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內含肽的功能與研究進展

作者:第一論文網 更新時間:2015年10月30日 10:03:34

黃晨燕,鄭茹萍,李美娜,章明華

(福建農林大學林學院,福建福州 350000)

摘要:蛋白質內含肽自剪接現象的發現對生物化學、生物物理學及蛋白質工程等領域產生一定的影響。本文綜述了內含肽的結構組成,并且對內含肽的自剪接功能、歸巢內切酶活性、溫度敏感性等功能特性進行介紹,對內含肽的研究應用也作了相應的闡述。為內含肽在蛋白質領域、基因領域、疾病治療領域的進一步開發應用提供理論基礎。

關鍵詞:內含肽;自剪接;歸巢內切酶;研究進展

內含肽是存在于前體蛋白中的一段序列,前體蛋白是由內含肽和外顯肽組成,當前體蛋白還沒轉化為成熟蛋白之前,內含肽會進行自剪切,從前體蛋白中分離出來。與此同時,外顯肽會通過肽鏈連接在一起,形成成熟蛋白,即有功能的蛋白質。本文主要對內含肽的結構、功能、種類和應用等方面的研究進行綜述,為內含肽的進一步研究提供參考。

1 內含肽結構

內含肽是由一些保守區或基序組成。一般具有10個保守的基序,從內含肽的N端開始依次為A、N2、B、N4、C、D、E、H、F、G,其中自我剪接的基序有A、N2、B、N4、F、C,歸巢核酸內切酶基序有C、D、E、H。基序A的上游為N-外顯肽,基序F、G下游為C-外顯肽,它們與相鄰的基序B、F參與蛋白質的剪接反應。C-外顯肽的第一個保守氨基酸殘基存在于基序G中,通常情況下,內含肽基序的氨基酸組成沒有絕對保守,除了基序B中的His、基序C中的兩個Gly和基序G中的Asn保守度較高外,一般只是要求氨基酸的結構和功能相似。

2 內含肽功能

2.1 自剪接功能

內含肽的自剪接過程是不需要酶的參與就可以自發完成的一個過程。自剪接功能具有快速、高效的優點,且不需要ATP能量消耗。自剪接功能所產生的結果就是將內含肽從前體蛋白中分離出來,并通過肽鏈將兩側的外顯肽連接起來。它一般經過四個反應過程,主要包括1)內含肽剪切點N末端的Ser和Cys殘基側鏈的N-O或N-S發生轉酯酰基反應,形成一個線性的酯類中間產物。2)進行具有親核殘基參與的轉酯作用,內含肽N端(硫)酯鍵在內含肽剪切點C端首位氨基酸Cys、Ser、Thr側鏈的-OH/-SH基團的親核替代作用下發生斷裂,將N-外顯肽序列從內含肽的N端轉至C-外顯肽起始氨基酸側鏈上,形成分支中間體。3)內含肽C末端的Asp殘基環化形成氨基琥珀酰亞胺,分支中間產物斷裂,具有氨基琥珀酰亞胺的內含肽被切除。4)外顯肽相互連接,被切掉的內含肽中的氨基琥珀酰亞胺發生自發羥基化,從而完成整個自剪接過程。

2.2 具有歸巢核酸內切酶活性

內含肽是由剪接結構域和歸巢結構域兩個功能域組成,所以其除了具有自剪接的功能之外,還具有歸巢核酸內切酶活性。歸巢核酸內切酶活性是指內含肽上的某些特定的區域,可以進行轉移內含肽,通過識別、切割不含蛋白質內含肽編碼序列的同源蛋白質的等位基因,在DNA聚合酶、連接酶等一系列酶的作用下,利用同源重組,將編碼蛋白質內含肽的基因轉移到不含蛋白質內含肽的等位基因上,但這部分區域沒有剪接作用。內含肽的歸巢內切酶可分為4個家族,分別含有1~2個LAGLI-DADG模體,1個GIY-YIG模體,1個H-N-H模體,1個His-Cys模體。

2.3 溫度敏感性

目前研究發現,Sce VMA內含肽在18℃的條件下可以發生剪接反應,但隨著溫度的升高,剪接反應越難進行,到30℃時就不再發生反應。其他的內含肽如Mxe GyrA也表現溫度敏感性,在30℃條件下可以進行正常的剪接反應,形成功能性的宿主蛋白,但當溫度達到37℃時,反應也不能進行。這說明內含肽中的一些種類的剪接特性和溫度有關,可以通過控制溫度的變化進而更好地利用內含肽的剪切特性。

3 內含肽的種類

內含肽在生物界的三大領域均有分布。目前發現內含肽存在數量最多是在古細菌中,在真細菌中存在較少,在真核生物中最少。內含肽的種類可以按照大小區分為大內含肽和小內含肽,兩者的區別在于大內含肽較為常見,內含肽氨基酸殘基數為360~608個,含有自剪接結構域和核酸內切酶結構域,而小內含肽則只含有自剪接結構域,由134~198個氨基酸殘基構成。另外有一種可以按照內含肽的存在形式,將其分為整體內含肽和分離內含肽。如果剪接區域都共同存在于同一多肽片段上,進行順式剪接即為整體內含肽;若剪切區域被分裂成兩部分,存在于不同的多肽片段上,進行反式剪接即稱為分離內含肽。

