动物医学进展。2006,27(12):75ll78 Progress in Veterinary Me ̄tieine 猪I3干扰素成熟蛋白编码基因的 克隆及其在大肠埃希菌中的表达与纯化 吴 阳 。,李玲玲:~,李玉林 ,李晨阳 。,王岁楼 (1.郑州轻工业学院食品与生物工程学院,河南郑州450002; 2.河南师范大学生命科学学院,河南新乡453007;3.河南省生物工程技术研究中心,河南郑州450002) 中图分类号:¥852.4;Q785 文献标识码:A 文章编号:1007—5038(2006)12 0075 04 摘 要:从猪肝脏中提取基因组I)NA,利用 配合使用,增强免疫效果;也可以单独使用,提高动 PCR法直接扩增了猪J3干扰素成熟蛋白编码 物的免疫机能。猪干扰素应用前景广阔,成为了近 基因。将PCR产物亚克隆至pGEM一7Zf(+) 株后进行测序。序列分析结果表明,克隆片. 段舍编码猪J3干扰素成熟蛋白质的495个核 苷酸,与GenBank上(登录号:S4¨78)的序 年来的研究热点 ]。本研究直接扩增猪B干扰素 /pQE 。/IFN口, 栽体,转化入大肠埃希茵T( ,筛选出阳性菌 成熟蛋白编码基因,构建工程菌M。表达的猪B于扰索仅带有额外的6×His纯化标签, 纯化方便,为猪J3干扰素的生产和应用奠定基础 l材料与方法 列同源性达到100 9/6。在此基础上,构建了猪 p干扰素原核表达载体pQE。。/polFN—p并转 化入大肠埃希菌M 该工程菌在37℃经 0.03 mmol/I lPTG诱导4 h后,进行SI)S 1.1 材料 E.coli M TGl菌株,pGEM一7Z f(+),pQE o 质粒由本实验室保存。性核酸内切酶,T DNA ligase购自华美生物工程公司;Taq DNA聚合酶, 尸 DNA聚合酶,核酸分子质量标准购自TianGen PAGE电泳,结果在分子质量约2o ku的位 公司;核酸纯化试剂盒(Wizard@PCR Preps DNA 置出现了明显的目的蛋白条带,表达产物主 Purification System)购自Promega公司;金属亲和 要以包涵体形式存在。经凝胶分析软件 层析介质(Hi Frap chelating HP column)购自 Bandscan分析,表达产物约占茵体总蛋白的 Pharmacia公司;其他试剂均为分析纯。新鲜猪肝取 l8 9/6。包涵体用6 rnol/I 盐酸胍溶解,经过 自郑州市郑荣肉联厂。 Ni—NTA亲和层析法纯化.获得了纯度较高 1.2 基因组I)NA提取 的目的蛋白,为下一步对猪J3干扰素进行复 性及活性研究打下了基础。 参照文献[8]的方法从新鲜猪肝组织中提取基 因组I)NA。 关键词:猪J3干扰素成熟蛋白;基因克隆;原 】.3 引物设计与基因的扩增 核表达;亲和纯化 调节细胞生长和免疫调节功能的细胞因子[J ]。目 根据GenBank上(登录号:S41178)发表的猪口 mer5.0 干扰素(interferon,IFN)是一类具有抗病毒、 干扰素的基因序列,利用引物设计软件Pri设计一对引物(P1和P2)扩增猪0干扰素成熟蛋白 划线部分为酶切位点)。 上游引物P1;5"-CGG GAT CCA TGA GCT ATG TGC TTC G一3 (Bam H I) 前已知的猪干扰素有a,p和 3种,其中a和p属于 编码基因。引物由三博远志公司合成,序列如下(下 T型, 属于n型。猪G干扰素全基因为561 bp,编 码186个氨基酸,其中前21个氨基酸为信号肽,后 l65个氨基酸为成熟蛋白[ 2。_ 猪病毒性疾病一直是困扰我国养猪业的一大问 题,给我国养猪业造成了很大的经济损失。试验表 下游引物P2:5.-CGG AAT TC"i、C人( TTC CGG AGG I'AA TCT G一3 (EcoR 1) 明,猪水疱性口炎病毒、猪流感病毒、猪轮状病毒等 都对猪8干扰素敏感[5j。猪8干扰素既可以与疫苗 收稿日期:2006—09—11 以从猪肝中提取的猪基因组I)NA为模板,用 PY“DNA聚合酶进行扩增,反应条件为:94。C预变 作者简介:昊 阳(1 980一).男.湖北随州人.硕士研究生.主要从事生物制药研究。*通讯作者。 维普资讯 http://www.cqvip.com
76 动物医学进展2006年第27卷第12期(总第159期) 性5 min;94℃变性50 s,55 C退火5O s,72℃延伸 50 s,循环扩增3O次;最后72℃延伸5 min。 液(0.5%Triton X一100,0.05 mol/L Tris—HCl(PH 8.5),0.01 mol/L EDTA,0.15 mmol/L NaC1)搅 1.4产物的克隆及测序 猪B干扰素PCR产物用核酸纯化试剂盒回收 拌洗涤,然后以10 000 r/rain离心10 min,弃上清, 收集沉淀包涵体。包涵体用变性缓冲液(6 mol/L 后与pGEM一7El(+)质粒载体均用EcoR I和 /3amH I酶切,然后把酶切后的猪B干扰素基因和 载体连接,转化E.coli TG 菌株,涂于含有X-gal和 IPTG的氨苄青霉素抗性LB平板,37 C培养过夜。 筛选白色菌落,先用菌落PCR法鉴定,然后提取质 粒,用EcoR I和Barn H I酶切鉴定。