CN112379008B - 一种检测红细胞中Prx2蛋白的Asp46外消旋化程度的方法 - Google Patents
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Abstract
Prx2中Asp46作为检测靶点用于COPD早期诊断及其试剂盒和应用。COPD早期诊断试剂包括下列试剂:细胞裂解试剂、阴离子交换层析柱填料、还原试剂、烷基化试剂、重组糜蛋白酶试剂、起始缓冲液、洗脱液、酶解缓冲液及YPLDF五肽标准品溶液。本发明的慢性阻塞性肺病(COPD)早期检测的试剂盒可用于来筛查COPD早期患者,通过检测红细胞中Prx2中D/L‑Asp46比例变化的情况,预警COPD疾病的发生,并为COPD疾病的确诊提供一定依据。该发明的慢性阻塞性肺病(COPD)早期检测的试剂盒,使用简便,易于推广,可应用于临床诊断。
Description
技术领域
本发明属于诊断试剂领域,涉及一种检测红细胞中Prx2蛋白的Asp46外消旋化程度的方法。
背景技术
生物体组成蛋白质中的D-型氨基酸是L-型氨基酸通过外消旋化所产生的,这种外消旋化是一种蛋白质翻译后修饰类型(PTM),以天冬氨酸(Asp)的外消旋化最为常见。蛋白质中天冬氨酸外消旋化与特定疾病的发生存在关联,已有报道发现衰老、白内障、阿尔兹海默症、慢性阻塞性肺病(COPD)等疾病都伴随着氨基酸外消旋化修饰程度的异常,D-Asp在这些病变组织中较正常蛋白显著增加,呈现出年龄依赖性外消旋化情况。
Prx2是过氧化物还原酶(Prxs)超级家族中的一员,Prx2有多种重要的生理功能,不仅具有强大的清除过氧化物的能力,而且在调节细胞内H2O2浓度、信号转导和对感应并调节氧化压力等方面也起着重要作用。Prx2活性中心肽段与过氧化物接触频繁,更易发生外消旋化,而Asp发生外消旋化的过程中会形成中间体,受到分子内部的协同作用力的影响,其外消旋化速率最快,因此研究Prx2活性中心中Asp外消旋化显得格外重要。
为了研究人体血液Prx2活性中心肽段处的天冬氨酸外消旋化情况,需从红细胞中提取纯化Prx2蛋白,通过合适的酶进行酶切,在LC-MS/MS系统中分离和检测酶切后的活性中心肽段。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一个COPD早期检测的新靶点的应用。
本发明的另一个目的是提供一种慢性阻塞性肺病(COPD)早期辅助诊断试剂盒。
红细胞中Prx2蛋白活性中心内Asp46作为检测靶点在制备慢性阻塞性肺病早期诊断试剂中的应用。
检测红细胞中Prx2蛋白的Asp46外消旋化程度的试剂在制备慢性阻塞性肺病早期诊断试剂中的应用。
我们通过计算机模拟分子对接来比较Prx2中Asp46外消旋化修饰对蛋白质空间结构及活性的影响。Asp46位于Prx2活性中心肽段PLD46FTFVC,以发生Asp46外消旋化的活性肽段为配体与受体蛋白分子进行对接,同时在受体蛋白不做改变的情况下,将配体替换为未经外消旋化修饰的活性肽段,由计算机模拟分子对接结果可见在Asp46发生外消旋化后,对Prx2活性中心的空间结构有显著的影响,与受体之间形成的口袋并不能与原来完全吻合,与原受体之间形成空间位阻,其结合自由能绝对值较低,可能导致Prx2与受体结合能力与亲和力下降,甚至使其丧失生物活性。
通过检测红细胞中Prx2蛋白活性中心内Asp46外消旋化程度进行慢性阻塞性肺病早期诊断;所述的Asp46外消旋化程度以D/L-Asp46比例表征,并以D/L-Asp46比例10‰作为阈值。高于 10‰为阳性,判定为COPD;低于10‰为阴性,判定为非COPD。
一种慢性阻塞性肺病早期辅助诊断试剂盒,包含:红细胞细胞裂解试剂、阴离子交换层析柱填料、还原试剂、烷基化试剂、重组糜蛋白酶试剂、起始缓冲液、洗脱液、酶解缓冲液和 YPLLDF和YPLDDF五肽标准品溶液。
所述的细胞裂解试剂优选红细胞裂解液。
所述的阴离子交换层析柱填料优选DEAE-Selfinose FF琼脂糖离子交换填料,包含20%乙醇。
