一种人表皮生长因子的制备和纯化方法
技术领域
本发明属于生物工程领域,特别涉及一种人表皮生长因子的制备和纯化方法。。
背景技术
人表皮生长因子(Human Epidermal Growth Factor,简称hEGF)是一种含有53个氨基酸的单链多肽,分子量为6216道尔顿。hEGF是一种多功能细胞生长因子,通过与细胞膜上hEGF受体结合发挥生理作用。研究表明:表皮细胞、成纤维细胞、内皮细胞以及平滑肌细胞等多种细胞的细胞膜上都含有hEGF受体,其中表皮细胞含量最高。hEGF接近细胞后与细胞膜上的hEGEF受体结合,促使细胞内部发生一系列复杂的生化级联反应,使得RNA、DNA和蛋白质合成增加,最终促进细胞生长繁殖,加速细胞新陈代谢。
人的尿液、血液、乳汁及胃液等含有的内源性hEGF很少,并且为与受体结合的生理状态,从生物来源中提取hEGF比较困难,仅仅限于理论研究。目前生产hEGF主要有2种途径:一种是化学合成法,虽然产物纯度高但是产率不高,而且蛋白质不能像生物合成一样折叠,无法工业化生产。另一种方法是采用基因工程技术构建重组质粒表达hEGF。基因重组hEGF的基本策略是首先从制备hEGF目的基因,然后将目的基因连接至表达载体上,从而构建出含hEGF目的基因的重组质粒,最后将质粒转化至基因工程菌中表达,分离纯化得到hEGF目的蛋白。目前表达载体主要有大肠杆菌和酵母菌,hEGF在这两种表达载体中的表达量小,发酵液中的产物浓度低,提取和纯化工艺复杂,而且所获得的hEGF活性不高。
发明内容
本发明的目的在于提供提供一种高效、稳定的表达hEGF工程菌的构建、筛选,以及分离纯化目的蛋白hEGF的方法,解决重组人表皮生长因子在哺乳动物细胞中国仓鼠卵巢细胞(CHO细胞)中分泌表达的问题。
一种人表皮生长因子的制备和纯化方法,其特征在于,包括以下步骤:
(a) 构建重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6:
提取质粒pcDNA3.1(+)/myc-His A,经限制性内切酶Bgl II和Stu I双酶切处理,得到3392bp的片段;
提取质粒pSecTag2 A,经限制性内切酶Bgl II和Stu I双酶切处理,得到2186bp的片段;
将3392bp片段与2186bp片段以体积比2:3的比例用连接酶连接;将连接产物转化大肠杆菌JM109感受态中,经过氨苄青霉素抗性筛选,挑取阳性克隆子,提取质粒并进行限制性内切酶Bgl II和Stu I双酶切鉴定,得到重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6;
(b) 构建重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF:
提取重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6,经限制性内切酶BamH I和Xho I酶切,得到5525bp的片段,酶切产物纯化后,加去磷酸化酶做去磷酸化处理;
提取含hEGF基因片段的质粒pMD18-T-His6-SUMO-hEGF,经限制性内切酶BamH I和Xho I酶切得到486bp的hEGF基因片段;
将5525bp片段与486bp片段以体积比1:4的比例用连接酶进行连接;将连接产物转化大肠杆菌JM109感受态中,经过氨苄青霉素抗性筛选,挑取阳性克隆子,提取质粒并进行限制性内切酶BamH I和Xho I双酶切鉴定,得到重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF;
(c) 重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF转染CHO细胞:在转染试剂存在下将重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF转染CHO细胞,筛选得到阳性转化子,将转化子连续传代直至得到稳定细胞株;
(d) hEGF蛋白的分泌和纯化:将转染后稳定细胞株于培养基中培养,收集含有分泌的目的蛋白培养基,离心取上清液;亲和层析,用清洗液除去杂蛋白后,加入洗脱液将hEGF洗脱,收集唯一的洗脱峰即为目的蛋白;将含有目的蛋白的样品缓慢加入Ni-NTA柱,先用破菌缓冲液洗5个柱体积,再用PBS缓冲液洗3个柱体积;最后加入SUMO特异性切割酶Ulp1室温反应10-30分钟或4℃下2-6小时;用PBS洗脱酶切下来的hEGF,收集流出液。
