CN103601796A - 亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法，包括以下步骤：（1）、获取重组蛋白Htt（1-90）：a、亨廷顿蛋白基因的获得；b、重组表达质粒pTWIN1-htt的构建；c、表达亨廷顿蛋白的重组大肠杆菌菌株DH5α-htt的构建；d、重组蛋白的表达；（2）、重组蛋白Htt（1-90）的纯化；（3）、SPPS方法获得棕榈化修饰的Htt（Cys-K92-K158）多肽；（4）Htt（Cys-K92-K158）多肽的纯化；（5）Htt（Cys-K92-K158）多肽与重组蛋白Htt（1-90）经过偶联获得经棕榈化修饰目的蛋白Htt（1-158）；（6）经棕榈化修饰目的蛋白Htt（1-158）的纯化。通过对亨廷顿蛋白的棕榈化修饰，显示出蛋白的稳定性增加，棕榈化蛋白有对抗水解酶的能力，显示出棕榈化蛋白有较强的稳定性，因此研究亨廷顿蛋白的棕榈化对亨廷顿疾病的治疗有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种蛋白质的化学修饰，具体涉及一种亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法。
背景技术
蛋白质修饰是一个复杂的过程，在真核生物中修饰类型很多，常见的有棕榈化、乙酰化、泛素化、磷酸化和SUMO化，蛋白质修饰能够改变蛋白质的活性、定位或功能。蛋白质的棕榈化修饰是指16个碳的脂肪酸棕榈酸盐通过硫酯键共价结合到蛋白质特定的半胱氨酸残基侧链上，这对不同膜蛋白及膜蛋白信号通路的功能调节非常重要。
亨廷顿舞蹈病(Huntington disease，HD)是一种常染色体显性遗传的神经变性疾病， HD基因编码一个由3144个氨基酸组成的亨廷顿蛋白(Huntingtin，Htt)，从Htt氨基酸末端第17位开始有一段重复的谷氨酰胺(CAG)序列。CAG重复序列将产生两个直接结果：一是使野生型亨廷顿蛋白(wild huntingtin，wHtt)缺失，二是产生突变型亨廷顿蛋白(mutant Htt，mHtt)。随着多聚谷氨酰胺的过度延长，Htt蛋白会在转谷氨酰胺酶的作用下发生交联而形成聚集体，在主链和侧链酰胺基之间氢键连接的作用下，多聚谷氨酰胺序列可形成多聚物，称为多聚谷氨酰胺序列(PolyQ)。正常人的PolyQ长度小于35个，而HD患者的PolyQ长度会超过37个。这些异常蛋白质积聚成块，损坏部分脑细胞，特别是那些与肌肉控制有关的细胞，导致患者神经系统逐渐退化，神经冲动弥散，动作失调，出现不可控制的颤搐，并能发展成痴呆，甚至死亡。临床表现主要为舞蹈样不自主动作、精神障碍和进行性痴呆。
Htt的214位半胱氨酸可由位于高尔基体的棕榈酰转移酶相关蛋白14(HIP14)棕榈酰化。HIP14的过量表达会导致内源性Htt的重新分配，并且能够在一定程度上将mHtt也分配到质膜中，而没有被棕榈酰化的Htt不能被重新分配，这种现象表明Htt重新分配到质膜是由棕榈酰化作用来调节的。相反，当PolyQ 中的Htt棕榈酰化位点突变从而没有棕榈酰化时加剧了其细胞毒性，致使蛋白聚合和细胞死亡。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法，通过对亨廷顿蛋白的棕榈化修饰，主要是Ser和Thr的O-连接棕榈化，显示出蛋白的稳定性增加，棕榈化蛋白有对抗水解酶的能力，显示出棕榈化蛋白有较强的稳定性，因此研究亨廷顿蛋白的棕榈化对亨廷顿疾病的治疗有重要意义。