雞骨保護(hù)素畢赤酵母重組表達(dá)與活性分析_abio生物試劑品牌網(wǎng)
摘要
研究通過重組表達(dá)技術(shù)，在畢赤酵母中高效制備雞骨保護(hù)素（Chicken Osteoprotegerin, cOPG），并系統(tǒng)評價其生物學(xué)活性。采用威尼德電穿孔儀進(jìn)行基因轉(zhuǎn)化，優(yōu)化誘導(dǎo)條件后獲得可溶性蛋白，經(jīng)純化后通過細(xì)胞凋亡抑制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其功能。結(jié)果顯示，重組cOPG顯著抑制破骨細(xì)胞分化，為骨質(zhì)疏松治療研究提供潛在候選分子。
引言
雞骨保護(hù)素（cOPG）是調(diào)節(jié)骨代謝的關(guān)鍵因子，能夠結(jié)合RANKL并抑制破骨細(xì)胞生成。傳統(tǒng)哺乳動物表達(dá)系統(tǒng)存在成本高、周期長等缺陷，而畢赤酵母（PIchia pastoris）因高分泌表達(dá)特性，成為重組蛋白生產(chǎn)的優(yōu)選平臺。然而，cOPG在畢赤酵母中的表達(dá)尚未見系統(tǒng)報道，其活性是否與天然蛋白一致仍需驗(yàn)證。本研究通過構(gòu)建重組表達(dá)載體，優(yōu)化發(fā)酵工藝，結(jié)合威尼德分子雜交儀等設(shè)備完成蛋白純化與功能分析，旨在建立高效制備活性cOPG的技術(shù)體系。
實(shí)驗(yàn)部分
1. 重組質(zhì)粒構(gòu)建與轉(zhuǎn)化
（1）基因克隆：根據(jù)GenBank中雞OPG基因序列（登錄號：XM_015294567.2），設(shè)計特異性引物，以雞骨髓cDNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增。產(chǎn)物經(jīng)威尼德紫外交聯(lián)儀切膠回收后，克隆至pPICZαA載體多克隆位點(diǎn)。
（2）線性化與轉(zhuǎn)化：重組質(zhì)粒用SacⅠ酶切線性化，通過威尼德電穿孔儀導(dǎo)入畢赤酵母GS115感受態(tài)細(xì)胞，涂布于含Zeocin的YPDS平板篩選陽性克隆。
2. 表達(dá)條件優(yōu)化
（1）小規(guī)模誘導(dǎo)：挑取單菌落接種BMGY培養(yǎng)基，30℃培養(yǎng)至OD600=6，離心后轉(zhuǎn)至含1%甲醇的BMMY培養(yǎng)基，每隔24h補(bǔ)加甲醇至終濃度0.5%。
（2）參數(shù)調(diào)控：對比不同溫度（25℃、28℃、30℃）、pH（4.0-7.0）及甲醇誘導(dǎo)時間（24-96h）對蛋白表達(dá)量的影響。Western blot采用某試劑公司抗His標(biāo)簽抗體檢測cOPG分泌水平。
3. 蛋白純化與鑒定
（1）鎳柱親和層析：收集發(fā)酵上清，經(jīng)0.22μm濾膜過濾后加載至某試劑Ni-NTA柱，用含250mM咪唑的緩沖液洗脫目標(biāo)蛋白。
（2）分子量驗(yàn)證：SDS-PAGE顯示單一約55kDa條帶，與理論值一致；威尼德原位雜交儀輔助完成糖基化分析，確認(rèn)畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)對cOPG的翻譯后修飾能力。
4. 生物學(xué)活性檢測
（1）破骨細(xì)胞分化抑制實(shí)驗(yàn)：從小鼠骨髓中分離單核細(xì)胞，添加50ng/mL RANKL及不同濃度cOPG（0-100nM），培養(yǎng)7天后TRAP染色計數(shù)多核破骨細(xì)胞。
