新型融合标签Iasp对不同蛋白表达效果的研究

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重组蛋白质异源表达时通常表达量低且生成的蛋白质大多以包涵体形式存在,采用融合标签技术可有效改善重组蛋白异源表达的成功率。蛋白质的种类和特性千差万别,仅仅依靠目前为数不多的蛋白融合标签远不能满足原核表达系统的需求,因此需不断开发新型融合标签。实验室前期研究发现Cry1Ia蛋白的分泌信号肽(Iasp)能够显著改善e GFP和m Cherry蛋白在大肠杆菌和苏云金芽孢杆菌中的表达,故认为Iasp具有作为一种新型融合标签的潜力,用于改善其他重组蛋白的表达。为了验证Iasp作为新型融合标签的可行性,本研究首先对比分析了Iasp与Trx、MBP、GST、Nus A和SUMO等5种常见的蛋白融合标签对不同蛋白表达的影响。其次,为了提高Iasp标签的效果,本研究对Iasp进行了不同改造:探索了Iasp中3个区段(N区、H区和C区)不同程度缺失对Cry1Ia蛋白本身表达量和可溶性的影响;将Iasp的疏水功能区进行不同程度破坏,探究Iasp标签突变体对蛋白表达的影响;进一步研究了His标签和Iasp标签组合使用的最优方案以及His在Iasp中不同位置是否会影响Iasp的功能。通过研究,获得如下结果:(1)将Iasp与5种不同的融合标签分别连接到egfp、gdf8、mmp13和c1v3基因的5’端,形成不同的融合基因,并将其分别转化大肠杆菌BL21-star(DE3)或Transetta(DE3)感受态细胞,得到相应的大肠杆菌表达菌株。随后,用IPTG诱导融合蛋白的表达,并检测其表达量及溶解度。结果发现,不同融合标签生产e GFP、GDF8、MMP13和C1V3的能力各不相同。其中,只有Iasp、Nus A和Trx等3种融合标签可使4种蛋白成功表达。但遗憾的是这3种融合标签均不能促进4种蛋白的可溶性。这些结果表明,Iasp作为融合标签可以增强多种重组蛋白的表达量。(2)将Iasp的N端分别截取5、10、13、16、24、32、44和73个氨基酸,得到Cry1Ia D5、Cry1Ia D10、Cry1Ia D13、Cry1Ia D16、Cry1Ia D24、Cry1Ia D32、Cry1Ia D44和Cry1Ia D73等8种缺失突变体。这一系列突变体涉及对Iasp中3个区段的破坏和缺失。将这些缺失突变体基因接入p ET28a Del表达载体,并转化大肠杆菌BL21-star(DE3)菌株,进一步检测蛋白表达。结果显示,8种Cry1Ia蛋白突变体均成功表达,其中Cry1Ia D32和Cry1Ia D44的表达量高于Cry1Ia,分别为Cry1Ia的1.43和1.12倍,Cry1Ia D13和Cry1Ia D16表达量与Cry1Ia基本持平,其余4种蛋白的表达量低于Cry1Ia。可溶性检测显示,Cry1Ia D13和Cry1Ia D24蛋白表达产物大部分以可溶形式存在,Cry1Ia D73蛋白表达产物主要为包涵体,其余5种蛋白同Cry1Ia蛋白表达产物一样,约一半为可溶形式,另一半为包涵体。以上研究表明,Iasp不同程度缺失对其表达量及可溶性有不同程度的影响。(3)为改善Iasp对融合蛋白表达的影响,将Iasp的疏水功能区(H区)分别截取6、8和13个氨基酸,产生的3种Iasp标签突变体连接在e GFP蛋白的N端,在大肠杆菌BL21-star(DE3)菌株中进行表达。结果显示,诱导4 h后,Id6-e GFP、Id8-e GFP和Id13-e GFP表达量显著高于e GFP,分别为e GFP的1.6、2.4和2.8倍,且高于Ie GFP,分别为Ie GFP的1.2、1.5和1.4倍。同时,Id6-e GFP、Id8-e GFP和Id13-e GFP等3种蛋白表达产物的可溶性均高于Ie GFP表达产物的可溶性。这些结果表明,Iasp的疏水功能区破坏和缺失会减少其对重组蛋白可溶性产生的负面影响。(4)将His标签插入Iasp标签的不同位置,并将组合后的标签连接在egfp基因的5’端,得到IH1、IH2、IH3、IH4、IH5、IH6、IH7、IH8、IH9和HI共10种突变体。实验发现10种突变体蛋白在大肠杆菌中均成功表达,且与Ie GFP表达水平差异不大,但表达产物可溶性高于Ie GFP。在HI突变体的基础上,又进行Iasp数量的叠加,得到IHI、IIHI、IBD4HI和IBD8HI。研究发现4种蛋白均可在大肠杆菌中成功表达,且表达水平同以上10种蛋白基本一致。可溶性结果显示,4种蛋白同Ie GFP蛋白表达产物一样,约一半为可溶形式,另一半为包涵体。以上结果表明,His标签插入Iasp标签中的不同位置提高了融合蛋白的可溶性,但Iasp数量的叠加未对融合蛋白的表达量及可溶性造成积极影响。综上所述,Iasp作为一种新型融合标签可用于改善重组蛋白的表达,提高蛋白的表达量,但对本文所选蛋白的可溶性无太大影响。其次,Iasp中3个区段不同程度缺失对其表达量及可溶性有不同程度的影响。对Iasp的疏水功能区破坏可增强重组蛋白的可溶性。同时,将His标签插入Iasp标签中不同位置一定程度上可提高融合蛋白的可溶性。本研究对Iasp的开发利用奠定了基础。
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