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法，包括以下步骤：（1）、获取重组蛋白Htt（1-90）：a、亨廷顿蛋白基因的获得；b、重组表达质粒pTWIN1-htt的构建；c、表达亨廷顿蛋白的重组大肠杆菌菌株DH5α-htt的构建；d、重组蛋白的表达；（2）、重组蛋白Htt（1-90）的纯化；（3）、SPPS方法获得棕榈化修饰的Htt（Cys-K92-K158）多肽；（4）Htt（Cys-K92-K158）多肽的纯化；（5）Htt（Cys-K92-K158）多肽与重组蛋白Htt（1-90）经过偶联获得经棕榈化修饰目的蛋白Htt（1-158）；（6）经棕榈化修饰目的蛋白Htt（1-158）的纯化。
作为优选，所述步骤（1）中：a、亨廷顿蛋白基因的获得：设计含有EcoR ?和Pst ?限制酶切位点的上下游引物P1和P2，从质粒pcDNA3.1/mys-His上采用PCR的方法扩增亨廷顿蛋白基因片段，将所扩增的htt基因片段和克隆载体pMD18-T载体链接，得到重组质粒，转入大肠杆菌JM109中，经过氨苄青霉素抗性筛选，挑取阳性克隆子，提取质粒并进行酶切鉴定和测序分析验证，所得重组质粒命名为pMD18T-htt；b、重组表达质粒pTWIN1-htt的构建：将原核表达载体pTWIN1和重组质粒pMD18T-htt分别用限制性内切酶EcoR ?和Pst ?双酶切，纯化处理后将线性pTWIN1质粒片段和htt基因片段进行连接，转化大肠杆菌JM109中，经过氨苄青霉素抗性筛选，挑取阳性克隆子，提取质粒并进行酶切鉴定和测序分析验证，所得重组质粒命名为pTWIN1-htt；c、表达亨廷顿蛋白的重组大肠杆菌菌株的构建：采用电转化法将重组质粒pTWIN1-htt转化入大肠杆菌DH5α感受态细胞中，利用氨苄青霉素抗性筛选，挑取阳性克隆子，得到重组菌，命名为：DH5α-htt；d、重组蛋白的表达：将重组菌DH5α-htt接种至LB液体培养基，置37℃摇床过夜培养，吸取过夜培养菌体以5%接种量接种LB液体培养基，37℃摇床培养至OD600=0.5~0.7，然后置20℃摇床培养加入1mmol/L的IPTG诱导表达目的蛋白4~6h，离心收集菌体，在40mmol/L的TRIS-Acetate、5mmol/L pH=8.3的溶液中进行超声破碎，通过离心（23000×g，30min, 40℃）将细胞碎片和上清液分离。
进一步地，所述的步骤（3）中合成Htt（Cys-K92-K158）多肽的过程分为三个片段合成：a、首先合成Cys-S138-K158片段；b、再合成Cys-E110-L136片段； c、最后合成Cys-K92-I108片段；d、每个片段通过自然化学连接NCL或EPL方法连接得到Htt（Cys-K92-K158）多肽。
进一步地，所述步骤（3）中棕榈化修饰位于亨廷顿外显子2或外显子3区域，即C105位点、C109位点、C137位点、C152位点中的至少一个位点。
进一步地，合成Cys-K92-I108片段所用的固相载体是wang－树脂。
进一步地，合成Cys-E110-L136片段和Cys-S138-K158片段所用的固相载体是N-酰基-苯并咪唑酮树脂。
经棕榈化修饰的亨廷顿蛋白与野生型亨廷顿蛋白比较，具有以下优点：通过对亨廷顿蛋白的棕榈化修饰，主要是Ser和Thr的O-连接棕榈化，显示出蛋白的稳定性增加，棕榈化蛋白有对抗水解酶的能力，显示出棕榈化蛋白有较强的稳定性，因此研究亨廷顿蛋白的棕榈化对亨廷顿疾病的治疗有重要意义。
附图说明
图1为获得Htt1-90重组蛋白的流程图；
图2为S95位点棕榈化修饰的Htt（Cys-K92-K158）多肽合成示意图；
图3为经棕榈化修饰目的蛋白Htt（1-158）的合成流程图；
图4 ：A为HttCys-K92-K158蛋白序列和合成片段；
B为Htt（Cys-K92-K158）多肽棕榈化修饰位点；
图5：A为棕榈化修饰亨廷顿蛋白的反相色谱图；