所述的还原试剂优选7-8mg/mL二硫苏糖醇溶液,进一步优选7.71mg/mL二硫苏糖醇溶液。
所述的烷基化试剂优选27-28mg/mL碘代乙酰胺溶液,进一步优选27.74mg/mL碘代乙酰胺 (IAM)溶液。
所述的重组糜蛋白酶试剂优选0.1-5μg/μL测序级重组糜蛋白酶溶液,进一步优选1μg/ μL重组糜蛋白酶溶液(测序级);该溶液包含重组糜蛋白酶100微克,100μL 50mM乙酸,1.5mL的50mM碳酸氢铵溶液。
所述的起始缓冲液优选含1-1.5mM EDTA的18-25mM pH7.0的Tris-HCl溶液;所述的起始缓冲液进一步优选20mM pH7.0的Tris-HCl溶液(含1mM EDTA)。即1L溶液包含2.4228克Tris-base,0.3722克EDTA·2Na。
所述的洗脱液优选添加250-300mM NaCl的起始缓冲液。所述的洗脱液进一步优选添加 300mM NaCl的起始缓冲液。即1L溶液包含17.53克氯化钠,1L起始缓冲液。
所述的酶解缓冲液优选40-50mM pH7.2的碳酸氢铵缓冲盐溶液;所述的酶解缓冲液进一步优选50mM pH7.2的碳酸氢铵缓冲盐溶液,即1L溶液包含3.953克NH4HCO3。
所述的YPLLDF和YPLDDF五肽标准品优选0.2-0.5mg/mL的YPLLDF和YPLDDF溶液。所述的 YPLLDF和YPLDDF五肽标准品进一步优选0.2mg/mL的YPLLDF和YPLDDF溶液。该溶液可由2毫克YPLLDF或2毫克YPLDDF,加入0.5%甲酸溶液溶解并加水稀释至10mL制得。
一种检测红细胞中Prx2蛋白的Asp46外消旋化程度的方法,利用本发明所述的试剂盒,提取红细胞中Prx2蛋白,重组糜蛋白酶酶解后,LC-MS/MS法测定酶解产物中YPLDD和YPLLDF的比例,作为红细胞中Prx2蛋白的Asp46外消旋化程度的表征。
利用本发明试剂盒对人体红细胞内Prx2活性中心内Asp46外消旋化的方法,优选包括以下步骤:
第一步:红细胞中Prx2蛋白的提取纯化
第二步:Prx2的还原烷基化
第三步:Chymotrypsin酶解反应;
第四步:五肽标准品线性溶液配制
第五步:LC-MS/MS检测酶解后肽段及五肽标准品线性溶液
第六步:计算Prx2中D/L-Asp46外消旋化比例。
作为进一步优选,Prx2中Asp46外消旋化的检测方法是:
第一步:红细胞中Prx2蛋白的提取纯化
(1)红细胞清洗
取红细胞置于EP管中,离心弃去上层血浆。下层加入2倍体积的生理盐水,轻摇混匀,2000 rpm离心6min(4℃),弃去上清,重复5次。加入生理盐水,制备成红细胞悬液。
(2)红细胞裂解
取红细胞悬液,加入10倍体积的红细胞裂解液,1000g离心5min,摇晃均匀,重复2次,11000rpm离心5min,收集上清。取上清置于Amicon Ultra-15 30K超滤离心管,5000 g离心5min(4℃);往浓缩裂解液中加入10倍体积起始缓冲液,置于Amicon Ultra-15 30K 超滤离心管,5000g离心5min(4℃)。
(3)Prx2蛋白提取纯化
将浓缩裂解液缓慢加到阴离子交换层析柱中,再以缓慢加入起始缓冲液,用考马斯亮蓝 G-250试剂检测流出液中,待溶液颜色不变蓝时,可缓慢加入洗脱液,收集考马斯亮蓝G-250 试剂检测为蓝色期间的洗脱液;使用Amicon Ultra-15 30K超滤离心管超滤离心,并测定蛋白浓度。
第二步:Prx2还原烷基化
取Prx2溶液加入酶解缓冲液至终浓度为1mg/mL;取10μL的7.71mg/mL DTT溶液进行还原反应,60℃水浴反应20min;取10μL的27.74mg/mL IAM溶液,置于暗处进行烷基化反应15min。
第三步:重组糜蛋白酶酶解反应
在还原烷基化后溶液中,按照酶:蛋白=1:50的比例加入1μg/μL的重组糜蛋白酶溶液,置于30℃水浴反应24h加入50%的甲酸至终止酶解反应,12000rpm离心10min,取上清(4℃)。
第四步:取0.2mg/mL五肽标准品溶液,以水为溶剂逐级稀释至100、70、50、20、10、5ng/mL。
