CN116355076A - 一种重组多肽及其制备方法和应用 - Google Patents

一种重组多肽及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

一种重组多肽及其制备方法和应用,属于基因工程技术领域,具体公开了一种人源性III型重组胶原多肽及其制备方法和用途。本发明涉及的重组多肽序列如SEQ ID No.2或SEQ IDNo.5所示,其可在大肠杆菌中表达,并具有较好的细胞粘附活性。

Description

一种重组多肽及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于基因工程技术领域,涉及一种重组多肽及其制备方法和用途。
背景技术
胶原蛋白是生物高分子,动物结缔组织中的主要成分,也是哺乳动物体内含量最多、分布最广的功能性蛋白,占蛋白质总量的25%~30%,某些生物体甚至高达80%以上,因具有良好的生物相容性、可生物降解性以及生物活性,因此在食品、医药、组织工程、化妆品等领域获得广泛的应用。同时,胶原作为细胞外基质的主要组分,不仅起到物理的支架结构,同时还可通过细胞外基质受体分子与细胞间实现信号传递,参与调控细胞的行为。
从结构上讲,胶原由三个自身按左螺旋排列的多肽链构成,肽链中含有大量甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸,三条相互独立的胶原蛋白肽链依靠甘氨酸之间形成的氢键维系三股螺旋相互缠绕的结构。众多胶原蛋白大分子又可彼此并排形成纤维互相交联的结构,使最终产物具备较高机械强度。胶原的三重螺旋结构[(Gly-X-Y)n重复序列]是其特有的活性构象,众多胶原蛋白大分子彼此并排形成纤维互相交联的结构,该结构使胶原蛋白具备高拉伸强度,能够更稳定的在生物体内发挥支撑作用。此外,前胶原蛋白在成熟为原胶原蛋白之前经历了几次翻译后修饰,原胶原蛋白可以交联成胶原纤维。这些翻译后修饰对于确保三个单链前胶原分子相互结合形成异三聚体或同源三聚体原胶原至关重要。只有热稳定的原胶原蛋白才能相互结合,形成胶原纤维,最后形成胶原纤维。特别是,脯氨酸到羟脯氨酸的羟基化对于确保三螺旋前胶原的热稳定性是至关重要的。
尽管胶原蛋白用途广泛,但目前医学界使用的胶原蛋白大多是动物来源的,以胶原蛋白的氨基酸组成而言:哺乳动物猪、牛与人的相似度为95%,鱼与人的相似度65%。虽然哺乳动物猪、牛等与人的胶原蛋白相似度较高,其仍然难以避免病毒感染以及致敏性的危险。而食用鱼类所萃取的胶原蛋白人体的利用率低于65%,无法完全被人体吸收与利用。所以其常用于食品运用,少部分运用于化妆品,但无法被用于医疗器材或较精密的组织工程产品。所以,目前的胶原蛋白只能在化妆品和保健品中使用,根本无法发挥胶原蛋白的原本生物学功能。因此,鉴于对胶原蛋白的高需求,有必要开发新的方法来以一致和高效的方式大量生物生产重组胶原蛋白。基因工程制备方法能尽可能的降低免疫原性,更好的控制致病病毒传播的风险,避免掉提取残留的酸、碱等溶剂带来的细胞毒性,还具备可加工性(如水溶性和乳化特性)、质量稳定可控等优点。
发明内容
本发明的目的是提供一种重组人源胶原多肽及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种重组人源胶原多肽,基本重复单元为:GFPGMKGHRGFDGRNGEKGETGAPGLKGENGLPGENGAPGPMGPR(SEQ ID No.1),为人III型胶原蛋白核心肽段。
进一步地,上述的重组人源胶原多肽为C303-1,包括氨基酸360个,基本重复单元为:GFPGMKGHRGFDGRNGEKGETGAPGLKGENGLPGENGAPGPMGPR,为人III型胶原蛋白核心肽段,以pET-22b作为质粒载体,氨基酸序列如下:
Figure BDA0003995796020000021
所述人源胶原多肽C303-1的DNA序列如下:
Figure BDA0003995796020000022
进一步地,重组人源胶原多肽C303-2,包括氨基酸369个,为C303-1多肽C端再连接氨基酸序列为GAPGPCCGG的多肽(SEQ ID No.4),该序列为人III型胶原蛋白核心肽段及肽尾段,以pET-28a作为质粒载体,序列如下:
Figure BDA0003995796020000031
所述人源胶原多肽C303-2的DNA序列如下:
Figure BDA0003995796020000032
本发明还提供了编码上述重组III型人源化胶原蛋白多肽的多核苷酸。其核苷酸序列如SEQ ID No.3或SEQ ID No.6所示。