B为非棕榈化亨廷顿蛋白的反相色谱图；
图6：A为经棕榈化修饰亨廷顿蛋白水解后的反相色谱图；
B为未经棕榈化修饰亨廷顿蛋白水解后的反相色谱图；
图7为棕榈化修饰和非棕榈化修饰蛋白水解后免疫印迹分析显影图。
其中1为天然Htt蛋白； 2为棕榈化修饰后Htt蛋白；3为蛋白酶水解天然Htt蛋白；4为蛋白酶水解棕榈化修饰后Htt蛋白。
具体实施例
实施例1：获得重组蛋白Htt1-90
一） 试验材料
(1) 载体和菌株
质粒pcDNA3.1/mys-His由CHDI惠赠；表达载体pTWIN1购自NEB公司；质粒pMD18-T和大肠杆菌JM109、DH5α购自Takara生物科技有限公司。
(2) 引物
P1：5-CCGGAATTCCTGCCGTGCC-3 (EcoR ?)
P2：5-AAAACTGCAGACAGCCGGGC-3 (Pst ?)
由上海生工生物工程有限公司合成。
二） 实施方案
1. 亨廷顿蛋白基因的获得
以质粒pcDNA3.1/mys-His为模板，设计合成含有EcoR ?和Pst ?限制酶切位点的上下游引物P1和P2，PCR扩增htt基因片段，PCR产物经琼脂糖凝胶电泳检测后回收，纯化处理后与载体pMD18-T连接，转入大肠杆菌JM109中，通过氨苄青霉素抗性筛选，得到重组质粒pMD18T-htt，送至上海生工生物工程有限公司测序。将验证后的重组质粒用EcoR ?和Pst ?双酶切处理，酶切产物纯化处理后置4℃冰箱保存。
2. 重组表达质粒pTWIN1-htt的构建
将原核表达载体pTWIN1用限制性内切酶EcoR ?和Pst ?双酶切，纯化处理后将线性pTWIN1质粒片段和htt基因片段进行连接，转化大肠杆菌JM109中，经过氨苄青霉素抗性筛选，挑取阳性克隆子，提取质粒并进行酶切鉴定，得到重组质粒pTWIN1-htt。
3. 表达亨廷顿蛋白的重组大肠杆菌菌株的构建
采用电转化法将重组质粒pTWIN1-htt转化入大肠杆菌DH5α感受态细胞中，利用氨苄青霉素抗性筛选，挑取阳性克隆子，得到重组菌DH5α-htt。
将重组菌DH5α-htt接种至LB液体培养基，置37℃摇床过夜培养。吸取过夜培养菌体以5%接种量接种LB液体培养基，37℃摇床培养至OD600=0.5~0.7，然后置20℃摇床培养加入1mmol/L的IPTG诱导表达目的蛋白4~6h，离心收集菌体。在40mmol/L的TRIS-Acetate、5mmol/L pH=8.3的溶液中进行超声破碎。通过离心（23000×g，30 min，40℃）将细胞碎片和上清液分离开来。粗多肽纯度为60%。如图1所示为获取重组蛋白Htt1-90的流程图。
实施例2：重组蛋白的纯化
Htt1-90-Intein-CBD融合蛋白中CBD成分可与几丁质树脂特异结合，从而便于去除杂蛋白，随后intein成分在一定条件下催化融合蛋白在Htt1-90和Intein之间发生断裂。具体操作如下：将上清液上样于2ml几丁质重力柱。柱子先经过A液（Na-HEPES（pH8.0）20mmol/L，NaCl 500mmol/L，EDTA 1mmol/L）进行平衡，上清液上样后，再以A液洗脱。然后柱子在B液（Na-HEPES（pH8.0）20mmol/L，NaCl 500mmol/L，EDTA 1mmol/L，DTT 50mmol/L）中40C下浸泡16h。C液（Na-HEPES（pH8.0）20mmol/L，NaCl 500mmol/L）洗脱蛋白，每1ml收集。将每步收集到的样品进行SDS-PAGE分析，鉴定蛋白质的纯度是90%。
洗脱蛋白溶液中加入含有0.25mmol/L pH7.8 MESNA的溶液，室温摇床切割3次，每次24h。收集切割液加1倍体积的HEPES Buffer慢速冲洗柱子，合并二次洗脱液，最后一次切割液加压吹干并回收树脂。将蛋白洗脱液移至超滤管，10000r/min离心15-30min，超滤至1.5ml时移液枪转移上层蛋白液，得到纯度为99%的重组多肽2g，-4℃冻存。
