CN103882028A - 重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基因工程领域重组蛋白的制备方法，具体是一种重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，其步骤为：①根据人碱性成纤维细胞生长因子hbFGF全长序列设计引物克隆得到原始基因片段，并替换掉其中存在的大肠杆菌不利表达的密码子从而获得优化的hbFGF基因，所述优化的hbFGF基因的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示；克隆得到分子伴侣PDI的原始基因片段，并替换掉其中存在的大肠杆菌不利表达的密码子从而得到优化的PDI基因，所述优化的PDI基因的核苷酸序列如SEQIDNO.2所示；②优化的hbFGF基因、优化的PDI基因、标签序列以及蛋白酶切位点序列连接后克隆进入载体，构建得到高效表达载体；或是先构建上述部分序列的备用载体，然后将其余序列连接于部分序列上。
Description
技术领域
本发明涉及基因工程领域重组蛋白的制备方法，具体是一种重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法。
背景技术
20世纪30年代，科学家就发现在人的大脑和垂体的组织提取物中存在一种能够促进成纤维细胞生长的活性物质，到70年代，这种物质被分离提纯。鉴于这种物质的作用，它被命名为成纤维细胞生长因子（fibroblast growth factor，FGF）。后来，又在多种器官组织中发现了这类因子，统称为FGFs家族成员。不同的FGFs作为细胞间的信号分子在人胚胎发育和分化过程中起重要作用。迄今为止，共有大约23种人FGFs被发现。多数的FGFs在其N端具有信号肽帮助成熟蛋白分泌到胞外，但是某些FGFs成员缺乏信号肽，也能正常分泌到胞外。
人碱性成纤维细胞生长因子(human basic fibroblast growth factor，hbFGF)是FGFs家族中的重要成员，它们对酸和热敏感，其等电点呈碱性，故称为碱性FGF。它们在人体内分布广泛，尤其是神经组织中含量丰富，还存在于骨组织，生殖器官，腺体，白细胞以及多种肿瘤细胞中。与hbFGF不同的是，hbFGF由于起始密码的不同而存在多种大小不同的异构体，包括18kDa，22kDa，24kDa等等。其中18kDa大小的hbFGF含量较多，是主要的活性形式。hbFGF的基因定位于染色体4q26-27，共有三个外显子和二个内含子。
大量的研究表明，hbFGF是一个有效的促血管生成的分子，体内和体外均可以刺激平滑肌细胞生长，促进创伤愈合和组织修复。此外，hbFGF还具有促进红细胞再生，促进神经细胞和骨骼细胞的分化的功能。外源性人碱性成纤维细胞生长因子可以促进褥疮、溃疡和外科创伤的愈合，并有潜力成为治疗心肌梗塞、骨质疏松和老年痴呆等疾病的药物。然而天然的hbFGF含量很低，有必要开发基因工程重组hbFGF。
发明内容
本发明为了解决天然的hbFGF含量低不利于药物开发的问题，提供了一种重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，其步骤为：
①根据人碱性成纤维细胞生长因子hbFGF全长序列设计引物克隆得到原始基因片段，并替换掉其中存在的大肠杆菌不利表达的密码子从而获得优化的hbFGF基因，所述优化的hbFGF基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；克隆得到分子伴侣PDI的原始基因片段，并替换掉其中存在的大肠杆菌不利表达的密码子从而得到优化的PDI基因，所述优化的PDI基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示；
②优化的hbFGF基因、优化的PDI基因、标签序列以及蛋白酶切位点序列连接后克隆进入载体，构建得到高效表达载体；或是先构建上述部分序列的备用载体，然后将其余序列连接于部分序列上，构建得到高效表达载体；
③高效表达载体转化大肠杆菌BL21，用IPTG诱导重组基因的表达；同时将含有相应蛋白酶的质粒转入Rosseta菌株，一起诱导表达；随后将两种菌株以任意比例混合；
④用Tris缓冲液重悬细菌，超声破碎，离心收集上清液；调整pH值，低温振荡使与蛋白酶切位点序列对应的蛋白酶酶切完全，释放出rhbFGF蛋白，得到高浓度的含有重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的溶液；
⑤将含有重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的溶液进行纯化处理，得到高纯度的rhbFGF蛋白，进行SDS-PAGE分析和含量测定。
本发明中未详细叙述“替换掉其中存在的大肠杆菌不利表达的密码子”，由于基因优化密码子的方法为本领域技术人员的公知常识，通常只需要给出最后优化后的全DNA序列即可，根据此序列本领域技术人员即可实现该方法的实现流程。