第五步:使用LC-MS/MS测定酶解后肽段及五肽标准品线性溶液。
(1)色谱条件
流动相A:去离子水(含0.1%甲酸)
流动相B:乙腈(含0.1%甲酸)
流速:0.4mL/min
柱温:40℃
上样量:10μL
梯度洗脱程序如表1:
表1梯度洗脱程序表
(2)质谱条件
电喷雾正离子MRM扫描;定量通道:YPLDF[M+H]+m/z 654.3→m/z 491.2;定性通道: YPLDF[M+H]+m/z 654.3→m/z 507.2;
第六步:计算Prx2中D/L-Asp46外消旋化比例
分别以YPLLDF和YPLDDF的浓度C(ng/mL)为横坐标,峰面积为纵坐标,用加权最小二乘法(W=1/A2)进行回归计算,求得直线回归方程,即为标准曲线。将酶解后溶液中测得的YPLLDF 和YPLDDF峰面积分别代入标准曲线,计算出YPLLDF和YPLDDF的浓度,根据YPLDDF与YPLLDF 浓度的比值可得出Asp46外消旋化程度(即Prx2中D/L-Asp46外消旋化比例)。
根据Prx2中Asp46外消旋化程度可判定患者是否处于COPD早期阶段,可作为一种疾病生物标志物,相较于其他检测手段更加便捷高效。
本发明的技术效果为,本发明的慢性阻塞性肺病(COPD)早期检测的方法和试剂盒可对人体红细胞中Prx2蛋白中Asp46外消旋化程度进行测定从而对处于COPD早期阶段人群进行筛选诊断。
COPD患者肺组织中含有D-Asp含量异常的四种蛋白质,其中包括Prx2蛋白。COPD这一疾病的发生常常会引起对活性氧分子(Reactive oxygen species,ROS)的控制异常,过氧化物、自由基的损伤扮演着重要的作用,而Prx2也具有很强的清除ROS作用。因此COPD疾病导致细胞内过氧化物和自由基的累积,促使Prx2中氨基酸发生外消旋化,其中Asp46最易受到自由基和过氧化物的影响转变为D-型,进一步对Prx2蛋白结构及功能活性产生影响,本发明以Prx2 蛋白中Asp46外消旋化程度作为COPD早期临床诊断的指标,在COPD患者和其他患者中进行验证,结果证明Prx2中Asp46外消旋化修饰程度也可作为COPD早期临床诊断的指标。
附图说明
图1:YPLLDF标准曲线
图2:YPLDDF标准曲线
图3:酶解后肽段的LC-MS/MS图
具体实施方式
实施例1试剂盒的使用方法
第一步:红细胞中Prx2蛋白的提取纯化
(1)红细胞清洗
取2mL红细胞置于EP管中,离心弃去上层血浆。下层加入2倍体积的生理盐水,轻摇混匀,2000rpm离心6min(4℃),弃去上清,重复5次。加入等体积生理盐水,制备成红细胞悬液。
(2)红细胞裂解
取500μL红细胞悬液,加入10倍体积的红细胞裂解液,1000g离心5min,摇晃均匀,重复2次,11000rpm离心5min,收集上清。取上清置于Amicon Ultra-15 30K超滤离心管,5000g离心5min(4℃);往浓缩裂解液中加入10倍体积起始缓冲液,置于Amicon Ultra-1530K超滤离心管,5000g离心5min(4℃)。
(3)Prx2蛋白提取纯化
将浓缩裂解液缓慢加到阴离子交换层析柱中,再以缓慢加入起始缓冲液,用考马斯亮蓝 G-250试剂检测流出液中,待溶液颜色不变蓝时,可缓慢加入洗脱液,收集考马斯亮蓝G-250 试剂检测为蓝色期间的洗脱液;使用Amicon Ultra-15 30K超滤离心管超滤离心,并用BCA 试剂测定蛋白浓度。
第二步:Prx2还原烷基化
取Prx2溶液加入酶解缓冲液至终浓度为1mg/mL;取1mL Prx2溶液加入10μL的7.71mg/mL DTT溶液进行还原反应,60℃水浴反应20min;取10μL的27.74mg/mL IAM溶液,置于暗处进行烷基化反应15min。
第三步:重组糜蛋白酶酶解反应
在还原烷基化后溶液中,按照酶:蛋白=1:50的比例加入1μg/μL的重组糜蛋白酶溶液,置于30℃水浴反应24h加入50%的甲酸至终止酶解反应,12000rpm离心10min,取上清(4℃)。
第四步:取0.2mg/mL五肽标准品溶液,以水为溶剂逐级稀释至100、70、50、20、10、5ng/mL。
