技术领域
本发明属于分子生物学中糖工程领域,涉及胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因的第 1405和1406位核苷酸的特异性突变,多肽及蛋白快速简易葡萄糖基化的酶合成方法。
背景技术
胸膜肺炎放线杆菌在1957年首次报道,早称为副溶血嗜血杆菌,1964年被正式宣 布为猪胸膜肺炎的病原体,1983年重新分类后,DNA的研究显示它与林氏放线杆菌更密切相 关。属于巴氏杆菌科,放线菌属,是一种革兰氏阴性多形态小球杆菌,兼性厌氧,有荚膜,鞭 毛和菌毛,不能形成芽孢,是一种呼吸道寄生菌,主要存在于患病动物的肺部和扁桃体,病 猪和带菌猪是本病的主要传染源。
糖蛋白在生命活动中扮演着重要的角色,如细胞信号识别、神经调控、细胞间的信 息传达及免疫调节等,因此引起了人们的广泛关注。糖肽是位于糖蛋白核心结构区域的由 糖基与氨基酸或多肽链以共价键相连而形成的缀合物。含有糖肽的物质与糖蛋白相比,具 有多种相似的重要生物功能,同时又没有糖蛋白巨大的分子量和复杂的结构,因此成为研 究糖蛋白的重要模型。而且糖肽类药物研究非常广泛,糖肽类药物主要用于治疗癌症、代谢 紊乱相关的重大疾病,这些疾病相关的药物拥有全球非常重要的市场。蛋白糖基化修饰一 共有5种类型,按重要性排序分别是N-O-P-C-和G-糖基化,这些糖基化修饰均通过 连接寡糖基团到蛋白表面,但其修饰位点不同,其中以N-糖基化最为普遍,其通过将聚糖连 接到天冬氨酸或精氨酸侧链的氮原子上对蛋白进行修饰,是目前研究的最为透彻的糖基化 过程。
一直以来,大部分药物糖蛋白依赖于直接从生物体中提取,但因为数量有限成本 高昂存在病毒感染等问题,无法广泛运用于临床。因此,目前的研究主要集中在开发糖蛋白 表达载体,经过适当的糖基化改造,用于药用蛋白质的生产。ApNGT就属于N-糖基化修饰的 一种重要的转移酶。
发明内容
本发明公开了一种胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因,其特征在于,所述ApNGT突变 基因的突变位点在于所述ApNGT基因从5′端起第1405个核苷酸,突变结果为C到G,第1406 个核苷酸,突变结果为A到C,所述的ApNGT基因序列见SEQNO:1。其编码的氨基酸突变位点 第620个氨基酸,突变结果是由Glutamine到Alanine,序列见SEQNO:2。
本发明所述胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因,其中的引物SEQNO:3 CATTTCCATTTTGCATTGGGGGCATCAAACGGTATTAC为特异扩增胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因 的上游引物;SEQNO:4GCCCCCAATGCAAAATGGAAATGCACTTTCACTTTG为胸膜肺炎放线杆菌的 ApNGT基因的下游引物。
本发明所述胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因,其中1)包含N-X-S/T序列的多肽进行 糖基化修饰,反应为体系30ul,包含pH=8.0Tris-HCl(50mM),MgCl2(5mM),UDP-Glc(10mM), NaCl(10mM),ApNGT(0.3mg/ml),Peptide(1mM),用ddH2O补齐,37℃水浴条件下反应45分 钟,采用MALDI-TOF定性和HPLC定量;
2)在包含N-X-S/T序列的蛋白hmw1ct(NCBI:Accession:WP_014550671.1GI: 504363569,AtaC1866–2428)进行糖基化修饰,反应体系为200ul,包含pH=8.0Tris-HCl (50mM),MgCl2(5mM),UDP-Glc(5mM),NaCl(100mM),ApNGT(0.3mg/ml),Protein(1mg/ml), 37℃反应一个小时,使用MALDI-TOF定性。
本发明进一步公开了胸膜肺炎放线杆菌ApNGT基因在制备提高糖基化多肽的效率 方面的应用。实验结果表明:本发明提供的胸膜肺炎放线杆菌ApNGT基因(改造型酶),可以 大量提高糖基化多肽的效率,可以实现体外多肽糖基化,通过绿色环保,简易的操作可以大 量获得糖基化多肽,突破了现有化学方法合成糖肽步骤繁多,成本高昂,选择性差的屏障。 同时突变的ApNGT在大肠杆菌中表达后,在多肽水平上糖基化效率与野生型的ApNGT相比提 高了160多倍,这为多肽类和蛋白类生物制品糖基化修饰提供了极大便利。突变后ApNGT稳 定性良好,可作为一种工具酶易于商品化生产,具有广泛的应用前景。
