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链霉菌139(Streptomyces sp.139)能分泌一种新型胞外多糖依博素(Ebosin),药效学研究表明其在体内具有明显的抗类风湿性关节炎作用,有可能发展成为新型药物。
依博素的生物合成基因簇(ste)已被克隆和鉴定,它包含27个完整的开放阅读框架(stel—ste27)。本实验室已对其中多个重要功能基因进行了深入研究,本文的研究对象为ste8、ste9和ste15基因。
生物信息学分析表明ste8基因的编码产物含有链长决定蛋白Wzz结构域,Wzz结构域参与脂多糖的生物合成并起着链长决定的作用。为了确定该基因在依博素生物合成中的功能,采用基因同源重组双交换的策略对ste8进行了基因的敲除,获得了ste8基因阻断株Streptomyces sp.139(ste8)。和依博素相比,基因阻断株产生的多糖EPS—8m中岩藻糖、木糖和葡萄糖含量降低明显;对IL-1R拮抗活性显著降低。出现了两个不同分子量的新多糖,Mp分别为40.03×104和2.57×104,显著低于依博素分子量,基本验证了ste8在依博素生物合成中对多糖链长起控制作用。
根据基因同源性分析,ste9基因的编码产物含有链长决定蛋白Wzz的结构域,可能对多糖链长也起决定的作用。采用同前方法获得了ste9基因阻断株Streptomycessp.139(ste9—)。基因阻断株产生的多糖EPS—9m中岩藻糖、木糖和葡萄糖含量降低明显。部分IL-1R拮抗活性丧失。也出现了两种新多糖,Mp分别为41.85×104和1.4061×104,均明显低于依博素的分子量,说明ste9在依博素生物合成中对多糖链长也起控制作用。
对ste8和ste9进行了基因双敲除,EPS8—9m中岩藻糖、木糖和葡萄糖降低比较明显;对IL-1R的拮抗活性较低。EPS8—9m含两个不同分子量的新多糖,Mp分别为41.37×104和1.4×104,均大大低于依博素,结果进一步确定了ste8和ste9在依博素生物合成中对多糖链长起控制作用。
为研究Ste15的生物化学性质,在大肠杆菌中成功克隆表达了ste15基因,采用连续偶联分光光度法,确定了该蛋白为葡萄糖糖基转移酶,该酶能从UDP—葡萄糖转移葡萄糖至细胞膜的葡萄糖接受体,在依博素生物合成中重复单元增长链的延长中起重要作用。
本研究首次确定了ste8和ste9在依博素生物合成中对多糖链长起主要作用。获得的依博素新衍生物将为多糖结构与活性关系研究奠定基础,并可能对新多糖药物发展起推动作用。