家蚕30K蛋白的结构功能及五龄血浆蛋白质组学研究

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家蚕不仅是一种重要的经济昆虫,同时也是研究昆虫生理和生化的重要模式生物。家蚕具有开放的血浆循环系统,特别是在五龄幼虫的变态发育时期,各种蛋白质由脂肪体合成并分泌到血浆中执行相应的功能,这些蛋白质对研究家蚕生理生化的机制非常重要。然而,对这些蛋白质的研究尚不透彻,如家蚕血浆中存在着一类分子量在30kDa左右的脂蛋白,被称为家蚕30K蛋白家族。它们无论是核苷酸序列还是蛋白质序列都很相似、同源性高,它们从脂肪体合成,之后分泌到血浆中,而且只从五龄幼虫变态发育时期开始特异表达。推测它们的功能可能涉及到脂肪酸的转运、胚胎发育、细胞程序化死亡及血浆天然免疫反应等等,但是有关家蚕30K蛋白的具体功能仍不清楚。我们对家蚕血浆30K蛋白进行天然分离并提纯、结晶,借助硒代甲硫氨酸和native重组蛋白的表达、纯化结晶,使用多波长反常散射法确定了30K蛋白Bmlp7的相位并解析了结构,其分辨率为1.91 ?。Bmlp7表现为典型的α+β结构,由两个完全分离的结构域构成:all-α的N端结构域(NTD)和all-β的C端结构域(CTD)。其中,CTD属于β-三叶草超家族结构域。与已知结构的14个β-三叶草家族成员相比较,30K蛋白家族为一个新的三叶草家族。推测Bmlp7的NTD可能具有结合脂的能力,而CTD存在结合糖的潜在位点,因而可能间接地参与昆虫天然免疫反应。然而,我们的实验未能检测到它与糖或者脂分子结合,可能该蛋白的天然底物不是我们试验中用的的糖或者脂分子,对这一蛋白的功能研究还需要进一步的深入研究。五龄血浆蛋白质中除了30K蛋白家族以外,还有很多功能和性质都未知的蛋白质。我们除了可以在基因组水平上研究家蚕基因的种类和功能之外,更可以从整体的角度分析家蚕血浆内蛋白质,同时从个体的角度对重要功能的蛋白质一一进行结构和功能的研究,从而揭示该蛋白质在家蚕生长发育时期中的重要作用。我们利用两种方法并行研究了家蚕在五龄幼虫阶段所表达的血浆蛋白质组。以一维SDS-PAGE和不同pH值的血浆溶液为基础分别进行胶内和溶液酶解,并结合多维液相色谱与质谱联用技术(LC-MS/MS)进行结果分析。鉴定出的289个蛋白质等电点分布从4-12,大多分子量分布在10-60kDa,它们的可溶性都很高。这些蛋白质通过NCBI比对和GO分类成12类,大多数蛋白质都与储存、防御、转运和代谢等相关,这与这个时期的生理生化变化是密不可分的。我们对其中一些高丰度蛋白质进行了进一步的分析,如30K蛋白从五龄初期出现到蚁蚕时期消失,可能与它们的功能密切相关。对血浆蛋白质组的研究不仅可以从整体了解家蚕血浆内蛋白质的成分和分布,以及它们与家蚕生理周期的关系,而且也为以后的研究这些蛋白质的功能打下了基础。
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