CN114874340A - 一种新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白及制备方法,通过合成编码上述融合蛋白的核酸分子,制备表达载体,将表达载体转染宿主细胞,从细胞培养物中提取、纯化得到融合蛋白,融合蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。本发明提供的新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白能够更有效地刺激机体免疫反应,产生抗病毒活性的中和抗体和免疫应答;同时该融合蛋白本身还具有一定的抗病毒作用;由于免疫应答的增强,可以有效减少疫苗的用量,减少毒副作用,降低成本。
Description
技术领域
本发明属于分子生物学技术领域,涉及一种新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白及其制备方法。
背景技术
新型冠状病毒(SARS-CoV-2)疫情自2019年底爆发以来,迅速蔓延全球,并对人类社会经济和生命健康造成造成了巨大的损害和影响。虽然科学界投入了大量的人力物力进行防治药物和疫苗的研发,但随着病毒的变异,我们仍然缺乏有效阻断病毒感染的措施。
疫苗是保护人群、减少感染重症化的有效手段,目前已有多种SARS-CoV-2疫苗面世,包括灭活全病毒疫苗、mRNA疫苗、DNA疫苗以及重组蛋白疫苗等,这些疫苗主要利用的是SARS-CoV-2的刺突蛋白(S蛋白)全蛋白或其受体结合结构域(Receptor Binding Domain,RBD)刺激机体产生中和抗体来阻断病毒的感染过程。S蛋白是病毒表面重要的标志蛋白,是一种三个相同亚基以非共价键结合成同源三聚体;同时S蛋白存在多个N-糖基化位点,糖基通过共价键与蛋白相连组成糖蛋白,而大量糖基的存在则可通过糖基化改变蛋白质分子的空间结构而封闭或破坏抗原表位,从而抑制机体产生免疫应答,对病毒起到保护作用。S蛋白的每个亚基由1273个氨基酸残基构成,其多肽链由病毒基因组RNA编码,在细胞内直接经宿主核糖体翻译而来。S蛋白是一种跨膜蛋白,可以分为氨基端(N端)的S1亚单位和羧基端(C端)的S2亚单位,S1亚单位呈球状,负责跟细胞受体结合,S2亚单位呈柄状插入病毒包膜,负责介导随后的膜融合,受体结合和膜融合是SARS-CoV-2感染周期中的关键步骤。S蛋白主要通过位于S1亚单位的RBD来结合宿主细胞受体ACE2的肽酶域(PeptidaseDomain,PD),在RBD上存在受体结合序列会特异性识别位于ACE2胞外域的PD,但不会影响ACE2的功能。因此,许多中和性抗体都是针对SARS-CoV-2的RBD,而几乎所有的疫苗都包含病毒S蛋白的RBD区域。
疫苗的保护效果除了取决于疫苗本身外,所用的佐剂亦十分重要。疫苗佐剂是能够非特异性地改变或增强机体对抗原的特异性免疫应答、发挥辅助作用的一类物质。佐剂能够诱发机体产生长期、高效的特异性免疫反应,提高机体保护能力,同时又能减少免疫物质的用量,降低疫苗的生产成本。各种具有免疫调节作用的细胞因子是一种良好的疫苗佐剂,目前已发现具有免疫佐剂效应的细胞因子多属于淋巴因子(如IL-2)、单核因子(如IL-1、肿瘤坏死因子)和干扰素(包括α-和γ-干扰素)等。γ干扰素(IFN-γ)是一种Ⅱ型干扰素,又称免疫干扰素,由激活的T细胞和NK细胞分泌,是一种高效的抗病毒生物活性物质,又是一种具有广泛免疫调节作用的淋巴因子,可以促进CD8+T细胞、巨噬细胞和NK细胞的活性,因此非常适合作为病毒疫苗的佐剂。因此,本发明尝试采用将SARS-CoV-2S蛋白与γ干扰素融合表达的方式,构建一种兼具免疫调节和免疫保护作用的新型SARS-CoV-2疫苗。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白及其制备方法。
本发明的另一个目的在于提供一种编码新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白的核酸分子。
本发明的另一个目的在于提供一种载体。
本发明的另一个目的在于提供一种宿主细胞。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
本发明的一方面涉及一种新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白,其氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。
进一步地,本发明的融合蛋白的氨基酸序列并不限于SEQ ID NO.1所示的序列,其还可以是在SEQ ID NO.1所示的序列基础上经过一个或多个氨基酸残基的替换、插入或者删除得到的序列,并且具有与SEQ ID NO.1相同的生物活性,例如具有免疫调节活性或者活性加强或减弱的衍生序列。这些衍生序列也在本发明的保护范围。