实施例3：SPPS方法获得位于C105位点棕榈化修饰的Htt（Cys-K92-K158）多肽
本合成过程分为三个片段，首先合成Cys-S138-K158，再合成Cys-E110-L136，最后合成Cys-K92-I108。
固相肽的合成是在CS336X的多肽合成仪上进行的，Cys-S138-K158多肽的合成是基于Wang树脂。树脂的去保护和解聚在（TFA/DCM/H2O/TIPS 90/5/2.5/2.5）溶液中能够自发进行。然后通过10倍当量的冷乙醚对其沉淀，这些原始多肽通过反相HPLC进行纯化，使用waters 600泵和waters 2489 紫外/可见光检测器，柱子采用GRACE-Vydac 218TP54 C18柱。流动相A是0.1%的三氟乙酸水溶液，流动相B是0.1%三氟乙酸乙腈溶液，多肽的检测波长是214nm和234nm。多肽的质量通过MALDI-TOF-MS和ESI-MSF分析。最终得到12mg、纯度为99%的Cys-S138-K158多肽，产率为40%。
Cys-E110-L136多肽合成基于NBZ树脂，在多肽的C端产生一个NBZ衍生结构方便进行NCL反应。Dbz树脂最初的制备是通过氨基酸化的MBHA树脂和去保护的Fmoc-与5倍当量的Di-Fmoc-3,4二氨基苯甲酸偶联得到的。多肽的延长通过Fmoc保护的氨基酸,当DIPEA浓度达到0.5mol/L时， Dbz与4-硝基苯基氯甲酸酯耦合时在分子内形成环状。最后通过键的断裂得到的多肽，合成的多肽N端采用赛唑烷保护，在methoxyamine HCl pH4.0条件下噻唑烷化学键断裂形成巯基。纯化步骤同上。最终得到12mg、纯度为99%的Cys-E110-L136多肽，产率为45%。
Cys-K92-I108合成与E110-L136多肽合成类似，多肽的固态合成基于NBZ树脂，在多肽的C端产生一个NBZ衍生结构方便进行NCL反应。C105位的半胱氨酸羧基经过活化，α-氨基fmoc保护，通过多肽固态合成与L106α-氨基形成肽键，经过酰氯化的棕榈酸与赖氨酸侧链上的氨基反应，得到棕榈化修饰的赖氨酸，最终得到K92-I108-PalmC105多肽。最后合成的多肽在N端赛唑烷保护和C端NBZ衍生结构，在methoxyamine HCl pH4.0条件下噻唑烷化学键断裂形成巯基，纯化步骤同上。最终得到13mg、纯度为99%的Cys-E110-L136多肽，产率为50%。
如图2为对位于C105位点经棕榈化修饰的Htt（Cys-K92-K158）多肽合成示意图。
实施例4：位于C105位点经棕榈化修饰的Htt（Cys-K92-K158）多肽的纯化
多肽的鉴定和纯化通过重新注入反相色谱，此时检测器是二极管阵列检测器，流动相同。流动相A是0.1%的三氟乙酸水溶液，流动相B是0.1%三氟乙酸乙腈溶液，多肽的检测波长是214nm和234nm。最终得到3.33mg的HttCys-K92-K158蛋白，产率为9%。
实施例5：Htt（Cys-K92-K158）多肽与重组蛋白Htt（1-90）经过偶联获得经糖基化修饰目的蛋白Htt（1-158）
将重组蛋白Htt1-90和Htt（Cys-K92-K158）多肽放入缓冲液中，利用巯基和硫酯的特异性反应，再经过由S到N的转变完成肽键的合成。其合成示意图如图3。
实施例6：经棕榈化修饰目的蛋白Htt（1-158）的纯化
NCL反应后的Htt1-158产物通过反相高效液相色谱纯化，纯化柱是COSMOSIL 5C4-AR-300（4.6mm*150mm 5μm），线性梯度是10-90%，产物洗脱是在55%梯度下，得到产物3.5mg（0.5μmol，33%），通过MALDI计算产物的分子量。通过UPLC评定产物的纯度，纯度为99%，产率为4.1%。
