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昆虫等无脊椎动物不具备特异性免疫系统,但昆虫的脂肪体会产生各种抗菌肽来应对损伤和感染。根据分子结构的特点,昆虫抗菌肽可分为四类:1、天蚕素类——形成两性分子α-螺旋的抗菌肽;2、昆虫防御素类——有分子内二硫键的抗菌肽;3、富脯氨酸抗菌肽;4、富甘氨酸抗菌肽。果蝇作为一种模式昆虫,为研究昆虫和人类的先天免疫发挥了重要作用。目前对果蝇体内免疫诱导产生的抗菌肽多基因家族在分子进化、抗菌功能的分子特征和免疫诱导表达的信号传递机制等方面的研究进展,进一步加深了人们对昆虫乃至其他动物和人类先天免疫模式的认识,为研究其他昆虫特别是作为主要农林害虫的鳞翅目昆虫的先天免疫机制发挥了重要作用。
我们从家蝇干蝇蛆中分离纯化出了一个新富甘氨酸抗菌肽selysin。通过在基因库对selysin同源搜索,我们在果蝇基因库发现了两个高度同源的富甘氨酸基因(GenBank accession no.nm_166597 and AY071315)。
为此我们进行了以下的研究:
1)通过序列分析和比对,我们设计并用RT-PCR方法从果蝇组织获得了一个成熟DNA片段,该片段是这两个基因富甘氨酸结构域的一部分,编码了一个氮端是丝氨酸,碳端是赖氨酸含有66个氨基酸残基的多肽SK66。
2)将富甘氨酸果蝇抗菌肽SK66基因的核心片段构建表达载体pET32a+中,经测序证实基因序列的正确性后。将该重组质粒转化表达菌株Ecoli BL21(DE3)。在不同温度、不同时间、不同OD值和不同IPTG浓度进行诱导,研究表明在37℃菌液OD 值0.8时诱导7小时蛋白表达量最高(IPTG 0.7 mM,AMP 100 ug/ml,0.3%Glu。获得了抗菌肽表达的最佳诱导条件。
3)通过亲和层析我们有效的纯化了SK66-his,每升诱导的大肠杆菌中能够纯化10毫克;通过最小抑菌浓度实验,其杀菌活性高低依次为:枯草杆菌>苏云金芽胞杆菌>金黄色葡萄球菌,最低杀菌浓度依次为:0.009、0.019、0.039μg/μl。铜绿假单孢菌和大肠杆菌的最低杀菌浓度在5μg/μl是没有检测到。对G+菌的杀灭作用比对G-菌强,对抗菌药物的开发有重要意义。
4)SK66-his能杀灭子宫颈癌细胞Hela。经SK66-his处理后,子宫颈癌细胞Hela的贴壁性很快被破坏,大量细胞悬浮并死亡。通过MTT实验,我们发现SK66-his能够显著抑制子宫颈癌细胞Hela的增殖。采用膜片钳技术,发现SK66-his能在DRG细胞上形成阳离子通道。说明SK66-his对癌细胞和细菌的杀灭机制可能相同:细胞膜出现大量穿孔、原生质泄漏,细胞破裂死亡。
5)为了研究SK66的抗菌机制,我们融合表达并纯化了一个融合蛋白Trx-SK66,用肠激酶(enterokinase)裂解该融合蛋白. 将裂解后的溶液多肽进一步用反相高效液相色谱(RP-HPLC)分离、收集各洗脱峰、冻干成功制备了AMA-SK66,该蛋白在SK66的氮端加了三个非极性氨基酸:2个丙氨酸和一个甲硫氨酸。通过对SK66-his、AMA-SK66和Trx-SK66三个蛋白杀灭细菌和癌细胞活性的比较,Trx-SK66没有杀灭细菌和癌细胞活性,AMA-SK66杀灭细菌和癌细胞活性大大降低,表明氮端氨基酸对SK66杀灭细菌和癌细胞活性很重要,尤其氮端氨基酸的极性。
总之,我们发现了一个新的衍生于果蝇的富甘氨酸具有生物活性的多肽,该多肽有抗菌和抗癌多种功能,能够很方便的大规模生产,具有潜在的商业价值。