本发明中优化的PDI基因为分子伴侣，对于重组人碱性成纤维细胞生长因子的可溶性高效表达具有关键的辅助作用，与rhbFGF（重组hbFGF）的相对位置是可变的。因此，步骤②中只要是载体上的优化的hbFGF基因、优化的PDI基因、标签序列以及蛋白酶切位点序列连接在一起，无论一次克隆进入载体或是分次克隆进入载体，任意变换它们在载体上的前后顺序，均可实现hbFGF的高效表达。且序列的连接以及克隆进入载体均是本领域公知常识，本发明不作过多的阐述。
本发明步骤②中的标签序列除了采用本发明提到的六个连续的组氨酸标签序列HIS6，还可采用本领域常用的其它标签序列，例如Flag标签，HA标签，GST标签等等。
进一步，本发明步骤②中的标签序列为六个连续的组氨酸标签序列HIS6，蛋白酶切位点序列为pp蛋白酶切位点序列，载体为pET-26b；步骤③中的相应蛋白酶为pp蛋白酶。
本发明步骤②中的蛋白酶切位点序列除了采用本发明提到的pp（Prescission Protease）蛋白酶切位点序列，还可采用本领域常用的其它蛋白酶切位点序列，例如Thrombin酶，Enterokinase酶，TEV酶等等。
本发明步骤②中的载体除了采用本发明提到的pET-26b，还可采用本领域常用的其它表达载体，例如pET-15,pET-21,pET28等等。
本发明步骤③中所述的相应蛋白酶指的是步骤②中的蛋白酶切位点序列所对应的蛋白酶。
进一步，所述步骤③中hbFGF重组蛋白菌株与蛋白酶菌株的质量比为50:1。本发明步骤③中所述的两种菌株以任意比例混合，但是50:1的质量比为恰好蛋白酶能够酶切完全，且不造成浪费的质量比。若该比例小于50:1，含有蛋白酶的菌株过多，造成蛋白酶的浪费和杂蛋白的增多；若该比例大于50:1，蛋白酶含量过低，不能完全酶切完全，释放出的rhbFGF蛋白相对较少。
进一步，步骤⑤中的纯化处理为：将含有重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的溶液的pH值调整至8，然后上镍离子亲和柱，用Tris缓冲液上柱，15mM咪唑洗脱杂蛋白，250mM咪唑洗脱目的蛋白，透析过夜。
本发明步骤⑤中的纯化处理可以采用本领域常规使用的离子交换、亲和层析、液相色谱以及分子筛等手段来处理目的蛋白；但是本发明提供的纯化处理相对于常规手段，具有快速高效的特点。
利用本发明所述的重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，使得PDI辅助rhbFGF保持可溶解高活性的正确折叠状态，SDS-PAGE分析纯化处理后的rhbFGF蛋白纯度在95%以上，浓度超过0.5mg/ml。制备方法简单，产品质量稳定，可以作为药物或保健用品，利于向大众推广。
附图说明
图1为pET-26b载体的图谱以及载体上的多克隆位点。
图2为hbFGF基因在pET-26b-hbFGF-HIS6-pp-PDI的质粒构建图。
具体实施方式
实施例1
重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法：
1～2）构建pET-26b-PDI-pp的备用载体
设计PDI的引物，相应的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示，需要包含酶切位点, 从5`-3`排列如下所示：
引物稀释成50pmol/μl,然后进行PCR步骤。
PCR反应体系50ul：
ddH2O： 40ul
10*PCR BUFFER 5ul
dNTP 1ul
模板： 1ul
上/下游引物： 1ul
pfu酶 1ul
PCR反应条件（Tag酶）：
94℃ 8min
94℃ 30s
65℃ 30s
72℃ 1min 30循环
72℃ 10min
琼脂糖凝胶电泳检测PDI条带位于1600bp左右，胶回收目的基因，用EcoRI和Xho I将基因酶切成粘性末端，同样处理pET-26b载体，加入T4 DNA连接酶，4℃连接12小时，转化大肠杆菌DH5α。用硫酸卡那霉素-LB平板筛选挑出白斑克隆，利用分子克隆的碱裂解法或者煮沸法提取质粒，利用酶切和PCR的方法鉴定正确，然后核苷酸序序列分析含有正确的基因序列阅读框架，构建成功pET-26b-pp-PDI载体。
人碱性成纤维细胞生长因子（human basic fibroblast growth factor，简称hbFGF）全长基因序列替换掉大肠杆菌不利表达的密码子获得优化的基因序列如SEQ ID NO.1所示。
针对hbFGF序列设计全套引物，全部从5`-3`排列如下所示：
引物稀释成50pmol/μl待用。然后利用PCR的方法将hbFGF-HIS6基因克隆出来。
PCR反应条件：
94℃ 8min
94℃ 30s
55℃ 30s
72℃ 30s 30循环
72℃ 10min