实施例7：棕榈化修饰和非棕榈化修饰水解前后的色谱图比较
样品制备:将样品溶解在缓冲液中，通过反相色谱柱，进行分析。
色谱条件：通过反相-高效液相色谱（RP-HPLC），waters2795系统，C18柱（4.6mm*250mm，5μm）。流动相A：0.1%的三氟乙酸水溶液，B是0.1%的三氟乙酸乙腈溶液。
经过水解酶处理后，同样经过上述色谱柱进行分析。
实验结果说明：如图5所示，棕榈化修饰的亨廷顿蛋白大概在14min左右出峰，非棕榈化蛋白即野生型亨廷顿蛋白大概在17min左右出峰。 如图6所示，两种蛋白经过水解酶处理后，棕榈化蛋白出现较少的峰，而且峰值比较高，说明水解片段较少，而非棕榈化蛋白出现三个峰，峰值较低，说明棕榈化修饰后稳定性和周期相对较长，即说明棕榈化修饰后的蛋白有抗水解酶的能力。
综上所述结果说明，棕榈化修饰的亨廷顿蛋白的有抗水解酶的能力，且棕榈化修饰后稳定性和周期相对较长，即相对比较稳定。
实施例8：水解Htt和棕榈化的Htt免疫印迹分析
将野生型Htt蛋白和棕榈化修饰的Htt蛋白质样品水解处理后， 在120V，15%的1mm的聚丙烯酰胺凝胶上跑胶1h，蛋白质被转移到硝酸纤维膜上，室温下，在膜上固定1h，使用3倍的PBS缓冲液进行洗脱，在膜上加入亨廷顿鼠抗抗体和兔抗PalmC109，40C过夜，采用PBS缓冲液（0.1%的吐温80）洗脱，最后在700nm红外成像仪上成像，得到结果如图7所示为棕榈化修饰和非棕榈化修饰蛋白水解后免疫印迹分析，其中1为棕榈化修饰后Htt蛋白；2为天然Htt蛋白；3为蛋白酶水解棕榈化修饰后Htt蛋白；4为蛋白酶水解天然Htt蛋白。经过水解处理的参照样品组，棕榈化的亨廷顿蛋白水解度非常小，只有少量低分子量的条带，而对于非棕榈化的蛋白，蛋白水解度很大，几乎完全水解。
Claims (6)
1.一种亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）、获取重组蛋白Htt（1-90）：a、亨廷顿蛋白基因的获得；b、重组表达质粒pTWIN1-htt的构建；c、表达亨廷顿蛋白的重组大肠杆菌菌株DH5α-htt的构建；d、重组蛋白的表达；（2）、重组蛋白Htt（1-90）的纯化；（3）、SPPS方法获得棕榈化修饰的Htt（Cys-K92-K158）多肽；（4）Htt（Cys-K92-K158）多肽的纯化；（5）Htt（Cys-K92-K158）多肽与重组蛋白Htt（1-90）经过偶联获得经棕榈化修饰目的蛋白Htt（1-158）；（6）经棕榈化修饰目的蛋白Htt（1-158）的纯化。
2.根据权利要求1所述的亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法，其特征在于，所述步骤（1）中：a、亨廷顿蛋白基因的获得：设计含有EcoR ?和Pst ?限制酶切位点的上下游引物P1和P2，从质粒pcDNA3.1/mys-His上采用PCR的方法扩增亨廷顿蛋白基因片段，将所扩增的htt基因片段和克隆载体pMD18-T载体链接，得到重组质粒，转入大肠杆菌JM109中，经过氨苄青霉素抗性筛选，挑取阳性克隆子，提取质粒并进行酶切鉴定和测序分析验证，所得重组质粒命名为pMD18T-htt；b、重组表达质粒pTWIN1-htt的构建：将原核表达载体pTWIN1和重组质粒pMD18T-htt分别用限制性内切酶EcoR ?和Pst ?