本发明还提供了包含上述多核苷酸的表达载体。
本发明还提供了包含上述述表达载体的宿主细胞,所述宿主细胞是大肠杆菌。
所述的重组人源胶原多肽的制备方法,包括如下步骤:
(1)大肠杆菌基因工程菌的构建;
(2)大肠杆菌基因工程菌的发酵培养;
(3)重组人源胶原多肽的诱导和表达;
(4)重组人源胶原多肽的纯化。
其中,
所述步骤(1)中,所述大肠杆菌基因工程菌的构建,步骤如下:(1)优化选择人的III型胶原蛋白基因螺旋区的DNA片段,针对大肠杆菌偏好进行密码子优化后将基因进行合成,得到完整的目的基因;(2)将目的基因连接至合适质粒中,并转入大肠杆菌表达菌株中,筛选得到大肠杆菌基因工程菌。
所述步骤(2)中,所述大肠杆菌基因工程菌的发酵培养,步骤如下:(1)挑取优选后的大肠杆菌基因工程菌单菌落,于4ml的LB培养基中37℃培养过夜;(2)将菌液按照1:100接种放大培养,37℃培养3-4小时,加入0.1mM IPTG进行诱导,16℃继续培养20小时,离心收集菌体。
所述步骤(3)中,所述重组人源胶原多肽的纯化,步骤如下:(1)用裂解液重悬细菌,超声破碎,离心收集上清液;(2)利用镍离子亲和柱从上清液中纯化得到重组多肽;(3)将重组多肽冻干或者制成溶液。
本发明提供一种组合物,其包含所述的III型人源化胶原蛋白多肽。所述组合物是药物组合物、医疗器械、组织工程产品、化妆品或保健品。
本发明提供所述组合物在制备具有促进细胞黏附作用的产品中的用途。
本发明提供了上述重组III型人源化胶原蛋白多肽在制备具有促进细胞黏附作用的产品中的用途。
与现有技术相比,本发明具有以下特点:
(1)本发明能尽可能的降低动物来源的胶原蛋白的免疫原性,更好的控制致病病毒传播的风险,避免掉提取残留的酸、碱等溶剂带来的细胞毒性,还具备可加工性(如水溶性和乳化特性)、质量稳定可控等优点;
(2)本发明选择的III型胶原蛋白序列为通过分析筛选优化所得的序列;
(3)采用大肠杆菌表达系统,适于大规模放大,生产成本较低且生产效率高效,而且基因中的序列针对大肠杆菌表达系统进行了密码子优化,进一步提高了产量;
(4)生产的重组胶原多肽具有非常好的亲水性和稳定性,其氨基酸组成与天然胶原蛋白氨基酸序列相应部分100%相同,应用于人体不会产生免疫排斥和过敏反应,可以广泛应用于生物医药和化妆品行业;
(5)本发明产品经过活性检测,具有较好的粘附活性,可以在人体中行使天然蛋白的功能。
附图说明
图1为本发明重组多肽C303-1、C303-2纯化后蛋白电泳图;
图2为本发明重组多肽C303-1、C303-2细胞黏附活性检测结果。
具体实施方式
下面通过具体实施例,对本发明的技术方案作进一步具体的说明,但是本发明并不限于这些实施例。
本发明通过合成人源性III型重组胶原蛋白基因,经过一系列的酶切、连接、转化,使其在大肠杆菌Rosetta(DE3)菌株中得以表达。
LB培养基:0.5%酵母提取物、1%蛋白胨与1%氯化钠(如配置固体培养基,在灭菌前加入1.5%琼脂),115℃高压灭菌30min。
作为最优的实施过程,以下仅列举选用氨基酸序列如SEQ ID No.2所示的胶原多肽C303-1进行具体实施。
实施例1:C303-1基因表达载体的构建及表达
(1)人源胶原多肽C303-1全长基因序列经过密码子优化后如下所示:
Figure BDA0003995796020000051
C303-1基因全长1080bp,利用PCR的方法克隆扩增此DNA片段,琼脂糖凝胶电泳回收目的基因。利用引物上加入的NcoⅠ和XhoⅠ的酶切位点,加入相应的限制性内切酶将基因片段切成粘性末端,并与相应酶切处理过的pET22b的表达载体共孵育,加入T4 DNA连接酶,16℃连接4小时,转化大肠杆菌Rosetta(DE3);用氨苄青霉素钠和氯霉素双抗性-LB平板筛选挑出阳性克隆,利用菌落PCR的方法鉴定阳性克隆正确,最后测序确定重组质粒含有正确的基因序列阅读框架,构建成功pET22b-C303-1重组表达载体。
(2)挑取正确的大肠杆菌阳性克隆,在4ml LB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,按照终浓度为0.1mM加入IPTG诱导表达,16℃培养20小时,离心收集菌体,保存于-20℃或者立即进入下步纯化。
(3)用生理盐水洗涤混合后的菌体沉淀,用20-30ml体积重悬约400ml菌液沉淀,用溶菌酶配合Triton X-100帮助裂解细菌(可选),在冰水混合物环境下超声破菌(5s超声,5s间歇,全长10min,保护温度44℃),12000rpm/min离心20min,收集上清液。此时溶液中即含有大量的C303-1重组胶原多肽。