本发明的另一方面涉及一种编码该融合蛋白的核酸分子,该核酸分子编码上述新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白,其序列如SEQ ID NO.2所示。
进一步地,本发明所涉及的该核酸分子序列并不限于SEQ ID NO.2所示的序列,其还可以是在SEQ ID NO.2所示的序列基础上经过一个或多个核苷酸的替换得到的、能够编码出本发明提供的纳米抗体的衍生序列。这些衍生序列也在本发明的保护范围。
本发明的另一方面涉及一种载体,其包含上述编码融合蛋白的核酸分子。
进一步地,在本发明的一些实施方案中,上述载体包括但不限于克隆载体和表达载体。
本发明的另一方面涉及一种宿主细胞,其含有上述的载体。
本发明的另一方面涉及一种制备上述新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白的方法,包括:合成上述编码融合蛋白的核酸分子,制备上述表达载体,将该载体转染上述宿主细胞,从细胞培养物中提取、纯化得到上述融合蛋白。
在本发明公开了新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白的氨基酸序列的前提下,本领域技术人员容易通过基因工程技术、化学合成等方法得到本发明的新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白,其相应的制备方法均属于本发明的保护范围。
本发明提供的新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白能够更有效地刺激机体免疫反应,产生抗病毒活性的中和抗体和免疫应答;同时该融合蛋白本身还具有一定的抗病毒作用;由于免疫应答的增强,可以有效减少疫苗的用量,减少毒副作用,降低成本。
附图说明
图1.新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白结构示意图;
图2.pMAL-c5x/新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白表达载体图谱;
图3.新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白纯化电泳图;
图4.不同抗原刺激诱导的免疫球蛋白水平比较;
图5.不同抗原刺激小鼠的CTL应答比较;
图6.不同抗原刺激小鼠的脾淋巴细胞增殖比较
图7.不同抗原诱导Th1型和Th2型细胞因子比较
图8.不同抗原诱导小鼠产生的中和抗体活性比较
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优先实施方案进行描述,但是应该理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是本发明权利要求的限制。
实施例1、新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白的制备
(1)融合蛋白的设计如附图1所示,新型冠状病毒刺突蛋白RBD区域与人γ干扰素的N端融合,融合蛋白N末端为MBP蛋白标签,C末端为His标签,MBP与纳米抗体之间含有TEV蛋白酶切位点。新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示,核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。
(2)按照上述SEQ ID NO.2所示的序列,合成编码上述融合蛋白的核酸分子。同时,在该核酸分子的5’端添加BamH I酶切位点(GGATCC),3’端添加Hind III酶切位点(AAGCTT)。
(3)使用pMAL-c5x原核表达质粒作为融合蛋白表达载体,其图谱如附图2所示。该表达载体和上述融合蛋白的核酸分子片段使用BamH I和Hind III酶双酶切,酶切条件为:DNA 1μg,10X缓冲液5μL,BamH I和Hind III酶各1μL,加水至50μL,37℃水浴20分钟后80℃灭活10分钟,跑胶后回收片段。
(4)载体与片段连接:载体50μg,片段40μg,T4连接酶1μL,10X缓冲液2μL,加水至20μL,室温1小时。
(5)取5μL连接产物,加入50μL融化的BL21(DE3)大肠杆菌感受态细胞,冰上放置30分钟,42℃热休克30秒,冰上修复5分钟,加入2mL SOC培养基37℃培养1h。离心收集细胞,弃大部分上清,留100μL左右上清,吹打混匀后均匀涂于氨苄西林阳性的LB琼脂培养板上,37℃培养过夜。
(6)挑选阳性克隆6-8个,于2mL氨苄西林阳性的LB培养基中37℃培养过夜,取1mL提取质粒,用BamH I和Hind III酶双酶切后琼脂糖凝胶电泳鉴定片段大小。连接正确的质粒即为上述包含编码融合蛋白核酸分子的载体,含有该载体的BL21大肠杆菌细胞即为上述宿主细胞。