本发明所述SEQNO:1的原始基因序列 atggaaaacgaaaataaaccgaatgtagctaattttgaagcggcggttgcggctaaagattatgaaaaagcttgctc cgaattacttttaattttgagtcagttagatagtaactttggtggtattcatgagattgagtttgaatatccggcgc agcttcaggatttagagcaagaaaaaatcgtttatttttgtacgcgtatggcaacggcgattactacgttgttttcc gatcctgtcttagaaatctccgatttaggcgttcagagatttttggtttatcaacgttggttagcgttaatctttgc cagttcaccgtttgtgaatgcggatcatatattacaaacatataacagagagccgaatcgtaagaatagtttagaga ttcatttagattcttcaaaatcgtcattaattaaattctgtatcctgtatttaccggaatctaacgtaaatttgaat ctggatgtaatgtggaatatttcacctgaattatgcgcttctttatgttttgctttgcaatcgcctcgttttgtcgg tacatcaactgcgtttaataaacgagcgaccattttgcaatggtttccacgacatttggatcaacttaaaaacctga ataatattcctagtgccatttcgcatgacgtatatatgcattgtagttatgatacgtcagtaaataaacatgatgtg aaaagggcgttaaatcatgttattcgtcgccatatcgaaagtgaatacggttggaaagatcgtgatgtcgctcatat cggttatcgtaataataaaccggttatggtcgtattactggaacatttccattcggcccattctatttaccgtacgc attccacatctatgattgcggcacgtgaacatttctatttaatcggtttaggtagtccgtcggttgatcaagcgggt caagaggtttttgatgagttccacttggttgccggcgataatatgaagcagaagttagaatttatccgctcagtttg tgagagcaacggtgccgcaatattttatatgccgagtatcggtatggatatgacgacgattttcgcaagtaatacgc gccttgctccgatacaagcgatagcattggggcatccggcaacaacacattcggacttcattgaatatgtgattgtg gaagacgattatgtcggctcggaagagtgctttagcgaaacgttattacgtttaccaaaagatgcgctgccttacgt cccgtcagcattagcgcctgaaaaagtggactatttattacgtgaaaatccggaagtggtaaatatcggtatagctt caaccacgatgaagctaaatccgtatttcttagaagcgttaaaagcgattcgtgatcgtgccaaagtgaaagtgcat ttccattttgcattggggcaatcaaacggtattactcacccgtatgtagaacgctttattaaatcttatttaggtga ttcggccactgcgcaccctcattctccttatcatcaatatctccgtattttgcataattgcgatatgatggtaaacc cgttcccattcgggaatacgaacggaattatcgatatggtcactttaggcttagttggtgtgtgtaagacaggagcc gaagttcatgagcatattgatgaagnggctgtttaaacgtttaggcttacccgagtggctgatagcaaatacggtag atgaatatgttgaacgggcggttcgcttagcggaaaatcatcaggagcgtttagagttacgtcgatatattattgaa aataacggattgaacacattgtttaccggggatcctagaccgatgggacaagtatttttagaaaaattaaatgcgtt cctaaaagaaaattaa
SEQNO:2的原始氨基酸序列MENENKPNVANFEAAVAAKDYEKACSELLLILSQLDSNFGGIHEIEFEY PAQLQDLEQEKIVYFCTRMATAITTLFSDPVLEISDLGVQRFLVYQRWLALIFASSPFVNADHILQTYNREPNRKNS LEIHLDSSKSSLIKFCILYLPESNVNLNLDVMWNISPELCASLCFALQSPRFVGTSTAFNKRATILQWFPRHLDQLK NLNNIPSAISHDVYMHCSYDTSVNKHDVKRALNHVIRRHIESEYGWKDRDVAHIGYRNNKPVMVVLLEHFHSAHSIY RTHSTSMIAAREHFYLIGLGSPSVDQAGQEVFDEFHLVAGDNMKQKLEFIRSVCESNGAAIFYMPSIGMDMTTIFAS NTRLAPIQAIALGHPATTHSDFIEYVIVEDDYVGSEECFSETLLRLPKDALPYVPSALAPEKVDYLLRENPEVVNIG IASTTMKLNPYFLEALKAIRDRAKVKVHFHFALGQSNGITHPYVERFIKSYLGDSATAHPHSPYHQYLRILHNCDMM VNPFPFGNTNGIIDMVTLGLVGVCKTGAEVHEHIDEGLFKRLGLPEWLIANTVDEYVERAVRLAENHQERLELRRYI IENNGLNTLFTGDPRPMGQVFLEKLNAFLKEN