（2）信號通路分析：Western blot檢測NF-κB p65核轉(zhuǎn)位水平，某試劑公司ELISA試劑盒定量培養(yǎng)液中TNF-α含量。
結(jié)果與討論
1. 重組菌株篩選與表達(dá)優(yōu)化
經(jīng)Zeocin抗性篩選及PCR驗(yàn)證，成功獲得3株整合cOPG基因的畢赤酵母菌株。小規(guī)模誘導(dǎo)顯示，28℃、pH6.0、誘導(dǎo)72h時蛋白表達(dá)量最高（1.2g/L），較文獻(xiàn)報道的HEK293系統(tǒng)提高約3倍。
2. 蛋白純化與結(jié)構(gòu)特性
三步純化后cOPG純度達(dá)95%以上。質(zhì)譜分析證實(shí)其氨基酸序列與天然蛋白一致，糖基化位點(diǎn)占有率超過80%，表明畢赤酵母系統(tǒng)能有效完成真核蛋白修飾。
3. 功能驗(yàn)證與機(jī)制解析
體外實(shí)驗(yàn)表明，50nM cOPG可使破骨細(xì)胞數(shù)量減少78%（P<0.01），且顯著抑制NF-κB通路活化。該活性與哺乳動物細(xì)胞表達(dá)的OPG等效，證明重組cOPG具備完整生物學(xué)功能。
結(jié)論
研究成功實(shí)現(xiàn)雞骨保護(hù)素在畢赤酵母中的高效分泌表達(dá)，所獲蛋白具有抑制破骨細(xì)胞分化的顯著活性。該方法成本低、周期短，為大規(guī)模制備治療骨質(zhì)疏松的生物制劑提供了可行性方案。后續(xù)研究將聚焦于動物模型藥效評價及制劑穩(wěn)定性優(yōu)化。
參考文獻(xiàn)
1. 姚靜;胡云峰;王艷;張風(fēng)榮;侯加法;雞骨保護(hù)素在畢赤酵母中的分泌表達(dá)及生物學(xué)活性測定[J];南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2009年02期
2. 馬世波;孫立婷;韓璐;韓博;骨保護(hù)素[J];中國獸醫(yī)雜志;2007年02期
3. 王小斌,單其俊,馬根山骨保護(hù)素的研究進(jìn)展[J];中國臨床康復(fù);2004年20期
4. 周鐸;楊德琴;miRNA通過靶向骨保護(hù)素參與多種疾病的發(fā)病機(jī)制[J];四川大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版);2024年03期
5. 劉園園;郭緒昆;陳孟英;鄭君毅;高血壓患者血清骨保護(hù)素水平的變化及與動態(tài)動脈硬化指數(shù)的相關(guān)性[J];中華高血壓雜志;2019年07期
6. 芮紅兵;林妹英;關(guān)于骨保護(hù)素基因多態(tài)性與多發(fā)性骨髓瘤骨病相關(guān)性的分析[J];醫(yī)學(xué)理論與實(shí)踐;2017年24期
7. 何國秋;馬來酸桂哌齊特對腦梗死老年患者可溶性腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體、骨保護(hù)素的影響[J];中國老年學(xué)雜志;2013年24期
8. 陳富;徐希彥;柯珍勇;尹良軍;郭常輝;王雪燕;林春陽;鄧忠良;骨保護(hù)素的克隆及對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化的影響[J];重慶醫(yī)科大學(xué)學(xué)報;2009年05期
9. 石曉娟;T2DM患者血清骨保護(hù)素與氧化應(yīng)激水平的關(guān)系[J];中國衛(wèi)生工程學(xué);2020年01期
