抗菌肽Hepcidin在大肠杆菌中的分泌表达研究

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Hepcidin是由肝脏特异表达的富含半胱氨酸的抗菌多肽,在不同物种间其基因结构和序列高度保守。成熟的Hepcidin由25个氨基酸组成,含有4对二硫键。Hepcidin具有较显著的抑菌作用,对大多数革兰氏阳性菌和部分革兰氏阴性菌都有抑制作用。近几年的研究发现,Hepcidin除了具有抑菌作用外,同时也具有调控机体铁代谢的功能,作为机体铁稳态调控途径中关键的效应分子,Hepcidin在生物学功能上主要调节小肠细胞对于铁的吸收。  本研究应用拼接PCR技术人工构建了SP-hisMBP、SP-hisDsbC、SP-hisPhoA和SP-hisOmpA共4个融合标签,并将抗菌肽Hepcidin基因分别与之连接,插入表达载体pET28b(+),转化大肠杆菌BL21(DE3)。表达结果显示,重组蛋白hisVBP-Hepcidin和hisDsbC-Hepcidin成功分泌到周质,并进一步跨大肠杆菌外膜在培养基中积累,但是重组蛋白hisPhoA-Hepcidin和hisOmpA-Hepcidin在大肠杆菌细胞质、周质和上清中均没有明显积累。融合蛋白hisPhoA-Hepcidin和hisOmpA-Hepcidin可能由于在周质中错误折叠而被蛋白酶降解。  为探索融合蛋白hisPhoA-Hepcidin和hisOmpA-Hepcidin的可能降解机制,本研究利用Red重组系统,分别敲除了大肠杆菌JM109周质中蛋白质质量监控蛋白酶DegP、DegQ基因及外膜蛋白酶Tsp和OmpT基因,成功构建TDegP、DegQ、Tsp和OmpT蛋白酶基因缺失的大肠杆菌JM109突变株4个,并重新构建了与突变株匹配的表达载体pQE2-SP-hisMBP-Hepcidin、pQE2-SP-hisOmpA-Hepcidin、pQE2-SP-hisPhoA-Hepcidin、pQE2-SP-hisDsbC-4G-Hepcidin共4个。重组蛋白的分泌表达研究发现,hisMBP-Hepcidin和hisDsbC-Hepcidin在突变株与对照菌株的表达情况相似,都能分泌到上清中,而重组蛋白hisPhoA-Hepcidin和hisOmpA-Hepcidin在对照菌株和四种蛋白酶缺陷菌株中的细胞质、周质和上清中依然没有明显积累。这一结果说明,重组蛋白hisPhoA-Hepcidin和hisOmpA-Hepcidin未能有效表达并非由以上四种蛋白酶降解导致,具体原因有待进一步研究。  为进一步确定重组蛋白的分泌表达成功,本研究提取在大肠杆菌周质与培养基中表达的重组蛋白hisDsbC-Hepcidin,并经Ni-NTA亲和层析纯化。质谱鉴定结果显示,重组Hepcidin的分子量与理论值非常吻合,这一结果再次表明重组蛋白分泌表达成功。  将纯化后Hepcidin复性,并进行抑菌实验,结果显示,Hepcidin对枯草芽孢杆菌有明显的抑菌作用,初步鉴定本研究成功获得有活性的抗菌肽Hepcidin。  本研究通过构建分泌型表达载体,实现了抗菌肽Hepcidin在大肠杆菌BL21(DE3)和JM109中分泌表达,表达产物在培养基介质中积累,有效降低了抗菌肽的纯化难度,为抗菌肽的理论研究及工业化生产奠定了良好的基础,同时也为其它富含二硫键的蛋白在大肠杆菌中的分泌表达提供了参考。  
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