人趋化因子受体CCR3的制备及生物活性研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 2次 | 上传用户:cangzhe
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G蛋白偶联受体(GPCR)是人体内最大的膜蛋白家族,它们参与了很多重要的信号转导,也是治疗很多疾病的靶标。在药物研发中,需要详细地了解GPCR的结构、生物物理学和生物化学性质,但由于它们在生理状态下表达量少,导致很难有效进行系统研究,所以通过异源表达来制备大量GPCR显得尤为重要。GPCR自身拥有的7个跨膜疏水α螺旋结构导致它们不能像水溶性蛋白那样容易纯化,寻找有效增溶GPCR的表面活性剂非常重要。除此之外制备出的GPCR是否具有生物学活性以及如何最有效地保持它们的生物活性也是必须解决的问题。人趋化因子受体CCR3是GPCR家族的一个成员,能与多种配体相结合,在很多炎症中发挥重要作用,还是参与艾滋病传播的辅助受体,因此CCR3已成为很重要的药物靶标,也是目前GPCR研究的热点。在本研究中通过两种异源表达系统成功制备了CCR3,为深入探讨CCR3的结构、生物物理学和生物化学性质提供了材料基础,对CCR3结合配体的生物活性进行了深入研究,并对表面活性剂在CCR3生物活性中的影响有了更多的认识。利用哺乳动物细胞表达系统制备CCR3。构建并筛选了表达CCR3的稳定转染细胞系,通过优化四环素和丁酸钠的诱导浓度寻找表达CCR3的最佳条件。通过筛选常用的十几种表面活性剂对CCR3的增溶效果,最终确定Fos choline-14(FC-14)用于CCR3的制备。经过两步色谱制备出高纯度的毫克量CCR3,这是人趋化因子受体CCR3首次被成功制备出来。圆二色光谱结果表明纯化后的CCR3具有典型的α螺旋结构,说明制备的CCR3折叠成了较为合理的构象。激光共聚焦荧光显微镜观察融合绿色荧光蛋白的CCR3在细胞内的分布,发现异源表达的CCR3主要存在于细胞质中,而不是细胞膜上。利用大肠杆菌表达系统制备CCR3。为了避免CCR3在大肠杆菌中发生错误的折叠以及对宿主的严重毒性,采取融合麦芽糖结合蛋白(MBP)的形式表达CCR3。经过菌株的筛选,最终选择大肠杆菌TB1作为宿主菌;对影响CCR3表达的培养基、诱导时机以及诱导剂的浓度进行了系统优化;系统考察了表面活性剂增溶CCR3的效果、稳定性以及存在状态,最终选择FC-14用于CCR3的增溶。经过两步色谱纯化后制备获得了2mg/l的MBP-CCR3,二级结构分析表明CCR3存在α螺旋结构。CCR3结合其配体后而被激活,活化的CCR3再将信号传递到细胞内,在信号转导过程中CCR3和其配体的结合是重要一步。表面等离子共振技术(SPR)是考察蛋白生物活性的典型技术,在本论文利用该技术研究实验室制备的CCR3是否具有结合其配体的生物活性。CCR3和已验证生物活性的商品化趋化因子(CCL11和CCL24)的结合实验表明利用哺乳动物细胞制备的CCR3具有与相应配体结合的生物活性。同时,验证生物活性的CCR3能与本实验室制备的趋化因子CCL11和CCL24结合,从而进一步证明本实验室制备的趋化因子也具有与受体进行结合的生物活性。在N-dodecyl-β-D-maltoside(DDM)增溶条件下,CCR3结合本实验室制备的CCL11、CCL24的平衡解离常数(KD值)分别是7.0?10-8 M和6.2?10-8 M;在Triton X-100(Trx-100)增溶条件下,CCR3结合CCL11和CCL24的KD值分别是3.7×10-7 M和3.0×10-7 M;在FC-14增溶条件下,CCR3结合CCL11和CCL24的KD值分别是1.3?10-6 M和1.6?10-6 M。KD值的较大差异显示表面活性剂能够显著影响CCR3结合其配体的生物活性,尤其是DDM增溶下CCR3的KD值比FC-14增溶下的KD值高两个数量级,表明在DDM存在条件下CCR3具有更好的配基结合活性。将FC-14提取的CCR3更换到DDM中后,发现CCR3结合其配体的生物活性明显提高,这进一步说明了表面活性剂对CCR3生物活性有很大影响。SPR实验结果表明利用大肠杆菌制备的融合MBP的CCR3也具有配基结合活性,在DDM增溶条件下MBP-CCR3结合CCL11和CCL24的KD值分别为2.9×10-6M和1.8×10-6 M。制备了粒径均匀的磷脂双分子层脂质体,通过FC-14和脂质体相互作用曲线的实验寻找出表面活性剂的临界浓度Rsat和Rsol分别是1 mM和6 mM。将制备的MBP-CCR3重组入脂质体中,制备出MBP-CCR3脂质体,发现脂质体中表面活性剂FC-14浓度为3mM,POPC和MBP-CCR3的摩尔比为2000:1时重组效果最好。MBP-CCR3脂质体的制备为进一步研究CCR3在脂质体上的活性、结构特征提供了实验基础。
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