反应结束之后，取PCR产物进行1%琼脂糖凝胶电泳，紫外检测为与460bp位置左右的一条亮带即为目的基因（hbFGF-HIS6）的大小。
凝胶回收目的基因，用限制性内切酶NdeI和EcoR I将其切成粘性末端，用Nde I和EcoR I处理pET-26b-pp-PDI载体，加入T4DNA连接酶，4℃连接12小时，转化大肠杆菌DH5α。用硫酸卡那霉素-LB平板筛选挑出白斑克隆，利用分子克隆的碱裂解法或者煮沸法提取质粒，利用酶切和PCR的方法鉴定正确，然后核苷酸序序列分析含有正确的基因序列阅读框架，构建成功pET-26b-hbFGF-HIS6-pp-PDI载体（简写为26b-bFHpP）。
3）将正确的26b-bFHpP质粒转化大肠杆菌BL21，用硫酸卡那霉素-LB平板筛选出单斑克隆，在5mlLB培养基中培养过夜，按照1:100转接，在摇瓶中37℃培养至OD600为0.4-0.6，按照1:5000加入IPTG储液，30℃培养4-6小时（时间延长会显著提高产量），离心收集菌体，保存于-20℃或者立即进入下步纯化。
同时将含有PPase的质粒转入Rosseta菌株，同样操作挑选单斑克隆，在5mlLB培养基培养过夜，然后1:100转接，摇瓶培养37℃至OD为0.6，按照1:1000加入IPTG储液，30℃培养6小时，离心收集菌体，取适当与26b-bFHpP菌体混合（hbFGF重组蛋白菌株与蛋白酶菌株的质量比为50:1）。
4）配制适合保存酶活的缓冲体系：
Tris： 6.057g/L
NaCl: 2.925g/L
甘油： 50ml/L
用缓冲液洗涤混合后的菌体沉淀，用20-40ml体积重悬约500ml菌液沉淀，用溶菌酶配合Triton X-100帮助裂解细菌，用冰水混合物环境下超声破菌（2s超声，5s间歇，全长45min，保护温度44℃），12000rpm/min离心20min，收集上清液。再次调整PH为7.0左右，振荡反应约4h（冰上操作有助于提高产物活性，需要延长作用时间至10h左右。这样重组蛋白基本被PPase酶切完全，释放出rhbFGF蛋白,此时所得溶液为高浓度的含有重组rhbFGF的溶液。
5）在高浓度的含有hbFGF的溶液中，调整其PH值到8.0。配制上柱缓冲液：
MCAC-15 MCAC-1000
20mM Tris盐酸 PH10.0 20mM Tris PH10.0
0.5M NaCl 0.5M NaCl
10%(v/v) 甘油（可调整至20%） 10%（v/v）甘油
15mMol/L 咪唑 1M 咪唑
用MCAC-15溶液清洗镍离子亲和柱（Ni-NTA His-Bind Resin）柱材，然后把柱材和rhbFGF溶液共育，室温（冰上更佳）轻摇30min。然后上柱，用MCAC-60洗脱杂蛋白，最后用MCAC-250洗脱目的蛋白。将所得产物透析过夜，即得到高纯度的rhbFGF精品。进行SDS-PAGE分析和浓度检测，检测rhbFGF含量超过500μg/ml。产物可以利用质谱分析组成，并可以用于进一步制作成成品。
实施例2
重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，其步骤为：
①根据人碱性成纤维细胞生长因子hbFGF全长序列设计引物克隆得到原始基因片段，并替换掉其中存在的大肠杆菌不利表达的密码子从而获得优化的hbFGF基因，所述优化的hbFGF基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；克隆得到分子伴侣PDI的原始基因片段，并替换掉其中存在的大肠杆菌不利表达的密码子从而得到优化的PDI基因，所述优化的PDI基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示；
②优化的hbFGF基因3`末端增加HIS6，构建得到基因片段hbFGF- HIS6；优化的PDI基因5`末端加入pp蛋白酶切位点序列，构建得到基因片段pp-PDI；然后将基因片段pp-PDI接到基因片段hbFGF- HIS6的3`末端一起克隆进入pET-26b载体，构建得到高效表达载体pET-26b-hbFGF- HIS6-pp-PDI。；
③高效表达载体转化大肠杆菌BL21，用IPTG诱导重组基因的表达；同时将含有蛋白酶切位点序列的质粒转入Rosseta菌株，一起诱导表达；随后将hbFGF重组蛋白菌株与蛋白酶菌株以40:1质量比混合；
④用Tris缓冲液重悬细菌，超声破碎，离心收集上清液；调整pH值，低温振荡使与蛋白酶切位点序列对应的蛋白酶酶切完全，释放出rhbFGF蛋白，得到高浓度的含有重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的溶液；
⑤将含有重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的溶液进行纯化处理，得到高纯度的rhbFGF蛋白，进行SDS-PAGE分析和含量测定。
<110>太原锦波生物医药科技有限公司
