蛋白质构象转换和积聚的分子机制

发布时间：2020-03-19 22:06

【摘要】：蛋白质的正确折叠是行使正常的生物学功能的基础。某些错折叠疾病 ，特别是神经退行性疾病的发生与蛋白质的构象转换和异常积聚紧密相关。 蛋白质 GIgG 结合结构域（PGBD）具有紧密的折叠结构和很强的稳定性，是研究序列插入和置换的理想模型。我们设计了两个嵌合体蛋白，即将 PGBD中的α 螺旋肽段序列替换为蛋白质LIgG结合结构域（PLBD）中的α 螺旋序列或者β 2 折叠序列，并将其分别命名为PGBDLα 和PGBDLβ 。相对于野生型PGBD而言，PGBDLα中的α 螺旋含量减少，结构稳定性下降；而PGBDLβ的结构则变为无序。因此，这些结果表明不同类型的二级结构单元在同一结构环境中的结构构象形成具有明显差别；蛋白质肽段的结构形成趋势及侧链相互作用对该单元的二级结构形成具有重要影响。 通过氨基酸序列比较发现，在Aβ 肽、prion蛋白和α synuclein 蛋白（α Syn）等易积聚的蛋白质中都存在一段疏水性的同源序列VGGA VV AGV ，，我们将其命名为 GAV 基序。分别将该序列插入到PGBD序列中部的loop区（GAVINS ）和 C端（ GAV CT ），形成两个突变体蛋白。生物物理学方法得到的信息，特别是原子力显微镜（AFM ）图谱显示，GAVINS形成了积聚物， 而GAVCT 没有。 这一结果说明虽然 GAV基序具有积聚能力，但是积聚形成还与该序列的周围环境以及与在蛋白质中所处的位置有关。 通过定点突变结合 thioflavin T（ThT ）荧光检测、 AFM以及细胞毒性分析等实验，我们首次报道了九肽序列VGGA VVTGV对于 α Syn 蛋白的纤维化 以及 PC12 细胞的毒性产生是必需的， 该序列的缺失会阻止 α Syn 蛋白的纤维化 以及对 PC1 2 细胞的毒性作用。同时， α Syn 蛋白中第 68 位的 Gly 替换为 Ala 以及截短其C端区域（如α Syn 1 74和 α Syn1 100） 都 能大大加速蛋白质的纤维化 进程。CD谱显示，蛋白质纤维化 的过程中往往伴随有 β 折叠结构的形成。另 外，我们还利用种子积聚实验、引入色氨酸荧光探针、 TFE 诱导的构象转换以 及固相 CD 谱等方法，进一步对 α Syn 蛋白的积聚性质进行了研究。以上结果 对于我们理解蛋白质纤维化的分子机制，发展治疗神经退行性疾病的转基因动 物模型及辅助治疗药物具有重要意义。 WP=3 我们还化学合成了 VGGA VV AGV九肽片段，并在体外研究了其积聚能力。 在一定的条件下， GA V 九肽不仅自身很容易组装成纤维积聚物， 而且它还能够 加快 α Syn 蛋白的积聚速率。这些结果再次说明了该序列在蛋白质积聚中的核 心作用。
【图文】：

第一章 PGBD嵌合体的二级结构形成和构象转换结果与讨论1.2.1 蛋白质表达条件的优化三种 PGBD 均克隆于 pET-3a 表达质粒中，以 BL21(DE3)作为表达宿主菌。图 1-2A 显示为不同 IPTG 浓度下的 PGBDLα表达情况。从图中可以看出，目标蛋白在 0.4 mM I PTG 存在下，诱导 6 小时表达量可达到最大。同时我们也摸索了诱导时间对蛋白质表达量的影响（图 1-2B），发现诱导 3 小时以后，表达量差别不大。在不影响蛋白质表达量和避免蛋白质降解的前提下，适当延长表达时间会提高蛋白质的表达总量。(A) (B)

最终结果如下：37 ℃下蛋白质名称 [IPTG]（mM）诱导表达时间(hr)蛋白质的表达量 (mg)(每升 LB 培养基)PGBD-WT 0.01 6 ~ 8 ~ 50PGBDLα 0.4 5 ~ 6 ~ 30PGBDLβ 0.01 6 ~ 7 ~ 351.2.2 PGBD 的表达和纯化在 LB培养基中三种 PGBD的表达量可占总蛋白量的 30%以上，而且它们的过量表达不会影响菌株的正常生长，最终每升菌能纯化到 30 mg以上的蛋白质。在 M9 培养基中，蛋白表达量略有下降，SDS-PAGE 显示，表达量占总蛋白量的 20%，每升菌能纯化到约 20 mg 的蛋白质，完全能够满足核磁共振（NMR）实验的需要。对于纯化好的蛋白质要进行分子量测定（图 1-3）和
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（上海生命科学研究院）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2003
【分类号】：Q51

【参考文献】

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1 胡红雨,许根俊;蛋白质的结构转换[J];生物化学与生物物理进展;1999年01期

本文编号：2590782