双酶切，纯化处理后将线性pTWIN1质粒片段和htt基因片段进行连接，转化大肠杆菌JM109中，经过氨苄青霉素抗性筛选，挑取阳性克隆子，提取质粒并进行酶切鉴定和测序分析验证，所得重组质粒命名为pTWIN1-htt；c、表达亨廷顿蛋白的重组大肠杆菌菌株的构建：采用电转化法将重组质粒pTWIN1-htt转化入大肠杆菌DH5α感受态细胞中，利用氨苄青霉素抗性筛选，挑取阳性克隆子，得到重组菌，命名为：DH5α-htt；d、重组蛋白的表达：将重组菌DH5α-htt接种至LB液体培养基，置37℃摇床过夜培养，吸取过夜培养菌体以5%接种量接种LB液体培养基，37℃摇床培养至OD600=0.5~0.7，然后置20℃摇床培养加入1mmol/L的IPTG诱导表达目的蛋白4~6h，离心收集菌体，在40mmol/L的TRIS-Acetate、5mmol/L pH=8.3的溶液中进行超声破碎，通过离心（23000×g，30min, 40℃）将细胞碎片和上清液分离。
3.根据权利要求1所述的亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法，其特征在于，所述的步骤（3）中合成Htt（Cys-K92-K158）多肽的过程分为三个片段合成：a、首先合成Cys-S138-K158片段；b、再合成Cys-E110-L136片段； c、最后合成Cys-K92-I108片段；d、每个片段通过自然化学连接NCL或EPL方法连接得到Htt（Cys-K92-K158）多肽。
4.根据权利要求1所述的亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法，其特征在于，所述步骤（3）中棕榈化修饰位于亨廷顿外显子2或外显子3区域，即C105位点、C109位点、C137位点、C152位点中的至少一个位点。
5.根据权利要求3所述的亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法，其特征在于，合成Cys-K92-I108片段所用的固相载体是wang－树脂。
6.根据权利要求1所述的亨廷顿蛋白的棕榈化修饰方法，其特征在于，合成Cys-E110-L136片段和Cys-S138-K158片段所用的固相载体是N-酰基-苯并咪唑酮树脂。
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| WO2002100333A2 (en) * | 2001-06-11 | 2002-12-19 | University Of Utah Research Foundation | Inhibitors of reggamma |
| CN103189050A (zh) * | 2010-10-26 | 2013-07-03 | Ac免疫有限公司 | 包含通过疏水部分修饰的肽的基于脂质体的构建体 |
-
2013
- 2013-11-11 CN CN201310555189.6A patent/CN103601796B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002100333A2 (en) * | 2001-06-11 | 2002-12-19 | University Of Utah Research Foundation | Inhibitors of reggamma |
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Non-Patent Citations (3)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103601796B (zh) | 2016-09-21 |
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