步骤c中所述的CHO细胞的培养方法为:100mm的培养皿中以3×106个细胞的浓度接种CHO细胞,培养基为含5%的小牛血清的DMEM/F12培养基,转染前一天加入7ml含血清,不含抗生素的培养基,37℃置于恒温培养箱,5%CO2培养,至转染时要求80%-90%细胞汇合。
步骤c中的转染方法具体为:分别把4ug的pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF质粒和12ul的转染试剂稀释到200ul无血清培养基中,室温放置五分钟再混合,将混合液在室温放置10―15分钟后滴入CHO细胞培养基中,培养4h后换液,继续筛选培养24-48小时得到阳性转化子,将转化子连续传代直至得到稳定细胞株。
步骤d中所述的清洗液含有20mmol/L咪唑,300mmol/L NaC,150 mmol/L NaH2PO4,pH值为8.0。
步骤d中所述的洗脱液含有250mmol/L咪唑,300mmol/L NaCl,150 mmol/LNaH2PO4,pH值为8.0。
步骤d中所述SUMO特异性切割酶Ulp1由以下方法制备得到:
(a) 构建重组质粒pET-28a-Ulp1:提取含Ulp1基因片段的质粒pMD18-T-Ulp1,经限制性内切酶Nde I和Xho I酶切得到Ulp1基因片段;与经同样双酶切的质粒pET-28a连接得到pET-28a-Ulp1;
(b) 构建重组菌株BL21/pET-28a-Ulp1:将重组质粒pET-28a-Ulp1加入感受态细胞BL21,冰上放置30分钟,然后42℃水浴中热激90-120秒,冰上放置2-3分钟,涂布含卡那霉素抗性的LB固体培养基平板,置37℃恒温培养箱过夜培养;
(c) Ulp1的诱导表达及纯化:挑取重组菌株BL21/pET-28a-Ulp1单克隆于含卡纳青霉素的LB液体培养基中,37℃振荡过夜培养,待OD600值0.6-0.8时加入IPTG至终浓度0.2mM,22℃诱导过夜;离心收菌,用破菌缓冲液重悬沉淀,加入PMSF,超声波破菌;细菌破碎液离心,取上清;上Ni-NTA柱纯化,Ni-NTA洗脱下来了的蛋白用FPLC进一步纯化。
本发明采用现代生物技术,构建了微生物表达载体重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF,再将该表达载体转至表达量高,易于纯化以及容易适应大规模工业化发酵生产的CHO细胞(中国仓鼠卵巢细胞),构建稳定的高分泌型工程菌,实现人表皮生长因子的生产。哺乳动物细胞表达系统能够指导蛋白质的正确折叠,提供复杂的糖基化等多种翻译后加工功能,因而表达产物在分子结构、理化性质和生物学功能方面最接近天然的生物蛋白质分子。胞外分泌型表达是目前最先进的且适于工业化的表达方式,细胞外表达可以避免蛋白在保内聚集形成包涵体,使目的蛋白的下游纯化更加简单,利于大规模处理。
通过本发明的方法得到的hEGF,经过Balb/c 3t3细胞的活性测定实验显示与标准品相比具有较高生物学活性,可达到1×105U/mg。
附图说明
图1是重组质粒pET-28a-Ulp1构建示意图。
图2是重组质粒pET-28a-Ulp1经限制性内切酶Nde I和Xho I双酶切验证电泳图。
图3是重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6构建示意图。
图4是重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6经限制性内切酶Bgl II和Stu I双酶切验证电泳图。
图5是重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF构建示意图。
图6是重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF经限制性内切酶BamH I和Xho I双酶切验证电泳图。
图7是hEGF蛋白纯化SDS-PAGE蛋白电泳图。
具体实施方式
实施例1:重组质粒pET-28a-Ulp1的构建
一)试验材料
(1)质粒和菌株