<120>重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法
<160>2
<210>1
<211>441
<212>DNA
<213> Homo sapiens
<400>
ATGCCGGCAT TACCGGAGGA CGGTGGATCT GGTGCTTTTC CGCCGGGACA 50
TTTCAAAGAT CCGAAGCGTT TGTACTGTAA GAACGGGGGC TTTTTCTTAC 100
GTATTCATCC GGATGGACGT GTAGACGGAG TGCGTGAGAA AAGTGATCCG 150
CATATAAAAC TTCAGTTGCA AGCCGAAGAG CGTGGGGTTG TCTCAATAAA 200
GGGGGTTAGC GCTAATCGTT ATCTGTGCAT GAAGGAAGAC GGCCGTCTGT 250
TAGCCTCAAA ATCAGTAACG GATGAATGTT TCTTTTTTGA ACGTTTAGAG 300
AGTAACAATT ATAATACATA CCGTTCTCGT AAGTATACTT CATGGTACGT 350
GGCACTGAAA CGTACCGGTC AGTATAAACT TGGGAGCAAA ACAGGACCGG 400
GTCAAAAGGC GATCCTTTTT TTGCCGATGT CTGCGAAATC T 441
<210>2
<211>1527
<212>DNA
<213> Homo sapiens
<400>
ATGCTGCGCC GCGCTCTGCT GTGCCTGCCG TGGCCCGCCC TGGTGCGCGC 50
CGACGCCCCC GAGGAGGAGG ACCACGTCTT GGTGCTGCGG AAAAGCAACT 100
TCGCGGAGGC GCTGGCGGCC CACAAGTACC CGCCGGTGGA GTTCCATGCC 150
CCCTGGTGTG GCCACTGCAA GGCTCTGGCC CCTGAGTATG CCAAAGCCGC 200
TGGGAAGCTG AAGGCAGAAG GTTCCGAGAT CAGGTTGGCC AAGGTGGACG 250
CCACGGAGGA GTCTGACCTA GCCCAGCAGT ACGGCGTGCG CGGCTATCCC 300
ACCATCAAGT TCTTCAGGAA TGGAGACACG GCTTCCCCCA AGGAATATAC 350
AGCTGGCAGA GAGGCTGATG ACATCGTGAA CTGGCTGAAG AAGCGCACGG 400
GCCCGGCTGC CACCACCCTG CCTGACGGCG CAGCTGCAGA GTCCTTGGTG 450
GAGTCCAGCG AGGTGGCCGT CATCGGCTTC TTCAAGGACG TGGAGTCGGA 500
CTCTGCCAAG CAGTTTTTGC AGGCAGCAGA GGCCATCGAT GACATACCAT 550
TTGGGATCAC TTCCAACAGT GACGTGTTCT CCAAATACCA GCTCGACAAA 600
GATGGGGTTG TCCTCTTTAA GAAGTTTGAT GAAGGCCGGA ACAACTTTGA 650
AGGGGAGGTC ACCAAGGAGA ACCTGCTGGA CTTTATCAAA CACAACCAGC 700
TGCCCCTTGT CATCGAGTTC ACCGAGCAGA CAGCCCCGAA GATTTTTGGA 750
GGTGAAATCA AGACTCACAT CCTGCTGTTC TTGCCCAAGA GTGTGTCTGA 800
CTATGACGGC AAACTGAGCA ACTTCAAAAC AGCAGCCGAG AGCTTCAAGG 850
GCAAGATCCT GTTCATCTTC ATCGACAGCG ACCACACCGA CAACCAGCGC 900
ATCCTCGAGT TCTTTGGCCT GAAGAAGGAA GAGTGCCCGG CCGTGCGCCT 950
CATCACCTTG GAGGAGGAGA TGACCAAGTA CAAGCCCGAA TCGGAGGAGC 1000
TGACGGCAGA GAGGATCACA GAGTTCTGCC ACCGCTTCCT GGAGGGCAAA 1050
ATCAAGCCCC ACCTGATGAG CCAGGAGCTG CCGGAGGACT GGGACAAGCA 1100
GCCTGTCAAG GTGCTTGTTG GGAAGAACTT TGAAGACGTG GCTTTTGATG 1150
AGAAAAAAAA CGTCTTTGTG GAGTTCTATG CCCCATGGTG TGGTCACTGC 1200
AAACAGTTGG CTCCCATTTG GGATAAACTG GGAGAGACGT ACAAGGACCA 1250