本发明公开的胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因的优点在于:
1.多肽葡萄糖基化效率提升了100多倍。
我们已经通过MALDI-TOF检测氨基酸序列为GGFNLTYTIER的多肽底物可以被野生 型和改造型NGT糖基化,因而实验设计了带荧光标签的该多肽,具体为FITC-GGFNLTYTIER, 通过对两个酶的动力学参数的测定,从数据中我们可以得到改造型酶Q469A多肽葡萄糖基 化效率提升160倍左右。
大量获得葡萄糖基化的多肽和糖蛋白的简易程序。
现阶段的糖肽合成主要靠化学合成方法,主要有直线型合成法,汇聚式合成法,直 线-汇聚混合法,自然连接合成法等等,这些方法合成成本高,需要非常多的功能团保护和 去保护,保护和去保护的方法需要有很高的选择性和专一性。而且糖苷键的形成还应具有 较好的立体选择性,并且在后续合成中要保持其构型不变,难度非常大,产率低。本发明提 供可以简易大量获得葡萄糖基化的多肽,只要多肽中的氨基酸序列含有N-X-S/T(其中X可 为任意氨基酸,除脯氨酸外),而且可使用其他种类的酶进一步在葡萄糖基化的多肽的葡萄 糖上加以修饰,获得糖链糖基化的多肽,乃至糖蛋白。
改造型酶糖基化蛋白识别位点比野生型更广泛。
本发明采用受体蛋白hmw1ct,在体系下反应一个小时后,进行MALDI-TOF质谱检 测,发现改造型酶可以糖基化该蛋白8个位点,野生型酶糖基化该蛋白7个位点,相比之下, 改造型酶具有更广泛的识别N-X-S/T(其中X可为任意氨基酸,除脯氨酸外)序列。
说明书附图:
图1为含未突变ApNGT基因的pET-15b质粒提取的琼脂糖凝胶电泳结果;
图2为PCR产物琼脂糖凝胶电泳结果;
图3为突变ApNGT基因测序后和未突变ApNGT基因比对;
图4为突变ApNGT基因的pET-15b质粒提取的琼脂糖凝胶电泳结果;
图5为突变的ApNGT蛋白SDS-PAGE考马斯亮蓝染色结果;
图6为未突变的ApNGT蛋白SDS-PAGE考马斯亮蓝染色结果;
图7(a)为HPLC测定改造型酶糖基化多肽产率;
图7(b)为HPLC测定野生型酶糖基化多肽产率;
图8(a)为改造型酶糖基化多肽MALDI-TOF检测结果;图8(b)为野生型酶糖基化多肽 MALDI-TOF检测结果;
图9(a)未糖基化蛋白MALDI-TOF质谱检测结果;
图9(b)改造型酶糖基化蛋白MALDI-TOF质谱检测结果;
图9(c)野生型酶糖基化蛋白MALDI-TOF质谱检测结果。
具体实施方式
一.下面通过具体的实施方案叙述本发明。除非特别说明,本发明中所用的技术手 段均为本领域技术人员所公知的方法。另外,实施方案应理解为说明性的,而非限制本发明 的范围,本发明的实质和范围仅由权利要求书所限定。对于本领域技术人员而言,在不背离 本发明实质和范围的前提下,对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种改变或改动 也属于本发明的保护范围。下面结合附图对本发明提供的一种胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT 基因及具体应用的详细说明
二.本发明所用到的菌种及质粒来源如下:
(一)、将带有未突变的胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因的pET-15b质粒从大肠杆菌中提 取后,利用8‰琼脂糖凝胶电泳检测提取的质粒,用紫外观测结果(详细结果见附图1)
(二)、通过FastMutagenesisSystem完成突变
1.聚合酶链式反应(PCR)
将引物依照标注的浓度用ddH2O稀释,利用FastMutagenesisSystem已知,参考 TransGenBiotech公司的说明书.并且适度优化)进行突变。反应体系25μL,具体如下:
表1FastMutagenesisSystem反应体系的组成
打开PCR仪,设置各个阶段的温度和时间如下:
表2PCR各个阶段的温度与时间
2.PCR产物的验证
利用8‰琼脂糖凝胶电泳检测提取的质粒,在紫外灯下观测电泳结果(详见附图2)。根 据突变的产物条带亮度,选取产率较高的样品,进行后续反应。
3.消化
向选中的突变产物中加入0.8μLDMT酶,用移液枪吹打混匀。将混合物于37℃恒温消 化1h。
(三)突变后的胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因导入DMT感受态细胞中,然后过夜培 养该菌种,第二天取突变的菌液,递交给金唯智生物科技有限公司进行测序。测序使用的引 物为T7和T7-Term。测序结果与NCBI数据库提供的胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因比对,得 到的突变位点,结果详见附图3所示。