质粒pET-28a和大肠杆菌JM109购自Takara生物科技有限公司。
(2)试剂
限制性内切酶Nde I和Xho I,卡纳青霉素购自NEB公司。去磷酸化酶购自Takara生物科技有限公司。
(3)基因片段
Ulp1由华大基因合成。
二)实施方案
1.质粒pET-28a的酶切
大量提取重构质粒pET-28a,纯化后加入限制性内切酶Nde I和Xho I,置于37℃恒温培养箱1-4h做双酶切处理,将酶切产物纯化后,加去磷酸化酶做去磷酸化处理,将去磷酸化产物纯化后置4℃冰箱保存待用。
2.Ulp1基因片段的获得
大量提取含Ulp1基因片段的质粒pMD18-T-Ulp1,纯化后加入限制性内切酶Nde I和Xho I,置于37℃恒温培养箱1-4h做双酶切处理,将酶切产物进行琼脂糖凝胶电泳,切胶回收729bp片段,纯化后置4℃冰箱保存待用。
3.重组质粒pET-28a-Ulp1的构建
重组质粒pET-28a-Ulp1构建示意图如图1所示。
将步骤1和步骤2中4℃冰箱保存的基因片段按照以下配比加连接酶进行连接处理:线性化pET-28a 1μL;Ulp1基因片段4μL;连接酶0.5μL;dd H2O 3.5μL;Buffer 1μL。
将连接产物纯化,转化大肠杆菌JM109感受态中,经过卡纳青霉素抗性筛选,挑取阳性克隆子,提取质粒并进行限制性内切酶Nde I和Xho I双酶切鉴定,得到重组质粒pET-28a-Ulp1。重组质粒pET-28a-Ulp1经限制性内切酶Nde I和Xho I双酶切验证电泳图如图2所示。
实施例2:重组菌株BL21/pET-28a-Ulp1的构建
一)试验材料
(1)菌株
大肠杆菌BL21(DE3)购自Takara生物科技有限公司。
(2)试剂
卡纳青霉素购自NEB公司。
二)实施方案
1.质粒pET-28a-Ulp1的提取
大量提取重构质粒pET-28a-Ulp1,纯化后置4℃冰箱保存待用。
2.转化BL21感受态细胞
感受态细胞BL21(DE3)从-70℃取出,放在冰上1-5分钟使其融化,在超净台中取pET-28a-Ulp1 质粒0.5-1ul加入感受态细胞中,冰上放置15-30分钟,然后42℃水浴中热激90-120秒,冰上放置1-3分钟,涂布含卡那霉素抗性的LB固体培养基平板,置37℃恒温培养箱过夜培养。
实施例3.:Ulp1的诱导表达及纯化
一)试验材料
(1)试剂
卡纳青霉素、IPTG购自NEB公司。
二)实施方案
1.Ulp1的诱导表达
挑取单克隆于10ml含卡纳青霉素的LB液体培养基中,37℃振荡过夜培养。将过夜培养物按1:100比例转接到新的1L含卡纳青霉素的LB液体培养基中,37℃振荡培养约2-3小时,待OD600值0.2-1.2时加入IPTG至终浓度0.2mM,22℃诱导过夜。
2.Ulp1的纯化
5000rpm15分钟离心收菌,弃上清倒置1分钟使残余培养基流尽。用破菌缓冲液(50mM NaH2PO4,500mM NaCl,pH8.0)重悬沉淀,5000rpm10分钟离心收菌,弃上清。取50ml破菌缓冲液加入到沉淀中并吹打均匀,1:200加入苯甲基磺酰氟 PMSF,超声波破菌5-15分钟,至半透明。细菌破碎液15000rpm15分钟离心,取上清。上Ni-NTA柱纯化,样品缓慢滴下使蛋白更好地与柱子结合。上样完毕,先用破菌缓冲液洗5个柱体积,再用梯度洗脱缓冲液(50mMNaH2PO4,500mM NaCl,250mM咪唑,pH8.0)洗脱,15%SDS-PAGE检测蛋白洗脱情况。Ni-NTA洗脱下来了的蛋白用快速蛋白液相色谱FPLC进一步纯化。
实施例4:重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6的构建
一)试验材料
(1)质粒和菌株
质粒pcDNA3.1/mys-His A由江苏大学医学生物化学系郑学明教授惠赠;质粒pSecTag2 A购自Invitrogen公司;大肠杆菌JM109购自Takara生物科技有限公司。
(2)引物
限制性内切酶Bgl II和Stu I购自NEB公司;
二)实施方案
1.质粒pcDNA3.1/mys-His的酶切
将质粒pcDNA3.1(+)/myc-His A电转化法转入大肠杆菌JM109感受态,接种阳性转化子37℃摇床过夜培养,大量提取质粒纯化,加限制性内切酶Bgl II和Stu I置于37℃恒温培养箱进行双酶切处理,将处理产物进行琼脂糖凝胶电泳分离,切胶回收3392bp的片段,纯化后置4℃冰箱保存待用。