(4)用lysis buffer清洗镍离子亲和柱(Ni-NTAHis-Bind Resin)柱材,然后将柱材和C303-1的溶液混合共育,室温或冰上轻摇30min,然后上柱,用含有10mM咪唑的PBS缓冲液洗涤杂蛋白,再用含有300mM咪唑的PBS缓冲液洗涤目的蛋白C303-1,所得产物透析过夜,冻干为干粉待用。
(5)所得胶原多肽利用SDS-PAGE检测纯度。具体过程为:取纯化后的蛋白液8μl,加入2μl 5X的蛋白上样缓冲液(250mM的Tris-HCl(pH:6.8),10%SDS,0 5%溴酚蓝,50%甘油,巯基乙醇),置于100℃沸水中煮10min,然后每孔10μl加入SDS-PAGE蛋白胶中,电压80V跑2h后,用考马斯亮蓝染色液(0.1%考马斯亮蓝R-250,25%异丙醇,10%冰醋酸)进行蛋白染色20min,再利用蛋白脱色液(10%醋酸,5%乙醇)进行脱色。最后与人天然胶原蛋白相对照测量蛋白活性。
结果:
图1的电泳图表明得到表观分子量35.4kDa的C303-1,分子量分别对应于SEQ IDNo.2的氨基酸序列的多肽。
实施例2:C303-1及C303-2蛋白检测活性
胶原多肽的活性检测方法参考文献Juming Yao,Satoshi Yanagisawa,TetsuoAsakura,Design,Expression and Characterization of Collagen-Like ProteinsBased on the Cell Adhesive and Crosslinking Sequences Derived from NativeCollagens,J Biochem.136,643-649(2004)的方法。具体实施方法如下:
(1)利用紫外吸收法检测待测蛋白样品的浓度,包括对照人胶原多肽,重组C303-1和C303-2蛋白样品。具体为,分别测定样品在215nm和225nm下的紫外光吸收,利用经验公式C(μg/mL)=144X(A215-A225)计算蛋白质浓度,注意需在A215<1.5的情况下检测。该方法的原理是测定肽键在远紫外光下的特征吸收,不受生色团含量的影响,干扰物质少,操作简便,适合检测考马斯亮蓝不显色的人胶原蛋白及其类似物。(参考文献为Walker JM.TheProtein Protocols Handbook,second edition.Humana Press.43-45.)检测完蛋白浓度后,用PBS将所有待测蛋白浓度调整到0.5mg/ml。
(2)向96孔板中加入100μl各种蛋白溶液和空白PBS溶液对照,4℃静置过夜。
(3)每孔用PBS清洗2次。
(3)每孔中加入4*104个培养状态良好的3T3细胞,37℃孵育25min。
(4)每孔用PBS清洗2次。
(5)用CCK8试剂盒检测OD450nm的吸光度。根据空白对照的数值,可以计算出细胞的贴壁程度。细胞的贴壁率即可以反应胶原多肽的活性。蛋白的活性越高,越能在短时间给细胞提供优质的外环境,帮助细胞贴壁。
结果参见图2。
图2的结果表明,人重组胶原多肽C303-1和C303-2与商品化的人胶原多肽相比,皆具有很好的黏附活性。

Claims (10)

1.一种重组多肽,其特征在于,所述重组多肽的氨基酸序列如SEQ ID No.2或SEQ IDNo.5所示。
2.编码权利要求1所述重组多肽的多核苷酸,其特征在于,所述核苷酸序列如SEQ IDNo.3或SEQ ID No.6所示。
3.表达载体,其特征在于,包含权利要求2所述的多核苷酸。
4.宿主细胞,其特征在于,包含权利要求3所述的表达载体。
5.根据权利要求4所述的宿主细胞,其特征在于,所述宿主细胞是大肠杆菌。
6.一种权利要求1所述的重组多肽的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)在培养基中培养根据权利要求4或5所述的宿主细胞并制备重组多肽;
(2)收获并纯化多肽;
(3)将多肽冻干或者制成溶液。
7.一种组合物,其特征在于,包含权利要求1所述的重组多肽。
8.根据权利要求7所述的组合物,其特征在于,所述组合物是药物组合物、医疗器械、组织工程产品、化妆品或保健品。
9.权利要求1所述的重组多肽在制备具有促进细胞粘附作用的产品中的用途。
10.权利要求7或8所述的组合物在制备具有促进细胞黏附作用的产品中的用途。
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