7.3.3)也称尿酸酶,是一种以氧作为受体的氧化酶,广泛存在于哺乳动物肝细胞的过氧化物酶体中,能催化尿酸氧化为更易于排泄的代泄物即尿囊素。在许多物种体内均发现有尿酸氧化酶,但在鸟类及一些高等灵长类动物(如猿和人类)的体内却缺乏具有功能的尿酸酶,而是以尿酸作为嘌呤代谢的终产物排出体外。如果体内产生过多尿酸来不及排泄或者尿酸排泄机制退化使体内尿酸过多,就会影响人体细胞的正常功能,长期体内尿酸浓度过高将会引发痛风。
目前使用的降低体内尿酸水平的药物主要分为三类:促进尿酸排泄药、抑制尿酸合成药和尿酸氧化酶。有研究表明,尿酸氧化酶降低体内尿酸水平的幅度和速度远远优于其它药物。由于人体内的尿酸氧化酶不具有活性,目前临床上用的尿酸氧化酶主要来自黄曲霉菌(Aspergillus flavus),因其是外源蛋白,具有免疫原性,临床应用受到极大限制。已有研究通过PEG 化修饰尿酸氧化酶以降低其免疫原性,但经PEG 修饰后酶的催化活性下降幅度较大。人类尿酸酶基因因突变而成为假基因,如果能使之“复活”,必然能够在很大程度上降低该酶的免疫原性。
为进一步探究人尿酸氧化酶失活的原因,也为寻找与人类同源性更接近的哺乳动物来源的尿酸氧化酶,本实验采用生物信息学的方法,根据NCBI 上已公布的人和猪尿酸酶基因序列设计引物,从猪肝脏组织中提取总 RNA,通过 RTPCR方法获得猪尿酸酶基因,并定向插入到大肠杆菌原核表达载体 pET22b(+)
中,构建猪尿酸酶基因工程菌pET22b(+)/pUOX,经IPTG 诱导在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)表达菌株中实现高效表达,通过12%SDSPAGE电泳检测表达情况,用紫外吸收法测定猪尿酸酶基因工程菌的蛋白酶活性为 1.962U/mL。测序后与预期序列一致。
人尿酸酶基因是由本实验室从人肝脏组织中提取的,保存在大肠杆菌 BL21(DE3)菌株中。经SDSPAGE蛋白电泳检测该蛋白有表达,但无蛋白酶活性。人类尿酸酶酶的外显子 2和外显子 5中都存在着编码精氨酸的密码子 CGA 突变成为终止密码子TGA,且有研究表明,2 号外显子的突变是进化的开始。所以,本实验将具有活性的猪源尿酸氧化酶基因与无活性的人源尿酸氧化酶基因对应的12号外显子进行替换,构建出人猪尿酸酶重组基因pEUH12,并在BL21(DE3)菌株中进行表达。
通过IPTG 诱导后的重组蛋白经SDSPAGE电泳检测,在约34kDa 处有一条明显的蛋白条带,这与预期的303个氨基酸相符。测定该重组蛋白的酶活力达到0.833U/mL。
经测序后与预期序列一致,但与猪尿酸氧化酶活性相比有所降低,经 BlastN在线序列比对后发现人猪尿酸酶重组工程菌与猪尿酸酶基因存在6 处有义突变。人猪尿酸酶重组工程菌的成功构建且具有酶活性,证明了人尿酸氧化酶基因12号外显子中存在的密码子有义突变并不是引起人尿酸酶失活的主要原因,这对人类尿酸氧化酶基因的失活的进一步研究打下了良好的实验基础,也为后续实验提供有益的帮助。