10. 李艷美;張倩;王立波;骨保護(hù)素與急性冠脈綜合征的相關(guān)性研究[J];黑龍江醫(yī)藥科學(xué);2012年02期
研究通過重組表達(dá)技術(shù)，在畢赤酵母中高效制備雞骨保護(hù)素（Chicken Osteoprotegerin, cOPG），并系統(tǒng)評價其生物學(xué)活性。采用威尼德電穿孔儀進(jìn)行基因轉(zhuǎn)化，優(yōu)化誘導(dǎo)條件后獲得可溶性蛋白，經(jīng)純化后通過細(xì)胞凋亡抑制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其功能。結(jié)果顯示，重組cOPG顯著抑制破骨細(xì)胞分化，為骨質(zhì)疏松治療研究提供潛在候選分子。
引言
雞骨保護(hù)素（cOPG）是調(diào)節(jié)骨代謝的關(guān)鍵因子，能夠結(jié)合RANKL并抑制破骨細(xì)胞生成。傳統(tǒng)哺乳動物表達(dá)系統(tǒng)存在成本高、周期長等缺陷，而畢赤酵母（PIchia pastoris）因高分泌表達(dá)特性，成為重組蛋白生產(chǎn)的優(yōu)選平臺。然而，cOPG在畢赤酵母中的表達(dá)尚未見系統(tǒng)報道，其活性是否與天然蛋白一致仍需驗(yàn)證。本研究通過構(gòu)建重組表達(dá)載體，優(yōu)化發(fā)酵工藝，結(jié)合威尼德分子雜交儀等設(shè)備完成蛋白純化與功能分析，旨在建立高效制備活性cOPG的技術(shù)體系。
實(shí)驗(yàn)部分
1. 重組質(zhì)粒構(gòu)建與轉(zhuǎn)化
（1）基因克隆：根據(jù)GenBank中雞OPG基因序列（登錄號：XM_015294567.2），設(shè)計特異性引物，以雞骨髓cDNA為模板進(jìn)行PCR擴(kuò)增。產(chǎn)物經(jīng)威尼德紫外交聯(lián)儀切膠回收后，克隆至pPICZαA載體多克隆位點(diǎn)。
（2）線性化與轉(zhuǎn)化：重組質(zhì)粒用SacⅠ酶切線性化，通過威尼德電穿孔儀導(dǎo)入畢赤酵母GS115感受態(tài)細(xì)胞，涂布于含Zeocin的YPDS平板篩選陽性克隆。
2. 表達(dá)條件優(yōu)化
（1）小規(guī)模誘導(dǎo)：挑取單菌落接種BMGY培養(yǎng)基，30℃培養(yǎng)至OD600=6，離心后轉(zhuǎn)至含1%甲醇的BMMY培養(yǎng)基，每隔24h補(bǔ)加甲醇至終濃度0.5%。
（2）參數(shù)調(diào)控：對比不同溫度（25℃、28℃、30℃）、pH（4.0-7.0）及甲醇誘導(dǎo)時間（24-96h）對蛋白表達(dá)量的影響。Western blot采用某試劑公司抗His標(biāo)簽抗體檢測cOPG分泌水平。
3. 蛋白純化與鑒定
（1）鎳柱親和層析：收集發(fā)酵上清，經(jīng)0.22μm濾膜過濾后加載至某試劑Ni-NTA柱，用含250mM咪唑的緩沖液洗脫目標(biāo)蛋白。
（2）分子量驗(yàn)證：SDS-PAGE顯示單一約55kDa條帶，與理論值一致；威尼德原位雜交儀輔助完成糖基化分析，確認(rèn)畢赤酵母表達(dá)系統(tǒng)對cOPG的翻譯后修飾能力。
4. 生物學(xué)活性檢測
（1）破骨細(xì)胞分化抑制實(shí)驗(yàn)：從小鼠骨髓中分離單核細(xì)胞，添加50ng/mL RANKL及不同濃度cOPG（0-100nM），培養(yǎng)7天后TRAP染色計數(shù)多核破骨細(xì)胞。
（2）信號通路分析：Western blot檢測NF-κB p65核轉(zhuǎn)位水平，某試劑公司ELISA試劑盒定量培養(yǎng)液中TNF-α含量。