2.质粒pSecTag2 A的酶切
将质粒pSecTag2 A电转化法转入大肠杆菌JM109感受态,接种阳性转化子37℃摇床过夜培养,大量提取质粒纯化,加限制性内切酶Bgl II和Stu I置于37℃恒温培养箱进行双酶切处理,将处理产物进行琼脂糖凝胶电泳分离,切胶回收2186bp的片段,纯化后置4℃冰箱保存待用。
3.重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6的构建
重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6构建示意图如图3所示。
将步骤1和步骤2中得到的片段按照以下配比加连接酶进行连接处理:3392bp的片段2μL;2186bp的片段3μL;连接酶0.5μL;dd H2O 3.5μL;Buffer 1μL。将连接产物纯化,转化大肠杆菌JM109感受态中,经过氨苄青霉素抗性筛选,挑取阳性克隆子,提取质粒并进行限制性内切酶Bgl II和Stu I双酶切鉴定,得到重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6。重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6经限制性内切酶Bgl II和Stu I双酶切验证电泳图如图4所示。
实施例5:重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF的构建
一)试验材料
(1)质粒和菌株
大肠杆菌JM109购自Takara生物科技有限公司。
(2)试剂
限制性内切酶BamH I和Xho I购自NEB公司。去磷酸化酶购自Takara生物科技有限公司。
(3)基因片段
hEGF由华大基因合成。
二)实施方案
1.质粒pBSAZ 1.1 myc-His6的酶切
大量提取重构质粒pBSAZ 1.1 myc-His6,纯化后加入限制性内切酶BamH I和XhoI,置于37℃恒温培养箱1-4h做双酶切处理,得5525bp的片段。将酶切产物纯化后,加去磷酸化酶做去磷酸化处理,将去磷酸化产物纯化后置4℃冰箱保存待用。
2.hEGF基因片段的获得
大量提取含hEGF基因片段的质粒pMD18-T-His6-SUMO-hEGF,纯化后加入限制性内切酶BamH I和Xho I,置于37℃恒温培养箱1-4h做双酶切处理,将酶切产物进行琼脂糖凝胶电泳,切胶回收486bp片段,纯化后置4℃冰箱保存待用。
3.重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF的构建
重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF构建示意图如图5所示。
1步骤和2步骤中所得的4℃冰箱保存的基因片段按照以下配比加连接酶进行连接处理:5525bp的片段1μL;486bp的片段4μL;连接酶0.5μL;dd H2O 3.5μL;Buffer 1μL。
将连接产物纯化,转化大肠杆菌JM109感受态中,经过氨苄青霉素抗性筛选,挑取阳性克隆子,提取质粒并进行限制性内切酶BamH I和Xho I双酶切鉴定,得到重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF。
重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF经限制性内切酶BamH I和Xho I双酶切验证电泳图如图6所示。
实施例6:重组质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF转染CHO细胞
一)试验材料
(1)质粒和菌株
中国仓鼠卵巢细胞(CHO细胞)由上海交通大学系统生物医学研究院吴方老师惠赠。
(2)试剂
G418购自购自Invitrogen公司;
二)实施方案
1.重组质粒提取
大量提取重构质粒pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF,纯化后置4℃冰箱保存待用。
2.CHO细胞的培养