4 內含肽的應用

4.1 有利于更好地純化蛋白

傳統的蛋白純化較為常見的是在目的蛋白中加入特定的Tag,形成融合蛋白,通過親和層析獲得純化蛋白。但由于其需要加入酶來處理,使得Tag從融合蛋白中裂解下來,存在著成本較高、周期長,對蛋白的活性、產量、穩定性、可溶性會產生一定的影響。目前,已經有利用CBD作為親和Tag,由內含肽介導的蛋白質表達純化系統IMPACTM易于操作,開始被廣泛使用。應用內含肽純化蛋白,不用使用蛋白酶參與裂解反應,避免了蛋白酶對蛋白的降解,不會影響蛋白質的生物學活性。

4.2 有利于基因突變體的構建

利用內含肽的溫度敏感性可以構建基因突變體。可將具有溫度敏感性的Sce VMA內含肽插入T7-RNA聚合酶中,同時把目的基因置于T7啟動子下,通過改變溫度控制剪接作用,形成功能性的T7-RNA聚合酶,從而控制目的基因表達。利用內含肽介導的基因突變體,只需調節溫度變化就可以決定目的基因是否表達,有利于在當前的后基因組學時代對基因功能進行深入研究。

4.3 疾病的診斷和治療

4.3.1 用于基因治療,作為藥物靶點

近年來,內含肽被應用于線粒體的基因治療中,細胞質合成的重組蛋白難以通過細胞質進入到線粒體中,使得線粒體的基因治療不能進行,把內含肽基因插入到重組轉化的基因內部,利用內含肽的自剪接使編碼蛋白恢復天然的氨基酸序列,降低蛋白質的疏水性,重組蛋白便可以通過細胞質進入線粒體。內含肽基因可以與核酸代謝有關的基因相結合,影響蛋白質的合成,作為一種潛在的藥物靶點。

4.3.2 建立藥物多肽文庫

將經天然分離的Ssp DnaE內含肽N-端和C-端克隆到目的蛋白或多肽的C-端和N-端,目的蛋白在內含肽的剪接作用下,N-端或C-端連接成環狀的蛋白質或多肽。在藥物學上,由于環狀的蛋白質或多肽穩定性較高,可以延長保存時間,并且許多小分子多肽具有生物學效應,因此可以利用分離內含肽構建(下轉第84頁)環狀蛋白質或多肽文庫,進行大范圍配體篩選,有利于新藥的構建。

4.4 在膜蛋白中的應用

膜蛋白是介導細胞內外環境的物質交換和信息交流以及光合作用和呼吸作用中能量的產生和轉換。研究細胞的物質運輸、信號傳遞以及能量轉化通常需要大量有活性并且結構穩定的膜蛋白。但自然狀態下的膜蛋白種類較多,豐度低,總量不足全部蛋白的5%。設計內含肽自剪接標簽,可以通過引入標簽來作為表達伴侶提高異源表達過程中目標膜蛋白的穩定性,并有利于目標膜蛋白的親和純化。將目的蛋白和內含肽融合,形成融合蛋白,改變溫度和pH,加入親核試劑,誘導內含肽裂解,切割內含肽與目的蛋白,從而分離出目的蛋白。利用內含肽的自剪接技術能夠解決酶切法和化學切割法中帶來的不足。酶切法成本高,容易引起蛋白質污染,而化學切割法特異性差,切割效率低。

4.5 對毒素蛋白的毒性削弱作用

分離內含肽能夠對毒素蛋白的毒性起一定的削弱作用。由于毒素蛋白能夠對表達宿主細胞產生毒害作用,難以獲得大量的表達產物。但如果將毒素蛋白分裂成兩部分可以使其毒性降低甚至喪失毒性。將分離內含肽與毒素蛋白融合、表達、純化,然后在分離內含肽的作用下重新產生新的有活性的毒素蛋白。重新產生的毒素蛋白有利于毒性的降低,可以在宿主細胞中大量表達,也可以用于功能的研究。

5 展望

隨著對內含肽研究的不斷深入,內含肽的應用范圍也會越來越廣。內含肽在發展的十幾年間,已經從蛋白質的重組和純化發展到了核酸、突變體構建、疾病治療等實際應用中。雖然在目的蛋白中內含肽合適插入位點的選擇,內含肽剪接機制的優化等方面可能存在一定的不足,但隨著社會的進步,內含肽會逐漸得到重視和發展。

參考文獻

[1] 郝崗平,楊清.蛋白質內含肽的研究進展[J].生命科學研究,2002,(s2):141-144,167.

[2] 劉萱,趙志虎,劉傳暄.內含肽介導的生物學效應及其應用[J].中國生物工程雜志,2003,(2):17-24.

[3] 赫冬梅,錢凱先,沈桂芳.蛋白質剪接及在蛋白質工程中的應用[J].遺傳,2004,(2):249-252.

[4] 李素麗,鄭斌,詹希美.蛋白質內含肽及其生物學意義[J].生物技術通訊,2005,(5):552-555.

[5] 孫永福,王鳳山,張敏.內含肽介導的新型蛋白質純化技術[J].生命的化學,2008,(2):146-148.

[6] 楊康,孫文長.微生物內含肽在基因治療中的應用[J].中國微生態學雜志,2010,(9):859-860.

[7] 趙仲麟,袁超,朱偉,等.內含肽介導的蛋白連接技術及其應用[J].生物技術通報,2011,(11):70-73.

[8] 李燕,張潔,盧琳,等.內含肽介導的蛋白質親和純化[J].江西科學,2013,31(4):453-455.

[9] 吳瑞倩,楊俊,謝浩.基于內含肽的自剪切技術在膜蛋白研究中的應用[J].生命的化學,2015,(2):200-205.

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