Zn竞争性结合人类NAF-1蛋白[2Fe-2S]簇结合位点并影响其与dsDNA的相互作用

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目的:  利用分子生物学和生物化学等分析手段,主要从蛋白水平对人类NAF-1蛋白进行系统研究,以了解人类NAF-1蛋白[2Fe-2S]簇与Zn2+之间相互作用的特性, NAF-1与DNA之间的相互作用、以及Zn2+对NAF-1与DNA相互作用的影响,从分子水平为Zn对NAF-1功能的调节提供理论基础,并为NAF-1在细胞代谢调节及Zn细胞毒性中的作用提供新的研究方向。  方法:  1. 构建NAF-1、CIAPIN1蛋白表达载体表达相应蛋白  根据NCBI数据库中的信息设计特异性扩增人类Cisd2、CIAPIN1基因的引物,利用无缝克隆技术将目的基因片段连接到质粒上获得重组表达载体。构建成功的重组质粒可在E. coli中表达,通过蛋白纯化系统纯化获得目的蛋白。  2. 蛋白全波长分析和金属含量测定  纯化的蛋白采用紫外-可见分光光度计进行全波长扫描分析蛋白样品的光谱学特点,聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定蛋白纯度;使用ICP-MS(Agilent 8800)仪器检测蛋白中Fe和Zn含量,手工法检测蛋白中S含量。  3. NAF-1蛋白与Zn结合实验及结合位点的定位  IPTG诱导蛋白表达前加入一定浓度的ZnSO4到菌液中,纯化出的蛋白进行全波长扫描、金属含量检测等分析NAF-1是否具备Zn结合活性。构建Cisd2点突变表达载体(4Mut-NAF-1-pCold I、H114C-NAF-1-pCold I),于E. coli中表达相应蛋白,通过全波长扫描、金属含量检测等分析相应位点突变对NAF-1蛋白Zn结合活性的影响。Zn-NAF-1在体外进行铁硫簇组装,探究NAF-1与Zn结合的可逆性。  4. 蛋白质与DNA结合实验以及DNA保护实验  将DNA与蛋白质按一定体系混合后25℃孵育20 min进行结合反应,反应产物进行琼脂糖凝胶电泳,通过凝胶成像仪显像分析DNA是否与蛋白发生结合反应。用DNase I对DNA与蛋白质结合反应产物进行消化,消化产物进行琼脂糖凝胶电泳,通过凝胶成像仪显像分析蛋白质的DNA保护作用。  结果:  1. 菌落PCR鉴定及测序后序列比对验证NAF-1-pCold I、CIAPIN1-pCold I重组表达载体构建成功,在E. coli中诱导相应蛋白表达,并在诱导前向LB培养基中加ZnSO4处理。纯化获得的NAF-1蛋白可结合Zn2+,且蛋白的Fe含量随Zn结合量的升高而降低,而CIAPIN1蛋白在相同实验条件下铁硫簇受Zn2+影响较小。  2. E. coli中表达4Mut-NAF-1、H114C-NAF-1,在LB培养基中加ZnSO4处理后诱导得到的H114C-NAF-1仍可结合Zn且与锌的结合影响自身铁硫簇结合,而相同实验条件下4Mut-NAF-1既无铁硫结合也无锌的结合。  3. Zn-NAF-1在体外进行铁硫簇组装可再次被组装上铁硫簇,而Zn结合量则相应下降。  4. NAF-1体外具备dsDNA结合活性,Zn-NAF-1也可与DNA结合,但其DNA结合活性远不如野生型NAF-1。  5. NAF-1、Zn-NAF-1与dsDNA的结合均可保护dsDNA抵抗DNase I的消化作用,但Zn-NAF-1较野生型NAF-1有更强的dsDNA的保护作用。  结论:  1. 人类NAF-1蛋白具有Zn结合活性,且与Zn的结合位点正是其[2Fe-2S]簇结合位点,Zn与[2Fe-2S]簇对NAF-1同一结合位点的竞争性结合是可逆的。  2. NAF-1体外具备dsDNA结合活性,可一定程度上保护dsDNA抵抗DNase I的消化作用;Zn可影响NAF-1与dsDNA的相互作用,Zn-NAF-1与dsDNA的结合活性远不如野生型NAF-1,但对dsDNA的保护作用却较野生型NAF-1更强。  3. NAF-1作为铁硫蛋白,在生物体内功能的发挥很大程度上依赖于其[2Fe-2S]簇的存在,Zn2+可能在体内通过对NAF-1二铁二硫簇结合位点的竞争性结合参与NAF-1功能的调节,影响NAF-1在细胞内的一些功能发挥,对细胞能量代谢、肿瘤增殖等发挥调节作用。
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