阳性质粒送北 京奥科生物技术公司测序。 1.5 猪I3干扰素原核表达载体的构建 将重组质粒pGEM一7Zf(+)/poIFN—B用/3am H I和Xho T酶切,用核酸纯化试剂盒回收poIFN—B 基因片段,插入pQE 。质粒的BamH I和& I位 点。所构建的质粒命名为pQE。。/poIFN—B,转化 E.coli TG。菌株,先用菌落PCR法鉴定,然后提取 质粒,用BamH I和Hind rll酶切鉴定。将阳性质粒 转化E.coli M,。菌株,涂含有氨苄青霉素和卡那霉 素的LB平板。挑取单克隆,接种于3 mI 含有氨苄 青霉素和卡那霉素的I B液体培养基的试管中,于 37℃、2OO r/rain摇床培养过夜。 1.6 诱导表达 小样诱导,优化条件:分别将100 L活化的 M 。/pQE∞/IFN—D菌液接种于5支3 mL含有氨苄 青霉素和卡那霉素的LB液体培养基的试管中,编 号为1号~5号。于37℃、2OO r/rain摇床培养至 OD6 约为0.6~0.7。加入IPTG开始诱导,1号 和2号的诱导浓度分别为0.03 mmol/L和 0.3 mmol/L,于25℃、2OO r/rain培养12 h;3号和 4号的诱导浓度分别为0.03 mmol/I 和 0.3 mmol/L,于37℃、200 r/rain培养4 h。5号于 37℃、2OO r/rain培养4 h,作为未诱导对照。 大样诱导,按0.03 mmol/! IPTG,于37℃、4 h 的培养条件做1 L摇瓶发酵。 1.7 表达产物的提取与纯化 将l L发酵液以5 000 r/rain离心10 rnin,收集 菌体,再用0.02 mol/L的PBS(pH 7.8)缓冲液洗 涤,以5 000 r/rain离心10 rain,弃上清。将菌体用 0.02 mol/L的PBS(pH 7.8)缓冲液重悬,超声波裂 解。将裂解液以10 000 r/rain离心10 rain,收集沉 ・淀即初制猪B干扰素包涵体。将初制包涵体用洗涤 盐酸胍,0.3 mol/L氯化钠,0.02 mol/L磷酸钠缓冲 液,pH 7.8)溶解。以10 000 r/rain离心5 min后收 集上清备用。Ni—NTA亲和层析柱先用0.02 mol/L 的PBS(pH 7.8)缓冲液平衡,再用变性缓冲液平 衡。将蛋白液上样于层析柱,先用含0.05 mol/L眯 唑的变性缓冲液洗涤,然后用含0.2 mol/L咪唑的 变性缓冲液洗脱,并分段收集。 2 结果 2.1 猪I3干扰素基因的克隆及测序 以从新鲜猪肝细胞中提取的总DNA为模板, 应用引物P1和P2,进行PCR扩增。PCR产物经琼 脂糖凝胶电泳后可见一条约500 bp的条带,与预期 相符(图1)。重组质粒pGEM一7Zf(+)/poIFN—B测 序结果表明,克隆基因片段序列与GenBank上(登 录号:¥41178)发表的猪D干扰素成熟区的基因序列 完全一致。 2.2表达载体的构建 用Bam H I和Xho I酶切重组质粒pGEM一 7Zf(+)/poIFN—p,将回收后的IFN—p基因片段插入 pQE 。质粒的B H I和Sal I位点之间。对所构 建的质粒pQE 。/[FN一日,用BamH I和Hind rll酶切 鉴定,结果与预期一致(图2)。 2.3表达条件的优化 工程菌M。。/pQE。。/[FN—J3在不同条件下诱导 培养后,取样进行SDS-PAGE电泳(图3)。 分析不同诱导条件下的电泳条带可知,在 37℃、0.03 mmol/L IPTG诱导4 h的诱导培养条 件最佳。低温并没有增加表达产物的水溶性,较高 的诱导剂浓度也对表达产生了抑制。 2.4表达产物的纯化 工程菌发酵液离心收集后进行纯化,从SDS- PAGE电泳结果可以清晰地看出在相对分子质量约 2O ku处有明显的目的蛋白条带,表达产物主要以包 涵体形式存在。经凝胶分析软件Bandscan分析,表 达产物约占菌体总蛋白的18%。包涵体用6 mol/L 盐酸胍溶解,经过Ni—NTA亲和层析法纯化,获得了 纯度较高的目的蛋白(图4)。 维普资讯 http://www.cqvip.com
吴 阳等:猪8干扰素成熟蛋白编码基因的克隆及其在大肠埃希菌中的表达与纯化 77 2 3 4 2 000 bp 2 000 bp 1 000 bp 1 000 bp 750 bp 750 bp 500 bp 500 bp 250 bp 250 bp 100 bp 100 bp 1.DNA标准DI 2 000;2.PCR产物 1.DNA标准DL 2 000;2.pGEM一7Zf(+)/polFN—B的BamH I+Xho I酶 切产物t3.pGEM一7Zf(+)的BamHI+ 0 I酶切产物14.pQE3o/polFN—日 的BamH I+Sal I酶切产物l5.pQE3o的BamH I+Sal l酶切产物 1.DNA Marker DI 2 000{2.PCR products 1.DNA Marker DL 2 000 l 2.The products of pGEM 7Zf(+)/polFN一日 digested by BamHI+Xho I}3.The products of pGEM一7Zf(+)mmH I+ Xho I;4.The products of pQE3o/polFN B BarnH I+Sal I I 5.The products of pQE3oBamH I+& l 图l PCR产物凝胶电泳 图2重组载体酶切电泳 Fig.1 gel electr0ph0resis analysis of PCR products Fig.2 Restriction enzyme assay of recombinant vector 4 5 6 7 8 9 4 72.6 kU 47 0 ku 33.6 ktl 24.0 ku 2l 6 ku I4 4 kU 1~2.25℃,0.03 mmol/L It TG诱导12 h的菌体裂懈液 1.