(四)突变后的胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因的表达与纯化
1.使用质粒提取试剂盒将含有突变后的胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因的质粒的提取 后,利用8‰琼脂糖凝胶电泳检测所提取的质粒,在紫外灯下观测电泳结果,详见附图4。切 胶回收质粒,将其导入BL21(DE3)感受态细胞中,依次进行涂布,37℃恒温培养12小时。
2.挑取单菌落活化于含50μg/mL的氨苄青霉素的4mLLB液体培养基中,37℃,200 r/min培养6h后,重新接种扩大培养(37℃,200r/min培养约4h),待菌液OD600值达到0.6, 加入0.1mmol/LIPTG,诱导蛋白的表达(16℃,160r/min)。诱导20h后,8000r/min离心 10min收集菌体,PBS预洗1次后,按照每克湿菌体加入10mLPBS(pH8.0)柱平衡缓冲液 (PBS)的量充分悬浮菌体,在冰浴条件下超声破碎菌体(160W,工作2s,间歇4s,10-20 min),然后4℃、12000r/min离心30min。收集上清,将上清液用0.22μm水膜过滤后,与预 装好的且经PBS预洗过的Ni-NTA填料在4℃混合孵育10min,让液体经重力流经填料,弃流 穿液,再依次用10mmol/L,30mmol/L,50mmol/L咪唑溶液梯度洗脱镍柱,去掉杂蛋白。最 后用250mmol/L的咪唑溶液洗脱镍柱,并收集洗脱的溶液即目的蛋白溶液。
3.使用12%SDS-PAGE检测蛋白质,详见附图5,收集较浓的蛋白溶液混合后,使用 30K的超滤膜超滤后进行BCA定量。
4.未突变的胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因的表达与纯化操作如上,详见附图6。
(五)ApNGT的具体应用
(1)多肽反应为体系30ul,包含pH=8.0Tris-HCl(50mM),MgCl2(5mM),
UDP-Glc(10mM),NaCl(10mM),ApNGT(0.3mg/ml),Peptide(1mM),用ddH2O补齐,37℃水 浴条件下反应45分钟,用甘氨酸终止液终止反应。
(a)HPLC定量采用C18反向色谱柱流速0.8mL/min,
时间色普乙腈(1‰三氟乙酸)超纯水(1‰三氟乙酸)
0min8%92%
10min8%92%
25min28%72%
35min42%58%
35.01min80%20%
举例多肽GGFNLTYTIER,详见附图7。
(b)MALDI-TOF定性基质20mg/mlDHB。举例详见附图8;我们可以得到,改造型酶 可以大量提高糖基化多肽的效率,本发明可以实现体外多肽糖基化,通过绿色环保,简易的 操作可以大量获得糖基化多肽,突破了现有化学方法合成糖肽步骤繁多,成本高昂,选择性 差的屏障。
(2)蛋白反应为体系200ul,包含pH=8.0Tris-HCl(50mM),MgCl2(5mM),UDP-Glc (5mM),NaCl(100mM),ApNGT(0.3mg/ml),Protein(1mg/ml),37℃反应一个小时,使用 MALDI-TOF定性。基质为10mg/ml的SA,举例详见附图9。
由检测结果可以得到野生型酶可以糖基化该蛋白7个位点,改造型可以糖基化该 蛋白8个位点,改造型糖基化位点比野生型提高一个。改造型酶糖基化该蛋白更为彻底,蛋 白原料已经完全糖基化,这使蛋白糖基化均一成为可能。同时,使用识别葡萄糖的糖基转移 酶,进一步进行糖链修饰,与市场蛋白PEG化相比较,此方法具有针对性,准确性。而且,基于 改造型酶识别位点多,糖基化效率高的优势,可以通过同位素标记葡萄糖进行蛋白或多肽 同位素标记,为药物代谢实时检测提供了全新的方法。除此之外,蛋白糖基化之后,可以增 强蛋白的稳定性,可以抑制具有选择性位点的蛋白酶的水解作用,从而达到选择性保护蛋 白质某个肽段的目的。
以上所述是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不 脱离本发明方法的前提下,还可以做出若干改进和补充,这些改进和补充也应视为本发明 的保护范围。
SEQUENCELISTING
<110>南开大学
<120>一种胸膜肺炎放线杆菌的ApNGT基因及其应用
<160>4
<170>PatentInversion3.5
<210>1
<211>1864
<212>DNA
<213>人工序列
<220>
<221>misc_feature
<222>(1643)..(1643)
<223>nisa,c,g,ort
<400>1
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<210>2
<211>620
<212>PRT
<213>胸膜肺炎放线杆菌
<400>2
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