第五步:使用LC-MS/MS测定酶解后肽段及五肽标准品线性溶液。
(2)色谱条件
流动相A:去离子水(含0.1%甲酸)
流动相B:乙腈(含0.1%甲酸)
流速:0.4mL/min
柱温:40℃
上样量:10μL
梯度洗脱程序如表1。
(2)质谱条件
电喷雾正离子MRM扫描;定量通道:YPLDF[M+H]+m/z 654.3→m/z 491.2;定性通道: YPLDF[M+H]+m/z 654.3→m/z 507.2;
第六步:计算Prx2中D/L-Asp46外消旋化比例
分别以YPLLDF和YPLDDF的浓度C(ng/mL)为横坐标,峰面积为纵坐标,用加权最小二乘法(W=1/A2)进行回归计算,求得直线回归方程,即为标准曲线。将酶解后溶液中测得的YPLLDF 和YPLDDF峰面积分别代入标准曲线,计算出YPLLDF和YPLDDF的浓度,根据YPLDDF与YPLLDF 浓度的比值可得出Asp46外消旋化程度。
使用的重组糜蛋白酶(测序级)购自上海雅心生物技术有限公司,产品编号SRCT10,五肽标准品的YPLLDF和YPLDDF购自南京肽业生物科技有限公司,DEAE-SelfinoseFF琼脂糖离子交换填料购自上海生工生物工程股份有限公司,红细胞裂解液均购自上海碧云天生物技术有限公司。
实施例2五肽标准品线性浓度测定
用不同的五肽标准品浓度100、70、50、20、10、5ng/mL等平行三次进行LC-MS/MS测定后,记录不同浓度标准品的峰面积,见表2,表3,表4。
表2 YPLLDF的标准曲线测定结果
表3 YPLDDF的标准曲线测定结果
表4 YPLLDF和YPLDDF的标准曲线回归方程
实施例3慢性阻塞性肺病(COPD)早期检测试剂盒使用试验
慢性阻塞性肺病(COPD)患者具有慢性咳嗽、咳痰、进行性加重的呼吸困难等症状。COPD 的判定依据为:经肺功能检查,使用支气管扩张剂后,以FEV1/FVC为指标判断是否存在不可逆的气流受阻,如<70%则判定为COPD。
使用本发明COPD早期检测试剂盒对COPD患者及其他患者进行Asp46外消旋化检测,以Asp46 AAR比例10‰作为阈值判定,高于10‰为阳性,判定为COPD;低于10‰为阴性,判定为非COPD。检测结果见表5,表6。
表5 COPD患者检测结果
表6其他患者检测结果
Claims (6)
1.检测红细胞中Prx2蛋白的Asp46外消旋化程度的试剂用于制备COPD早期诊断试剂盒中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用,其特征在于所述的试剂盒包含检测红细胞中Prx2蛋白的Asp46外消旋化程度的试剂,具体包含:红细胞细胞裂解试剂、阴离子交换层析柱填料、还原试剂、烷基化试剂、重组糜蛋白酶试剂、起始缓冲液、洗脱液、酶解缓冲液和YPLLDF和YPLDDF五肽标准品溶液。
3.根据权利要求2所述的应用,其特征在于所述的阴离子交换层析柱填料为DEAE-Selfinose FF琼脂糖离子交换填料。
4.根据权利要求2所述的应用,特征在于所述的还原试剂为7-8mg/mL二硫苏糖醇溶液;所述的烷基化试剂为27-28 mg/mL碘代乙酰胺溶液;所述的重组糜蛋白酶试剂为0.1-5μg/μL测序级重组糜蛋白酶溶液;所述的起始缓冲液为含1-1.5mM EDTA 的18-25 mM pH7.0 的Tris-HCl溶液;所述的洗脱液为添加250-300 mM NaCl的起始缓冲液。
5.根据权利要求2所述的应用,特征在于所述的酶解缓冲液为40-50 mM pH7.2的碳酸氢铵缓冲盐溶液;所述的YPLLDF和YPLDDF五肽标准品为0.2-0.5 mg/mL的YPLLDF和YPLDDF溶液。
6.检测红细胞中Prx2蛋白的Asp46外消旋化程度的试剂在制备慢性阻塞性肺病早期诊断试剂中的应用。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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