蛋白分子质量标准;2.诱导的全菌裂解物;3.诱导菌的 清l 的上清 沉淀;3~4.25 C,0.3 mmol/1 IPTG诱导12 h的菌 4.诱导菌的沉淀;5.Ni—NTA亲和层析纯化的猪口一干扰索 体裂解液的上清 沉淀{5~6.37℃.0.03 mmol/L IPTG诱导 4 h的菌体裂解液的上清与沉淀l 7~8.37℃.0.3 mmol/L IPTG 诱导4 h的菌体裂解液的卜清与沉淀;9.未诱导的全菌裂解物 1—2.Supernatant and deposit of bacterial lysates with 25℃. 1.Protein molecular weight Marker;2.Whole eell protein from 0.03 mmol/L IPTG,12 h;3-4.Supernatant and deposit of induced cellsl 3.Supernatant of induced cellst 4.Deposit of bacterial lysates with 25 uc.0.3 mmol/L 1PTG,12 hl induced cells;5.The purified F一 … by Ni—NTA affinity 5-6.Supernatant and deposit of bacterial lysates with 37℃。 chromatography 0.03 mmol/L IPTG・4 h:7-8.Supernatant and deposit of bacterial lysates with 37℃.0.3 mmol/I IPTG.12 hl 9.Whole cell protein from non—induced cells 图3 SDS-PAGE分析polFN一8在不同条件下的表达 图4 SDS-PAGE分析polFN—B的纯化 Fig.3 Expression of polFN一日under different conditions Fig.4 Purification of polFN一口analyzed by SDS-PAGE analyzed by SDS-PAGE 维普资讯 http://www.cqvip.com
78 动物医学进展 2006年第27卷第l2期(总第159期) 3讨论 一步对猪p干扰素进行复性及活性研究奠定了基 本研究从猪肝脏中提取基因组DNA,利用PCR 础。 法直接扩增了猪p干扰素成熟蛋白编码基因。此法 参考文献 比先扩增出猪p干扰素全基因后,再设计引物亚克 [1] Sen G C。Lengyel P.The interferon system a bird’s eye view of 隆其成熟蛋白编码基因更简便[ 。测序结果表明, its biochemistry[J].J Biol Chem。1992。267(8)l5O17—5020. 本试验克隆的猪0干扰素成熟蛋白编码基因与Gen— [2] Samuel C E.Antiviral actions of interfer0ns[J].Clin Mierobiol Rcv.2001,14(4):778 809. Bank上(登录号:S41178)发表的猪0干扰素成熟蛋 [3] Artursson K,Gobl A。Lindersson M,et a1.Molecular cloning 白编码基因同源性为100 9,6,说明猪0干扰素成熟蛋 of a gene encoding porcine interferon—beta[J].J Interferon 白编码基因是相当保守的。 Res.1992.12(3):153-160. 考虑到尽量减少对猪0干扰素表达活性的影 [4] 夏春。刘 津。杨琪,等.猪干扰素B基因的分子克隆与序 响,同时方便纯化。本研究将猪0干扰素基因克隆 列测定rJ].中国兽医杂志,2000.26(6),6-7. [5] Derbyshire J B.The interferon sensitivity of selected porcine vi— 到原核表达载体pQE 。中,成功表达了N端带有6× ruses[J].Can J Vet Res,1989,53(1)t 52・55. His纯化标签的猪0干扰素,带有6×His纯化标签 [6] Brown C C。Chinsangaram J。Grubman M J.Type I interferon 的猪0干扰素能够利用Ni—NTA亲和层析法纯化。 