(7)选取双酶切鉴定正确的宿主细胞,于2mL氨苄西林阳性的LB培养基中37℃培养过夜。按1:100将菌液稀释到氨苄西林阳性的LB培养基中,37℃培养至OD值0.6左右,加入IPTG至1mmol/L,37℃培养3-4小时
(8)离心收集菌体,用PBS清洗一次,离心收集菌体。用含有1%TritonX-100的PBS10mL吹打混匀菌体,置冰上超声破碎菌体,超声5s,间隔5s,功率20%,共计10分钟。
(9)将破碎的菌液10000g 4℃离心20分钟,取上清,使用HisPurTM Ni-NTASuperflow Agarose镍离子亲和层析柱纯化带有His标签蛋白的重组融合蛋白。洗脱的融合蛋白用PBS透析后,测定蛋白浓度,放置-20℃保存备用。
(10)取10ug纯化的融合蛋白,用5IU的TEV蛋白酶酶切,SDS-PAG凝胶电泳鉴定纯化的融合蛋白及酶切效果,结果如附图3所示。
实施例2、融合蛋白对小鼠免疫应答的刺激
(1)选用6周龄雌性Balb/C小鼠,随机分对照组、单纯RBD组、单纯γ干扰素组和融合蛋白组,每组20只。
(2)各组小鼠分别皮下注射生理盐水、RBD蛋白、γ干扰素及融合蛋白,各种蛋白0.5mg/只,连续3次,每次间隔3天;于4周时再次皮下注射各种蛋白0.5mg/只或生理盐水1次。
(3)于第15天分别采取小鼠尾静脉血进行Ig亚类检测(IgG/IgM)、CTL活性试验、脾淋巴细胞增殖反应、细胞因子(IL-2、IFN-γ、IL-4和Il-10)诱导试验等一系列免疫活性检测。
(4)如附图4所示,融合蛋白能够引起较高的免疫球蛋白水平,尤其是IgG升高更显著;如附图5所示,融合蛋白能够显著刺激小鼠的CTL应答;如附图6所示,融合蛋白能够显著刺激小鼠的脾淋巴细胞增殖;如附图7所示,融合蛋白能够显著促进Th1型细胞因子IL-2和IFN-γ的分泌,而Th2型细胞因子IL-4和Il-10的促进作用不明显。
实施例3、小鼠中和抗体检测
(1)取上述小鼠尾静脉血0.2-0.5mL左右,1000g离心,取血清备用。
(2)Vero细胞接种到6孔板,用含10%胎牛血清的MEM培养基培养至覆盖80%底面积,更换成5%胎牛血清的MEM培养基。
(3)将免疫小鼠血清稀释10倍,并按照3倍做等倍稀释,共获得10、30、90、270、810、2430倍6个稀释浓度。
(4)将含有荧光素酶报告基因的新型冠状病毒假病毒与小鼠血清混合,孵育2h。
(5)将孵育好的加病毒和血清混合液加入Vero细胞,培养48h。
(6)吸去细胞上清,用PBS洗涤1次后,检测荧光素酶活性。
(7)如附图8所示,融合蛋白刺激组小鼠血清稀释270倍后仍可显著抑制病毒感染。
上述实施例用来解释说明本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求的保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白,其特征在于,所述融合蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示。
2.一种编码权利要求1所述一种新型冠状病毒刺突蛋白与人γ干扰素融合蛋白的核酸分子,其特征在于,其核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。
3.一种权利要求1所述融合蛋白的表达载体,其特征在于,所述表达载体包含pMAL-c5x骨架载体和权利要求2编码融合蛋白的核酸分子。
4.根据权利要求1所述融合蛋白,其特征在于,所述表达融合蛋白的BL21(DE3)宿主细胞,通过脂质体转染的方式将上述融合蛋白表达载体转入BL21(DE3)细胞。
5.权利要求1所述融合蛋白的制备方法,其特征在于,通过以下步骤实现:
(1)按照SEQ ID NO.2所示的序列,合成编码融合蛋白的核酸分子,并在5’端添加BamHI酶切位点(GGATCC),3’端添加Hind III酶切位点(AAGCTT);
(3)使用BamH I和Hind III酶双酶切pMAL-c5x表达载体和融合蛋白的核酸分子片段,并通过凝胶电泳回收片段;
(4)使用T4连接酶连接双酶切的载体与核酸分子片段;
(5)取5μL连接产物,加入50μL融化的BL21(DE3)大肠杆菌感受态细胞,在冰上进行细胞转化,并将转化好的细胞37℃培养1小时后,均匀涂于氨苄西林阳性的LB琼脂培养板上,37℃培养过夜;
(6)挑选阳性克隆6-8个,进行BamH I和Hind III酶双酶切鉴定,连接正确的质粒即为上述融合蛋白表达载体,含有该载体的BL21大肠杆菌细胞即为表达融合蛋白的宿主细胞;
(7)将上述表达融合蛋白的BL21宿主细胞37℃培养至OD值0.6左右,用1mmol/L的IPTG37℃诱导3-4小时,离心收集菌体,加入细胞裂解液,置冰上超声破碎菌体,离心20取上清,使用HisPurTMNi-NTA Superflow Agarose镍离子亲和层析柱纯化带有His标签蛋白的重组融合蛋白,洗脱的融合蛋白用PBS透析后,测定蛋白浓度,放置-20℃保存备用。
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