TGAGAACATC GTCATCGCCA AGATGGACTC GACTGCCAAC GAGGTGGAGG 1300
CCGTCAAAGT GCACGGCTTC CCCACACTCG GGTTCTTTCC TGCCAGTGCC 1350
GACAGGACGG TCATTGATTA CAACGGGGAA CGCACGCTGG ATGGTTTTAA 1400
GAAATTCCTA GAGAGCGGTG GCCAAGATGG GGCAGGGGAT GTTGACGACC 1450
TCGAGGACCT CGAAGAAGCA GAGGAGCCAG ACATGGAGGA AGACGATGAC 1500
CAGAAAGCTG TGAAAGATGA ACTGTAA 1527
Claims (6)
1.重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，其特征在于，其步骤为：
①根据人碱性成纤维细胞生长因子hbFGF全长序列设计引物克隆得到原始基因片段，并替换掉其中存在的大肠杆菌不利表达的密码子从而获得优化的hbFGF基因，所述优化的hbFGF基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；克隆得到分子伴侣PDI的原始基因片段，并替换掉其中存在的大肠杆菌不利表达的密码子从而得到优化的PDI基因，所述优化的PDI基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示；
②优化的hbFGF基因、优化的PDI基因、标签序列以及蛋白酶切位点序列连接后克隆进入载体，构建得到高效表达载体；或是先构建上述部分序列的备用载体，然后将其余序列连接于部分序列上，构建得到高效表达载体；
③高效表达载体转化大肠杆菌BL21，用IPTG诱导重组基因的表达；同时将含有相应蛋白酶的质粒转入Rosseta菌株，一起诱导表达；随后将两种菌株以任意比例混合；
④用Tris缓冲液重悬细菌，超声破碎，离心收集上清液；调整pH值，低温振荡使与蛋白酶切位点序列对应的蛋白酶酶切完全，释放出rhbFGF蛋白，得到高浓度的含有重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的溶液；
⑤将含有重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的溶液进行纯化处理，得到高纯度的rhbFGF蛋白，进行SDS-PAGE分析和含量测定。
2.根据权利要求1所述的重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，其特征在于，步骤②中的标签序列为六个连续的组氨酸标签序列HIS6，蛋白酶切位点序列为pp蛋白酶切位点序列，载体为pET-26b；步骤③中的相应蛋白酶为pp蛋白酶。
3.根据权利要求2所述的重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，其特征在于，所述的步骤②为：优化的hbFGF基因3`末端增加HIS6，构建得到基因片段hbFGF- HIS6；优化的PDI基因5`末端加入pp蛋白酶切位点序列，构建得到基因片段pp-PDI；然后将基因片段pp-PDI接到基因片段hbFGF- HIS6的3`末端一起克隆进入pET-26b载体，构建得到高效表达载体pET-26b-hbFGF- HIS6-pp-PDI。
4.根据权利要求2所述的重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，其特征在于，所述的步骤②为：优化的PDI基因5`末端加入pp蛋白酶切位点序列，构建得到基因片段pp-PDI；基因片段pp-PDI克隆进入pET-26b载体，构建得到pET-26b- pp-PDI备用载体；优化的hbFGF基因3`末端增加HIS6，构建得到基因片段hbFGF- HIS6；基因片段hbFGF- HIS6克隆进入pET-26b- pp-PDI备用载体，构建得到高效表达载体pET-26b-hbFGF- HIS6-pp-PDI。
5.根据权利要求1至4的任一权利要求所述的重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，其特征在于，所述步骤③中hbFGF重组蛋白菌株与蛋白酶菌株的质量比为50:1。
6.根据权利要求1至4的任一权利要求所述的重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的制备方法，其特征在于，步骤⑤中的纯化处理为：将含有重组人碱性成纤维细胞生长因子蛋白的溶液的pH值调整至8，然后上镍离子亲和柱，用Tris缓冲液上柱，15mM咪唑洗脱杂蛋白，250mM咪唑洗脱目的蛋白，透析过夜。
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