production in cattle infected with 2 strains of Foot.-andn-mouth 初步研究了温度,诱导剂浓度对表达的影响。结果 disease virus,as determined by/n situ hybridization[J].Can J 表明低温并没有促进产物的水溶性表达,较高的诱 Vat Rcs.2000,64(2)l 130—133. 导剂浓度也对表达产生了抑制,表达的最佳条件为。 营瑞慝.周国栋,周海霞.等.猪B F扰素在毕赤酵母中的分泌 表达及 对伪狂犬病毒的抑制作用fJ].微生物学报,2006,46 37℃,0.03 mmol/I IPTG诱导培养4 h。表达产物 (3)t 79 84. 主要以包涵体形式存在,约占菌体总蛋白含量的 [8] Sambrook J,Russell D W.分子克隆实验指南(第3版)[M].黄 18 。包涵体用8 mol/L尿素仍不能完全溶解,而 培堂。等.译.北京。科学出版社。2002,483—485. 能在6 mol/l 盐酸胍中完全溶解,经过Ni~NTA亲 [9] 曹瑞兵。包晶晶,周海霞,等.猪B干扰索的原核表达及其对流 和层析法纯化,获得了纯度较高的目的蛋白,为下 行性腹泻病毒的抑制作用研究[J].中国病毒学,2004,19(4)一 364—368. Cloning,Expression and Purification of Porcine Interferon。p Mature Protein in Escherich ia coli WU Yang ~,LI I ing—ling。~,LI Yu—lin ,LI Chen—yang ~,WANG Sui—lou (1.College oy Food and Biolog3,Eng,Zhengzhou Univ.oJ Light lnd,Zhengzhou,Henan.450002.Chinal Z.College oy Life Sciem’es。Hennan Normal University。Xinxiang,Henan,453007,China l 3.Henan Biotechnology Research Center。Zhengzhou。Henan.450002.China) Abstract:Porcine genome DNA was isolated from porcine liver cell,and the gene coding porcine interferon一 8(polFN一13)mature protein was directly amplified by PCR.The gene was sub—cloned into pGEM-7Zf(+) vector,then transformed into E.coli TG1.The sequencing result suggested that the gene coding polFN一0 mature protein was composed of 4 9 5 bp,which had the identities of 1 00 with the polFN一8 mature protein gene published in the GenBank(Accession No.S41178).Then,the gene was inserted into pQE30vector and was transformed into E.coli M15.After induced at 37℃for 4 hours by adding IPTG to a final concen— tration of 0.03 mmol/L,a specific expression band with a relative molecular weight 20 ku was detected by SDS-PAGE,and the expression product existed mainly in inclusion body which accounted for about 18%of total cell protein.The inclusion body was dissolved in 6 mol/L guanidine chloride and subsequently purl— lfed by Ni—NTA affinity chromatography.Highly purified polFN一8 was obtained.These studies provided a basic work in research of polFN一8’s renaturation and biological activity. Key words:porcine interferon一0 mature protein;gene cloning;prokaryotic expression;affinit y purification
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