100mm的培养皿中以3×106个细胞的浓度接种CHO细胞,培养基为含5%的小牛血清的DMEM/F12培养基,转染前一天加入7ml培养基(含血清,不含抗生素),37℃置于恒温培养箱,5%CO2培养,至转染时要求80%-90%细胞汇合。
3.重组质粒转染CHO细胞
分别把1-6ug的pBSAZ 1.1 myc-His6-SUMO-hEGF质粒和3-18ul的转染试剂PolyJet™稀释到200ul无血清培养基中,室温放置5-10分钟再混合,将混合液在室温放置5-15分钟后滴入CHO细胞培养基中,培养2-7h后换液(G418+培养基),继续筛选培养24-48小时得到阳性转化子,将转化子连续传代直至得到稳定细胞株。
实施例7:hEGF蛋白的纯化
收集含有分泌的目的蛋白培养基,离心去除不容性的杂质,取上清。上清液利用AKTA purifier 100系统经过His TrapTM FF crude亲和层析,用清洗液(20mmol/L咪唑,300mmol/L NaCl,150 mmol/L NaH2PO4,pH8.0)洗去杂蛋白,再用洗脱液(250mmol/L咪唑,300mmol/L NaCl,150 mmol/L NaH2PO4,pH8.0)洗脱,收集唯一的洗脱峰即为目的蛋白。含有目的蛋白的样品缓慢加入Ni-NTA柱,使蛋白更好地与柱子结合。上样完毕,先用破菌缓冲液洗5个柱体积,再用PBS(pH7.3,140 mM NaCl,2.7mM NaCl,50 mM NaH2PO4)洗3个柱体积。向结合有Ig kappa-chain-His6-SUMO-hEGF蛋白的Ni-NTA柱中加入0.1mg的SUMO特异性切割酶Ulp1室温反应半小时或 4℃下2-6小时。酶切下来的hEGF用PBS洗脱下来,收集流出液进行SDS-PAGE电泳检测。
过柱纯化的hEGF蛋白进行SDS-PAGE电泳,最后在凝胶成像仪上成像,得到结果如图7所示。
实施例8:MTT法测定hEGF蛋白的活性
一)试验材料
1.小鼠胚胎成纤维细胞(Balb/c 3t3细胞)购自ATCC。
2.试剂:
RPMI 1640培养基 1000ml 加青霉素105IU和链霉素105IU,再加NaHCO3 2.1g,溶解后,混匀,除菌过滤,4度保存
维持培养液 牛血清 4ml 加RPMI1640 1000ml;
完全培养液 牛血清100ml 加RPMI1640 1000ml;
PBS NaCl 8g KCl 0.2g Na2HPO3 1.44g KH2PO3 0.24g 加水至1000ml 经121度 15分钟灭菌;
噻唑蓝(MTT)溶液 取MTT粉末0.1g 加PBS20ml 溶解,经0.22μm滤膜过滤除菌,4度避光保存。
二)实施方案
1.取重组人表皮生长因子标准品按说明书复溶后,用维持培养液稀释至每1ml含50IU。在96孔细胞培养板中,做4倍系列稀释,共8个稀释度,每个浓度做2个控。无菌操作;
2.取样品复溶后,用维持培养液稀释。在96孔细胞培养板中,做4倍系列稀释,共8个稀释度,每个浓度做2个控。无菌操作;
Balb/c 3t3细胞株用完全培养液于37度,5%CO2培养,控制细胞浓度为每1ml含1.0×105-5.0×105个细胞,传代后24-36h用于生物活性测定。弃去培养瓶中的培养液,消化和收集细胞,用完全培养液配成每1ml含5.0×104-8.0×104个细胞的细胞悬液,接种于96孔细胞培养板中,每孔100μl。在37度,5%CO2培养培养15-24h。制备的细胞培养板弃去维持液,加入标准品溶液和样品溶液,每孔100μl。于37度,5%CO2培养60-72h。每孔加入MTT溶液20μl,于37度,5%CO2培养2-8h。以上操作在无菌条件下进行。弃去培养液中的液体后,向每孔中加入二甲基亚砜(DMSO)100μl,混匀后在酶标仪上,以630nm为参比波长,于波长570nm处测定吸光度,记录测定结果。
Balb/c 3t3细胞的活性测定实验显示与标准品相比hEGF样品具有较高生物学活性,检测到hEGF样品的活性为1×105U/mg。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非作为对本发明的限定,只要在本发明的实质范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。