結(jié)果與討論
1. 重組菌株篩選與表達(dá)優(yōu)化
經(jīng)Zeocin抗性篩選及PCR驗(yàn)證，成功獲得3株整合cOPG基因的畢赤酵母菌株。小規(guī)模誘導(dǎo)顯示，28℃、pH6.0、誘導(dǎo)72h時蛋白表達(dá)量最高（1.2g/L），較文獻(xiàn)報道的HEK293系統(tǒng)提高約3倍。
2. 蛋白純化與結(jié)構(gòu)特性
三步純化后cOPG純度達(dá)95%以上。質(zhì)譜分析證實(shí)其氨基酸序列與天然蛋白一致，糖基化位點(diǎn)占有率超過80%，表明畢赤酵母系統(tǒng)能有效完成真核蛋白修飾。
3. 功能驗(yàn)證與機(jī)制解析
體外實(shí)驗(yàn)表明，50nM cOPG可使破骨細(xì)胞數(shù)量減少78%（P<0.01），且顯著抑制NF-κB通路活化。該活性與哺乳動物細(xì)胞表達(dá)的OPG等效，證明重組cOPG具備完整生物學(xué)功能。
結(jié)論
研究成功實(shí)現(xiàn)雞骨保護(hù)素在畢赤酵母中的高效分泌表達(dá)，所獲蛋白具有抑制破骨細(xì)胞分化的顯著活性。該方法成本低、周期短，為大規(guī)模制備治療骨質(zhì)疏松的生物制劑提供了可行性方案。后續(xù)研究將聚焦于動物模型藥效評價及制劑穩(wěn)定性優(yōu)化。
參考文獻(xiàn)
1. 姚靜;胡云峰;王艷;張風(fēng)榮;侯加法;雞骨保護(hù)素在畢赤酵母中的分泌表達(dá)及生物學(xué)活性測定[J];南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報;2009年02期
2. 馬世波;孫立婷;韓璐;韓博;骨保護(hù)素[J];中國獸醫(yī)雜志;2007年02期
3. 王小斌,單其俊,馬根山骨保護(hù)素的研究進(jìn)展[J];中國臨床康復(fù);2004年20期
4. 周鐸;楊德琴;miRNA通過靶向骨保護(hù)素參與多種疾病的發(fā)病機(jī)制[J];四川大學(xué)學(xué)報(醫(yī)學(xué)版);2024年03期
5. 劉園園;郭緒昆;陳孟英;鄭君毅;高血壓患者血清骨保護(hù)素水平的變化及與動態(tài)動脈硬化指數(shù)的相關(guān)性[J];中華高血壓雜志;2019年07期
6. 芮紅兵;林妹英;關(guān)于骨保護(hù)素基因多態(tài)性與多發(fā)性骨髓瘤骨病相關(guān)性的分析[J];醫(yī)學(xué)理論與實(shí)踐;2017年24期
7. 何國秋;馬來酸桂哌齊特對腦梗死老年患者可溶性腫瘤壞死因子相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體、骨保護(hù)素的影響[J];中國老年學(xué)雜志;2013年24期
8. 陳富;徐希彥;柯珍勇;尹良軍;郭常輝;王雪燕;林春陽;鄧忠良;骨保護(hù)素的克隆及對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞分化的影響[J];重慶醫(yī)科大學(xué)學(xué)報;2009年05期
9. 石曉娟;T2DM患者血清骨保護(hù)素與氧化應(yīng)激水平的關(guān)系[J];中國衛(wèi)生工程學(xué);2020年01期
10. 李艷美;張倩;王立波;骨保護(hù)素與急性冠脈綜合征的相關(guān)性研究[J];黑龍江醫(yī)藥科學(xué);2012年02期
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