拥挤体系对重组人脑型肌酸激酶去折叠与重折叠的影响

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蛋白质的体外折叠虽然已被广泛研究。但这些实验大多是在稀溶液中使用相对较低浓度蛋白质完成的,这种环境与真实活细胞内环境相差很大。在真实的细胞内环境中存在很多可溶和不可溶的拥挤分子,包括蛋白质、核酸、核糖体和碳水化合物等。这种拥挤的细胞内环境被称为“拥挤体系”,它们对蛋白质的折叠会产生很大的影响。肌酸激酶非常适用于研究蛋白质的折叠.然而,关于人脑型肌酸激酶在拥挤体系中的折叠研究尚属空白。本论文首先定量的研究了大分子拥挤体系对人脑型肌酸激酶折叠的影响,随之采用比较的方法考察了由小分子渗透剂和大分子拥挤试剂共同组成的混合拥挤体系对人脑型肌酸激酶折叠的影响。论文主要从平衡态和动力学的角度着手,对人脑型肌酸激酶折叠过程中的活性、构象以及聚沉情况进行了研究,同时结合分子对接模拟手段,推测出人脑型肌酸激酶在拥挤体系中的折叠途径,得到以下主要结论:(1)发现PEG2000和dextran70对0.5M GdnHCl诱导的rHBCK去折叠均具有保护作用。其中200g/L PEG2000对rHBCK活性和构象的保护作用最佳,变性1h后rHBCK仍有35%的残余活性,并可以将rHBCK去折叠反应动力学由一级双相变为一级单相,同时rHBCK的内源荧光光谱最大发射波长由336.5nm蓝移至332nm;两种大分子混合拥挤体系对rHBCK去折叠的保护效果不及单一大分子拥挤体系;相图结果表明大分子拥挤体系下GdnHCl诱导的rHBCK去折叠过程中应该存在更多的中间体。总之,大分子拥挤体系主要靠稳定去折叠中间体和改变去折叠反应速率的方式来保护rHBCK的去折叠。(2)大分子拥挤体系能够明显促进rHBCK重折叠过程中聚沉的发生,降低复性产率和反应速率。在PEG2000(100g/L)的体系中,聚沉的蛋白量从13%增加到67%,并且在由CT DNA与PEG2000或dextran70组成的混合拥挤体系中聚沉现象更为明显:较高浓度的PEG2000(100g/L)、dextran70(100g/L)以及CT DNA (15g/L)体系中,rHBCK的复性产率分别由70%降至20%、52%和57%。总之,大分子拥挤体系通过促进rHBCK聚沉、影响反应速率的方式干扰rHBCK的重折叠。(3)渗透剂与大分子拥挤试剂组成的混合拥挤体系对0.8M GdnHCl诱导的rHBCK去折叠有很好的保护作用,并且这种保护作用具有渗透剂浓度依赖性。与在稀溶液中相比,渗透剂在大分子拥挤体系中可以更大程度降低rHBCK去折叠反应的快相(K1,)和慢相(K2)反应速率,同时对rHBCK构象变化具有更好的保护作用;变性剂GdnHCl和渗透剂与rHBCK蛋白结构分子对接模拟结果表明,GdnHCl诱导的rHBCK变性之所以会被渗透剂阻断是因为GdnHCl与渗透剂在rHBCK蛋白结构上占有相同的结合位点。总之,拥挤体系中的渗透剂主要通过稳定天然态rHBCK和去折叠过程中的中间体,降低去折叠反应速率的方式保护了rHBCK的去折叠。(4)拥挤体系中的渗透剂能够增加rHBCK的复性产率、降低聚沉程度。与稀溶液相比,在大分子拥挤体系中,蔗糖、甘油和甘露醇都能更大程度的增加rHBCK复性产率、加快反应速率.150g/L的甘油可以使复性产率由19%增加到49%;蔗糖、甘油和甘露醇都能明显抑制rHBCK复性过程中的聚沉,大分子拥挤体系中的400g/L蔗糖可以将蛋白聚沉量由68%降低至18%;所有结果表明,拥挤体系中的渗透剂主要通过稳定重折叠过程中的中间体、加快复性速率和大幅度抑制聚沉发生的方式帮助rHBCK在大分子拥挤体系中进行重折叠。本文通过研究重组人脑型肌酸激酶在拥挤体系中的折叠,指出了拥挤体系中脑型肌酸激酶的折叠与稀溶液中的不同之处,旨在模拟细胞内环境并进一步建立拥挤体系的概念,从而帮助人们更加清晰的了解蛋白质在体内真实的折叠过程。
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