正文 第五節 重組蛋白包涵體的純化(3 / 3)

6.影響複性效率的因素

影響複性效率的因素有很多,主要包括:

① 蛋白質的複性濃度:正確折疊的蛋白質的得率低通常是由於多肽鏈之間的聚集作用,蛋白質的濃度是使蛋白質聚集的主要因素,因而,一般濃度控製在0.1~1mg/mL;如果變性蛋白質加入複性液中過快,容易形成絮狀沉澱,可能是蛋白質重新凝聚的緣故。所以我們采用在水浴和磁力攪拌下,逐滴加入變性蛋白質,使變性蛋白質在複性液中始終處於低濃度狀態。

② pH和溫度:複性緩衝液的pH必須在7.0以上,這樣可以防止自由硫醇的質子化作用,影響正確配對的二硫鍵的形成,過高或過低會降低複性效率,最適宜的複性pH一般是8.0~9.0。

此外,影響複性效率的因素還有變性劑的起始濃度和去除速度、氧化還原電勢、離子強度、共溶劑和其他添加劑的存在與否等。

(三)重組蛋白包涵體純化

重組蛋白包涵體的純化步驟總體包括溶解、複性、色譜等手段,並以SDS-PAGE、蛋白質印跡等進行檢測鑒定。這裏以大腸杆菌中表達重組麥芽糖結合蛋白MBP-Rep為例,闡述對形成的包涵體進行分離純化,包括分離、溶解、複性、離子交換、多糖樹脂親和層析。

1.純化過程

(1)MBP-Rep融合蛋白溶解性分析收集誘導細胞,溶於1mL,50mmol/L Tris緩衝液,pH分別取8.5、8.0和7.4,其中含100mmol/L NaCl。經超聲破碎(300W,總時間2min,脈衝振蕩,開5s停5s),溶菌液冰浴30min後,4℃下15000r/min,離心20min,所得上清液、沉澱分別收集。沉澱以1mL相應Tris緩衝液溶解,等量的沉澱溶液與上清液分別走10%SDS-PAGE。

(2)包涵體準備、提取從1L發酵液中收集誘導細胞,細胞以0.85%鹽溶液洗滌2次。將細胞以10mL/mg溶於Tris緩衝液(50mmol/L,pH8.5),超聲振蕩(300W,每間隔9s振蕩9s,5min)。於4℃,8000r/min離心20min。以TTN緩衝液(pH8.5,50mmol/L Tris、100mmol/L NaCl、2%曲拉通X-100)洗滌2次,以TN緩衝液(pH8.5,50mmol/L Tris、100mmol/L NaCl)洗滌1次。

(3)溶解、複性加Tris-Urea緩衝液(pH8.5,50mmol/L Tris、0.1mol/L NaCl、4mol/L尿素),37℃下靜置5h。20℃、15000r/min離心20min,去沉澱,取上清溶液,4℃下加入其10倍體積的複性緩衝液[pH8.5,50mmol/L Tris、0.1mol/L NaCl、10%(體積分數)甘油、0.2%聚氧乙烯月桂醚(C12E9)、Sigma],緩衝液以5mL/h速度加入並緩慢攪拌,攪拌過夜,然後超濾濃縮(Amicon,Millipore)。

(4)IEC10mL柱填充3mL陰離子交換劑(Q-Sepharose;Sigma-Aldrich Corp.),以平衡緩衝液(pH8.5,50mmol/L Tris、0.1mol/L NaCl、10%甘油和0.2%C12E9)平衡,蛋白液以流速15mL/h上樣,再用上述複性緩衝液洗滌,然後以不含去垢劑C12E9的相同緩衝液洗滌,最後以NaCl梯度洗脫(50mmol/L~1mol/L,間隔25mmol/L),不含去垢劑。

(5)多糖樹脂親和色譜(MBP對多糖的親和作用)20mL柱裝3mL多糖樹脂,以平衡緩衝液(pH8.5,25mmol/L Tris-HCl、325mmol/L NaCl、1mmol/L EDTA、1mmol/L PMSF、10%甘油)平衡,將混合的MBP-Rep部分(雜蛋白帶最少的)上樣,以複性緩衝液洗滌(5倍床層體積),然後分別用含200mmol/L、100mmol/L NaCl的緩衝液洗滌。最後用含麥芽糖的洗脫緩衝液(pH8.5,25mmol/L Tris-HCl、100mmol/L NaCl、1mmol/L EDTA、1mmol/L PMSF、10%甘油、10mmol/L麥芽糖)洗脫。

(6)MBP-Rep融合蛋白分析活性分析實驗:26-nt寡核苷酸(5′-GCTATAATATT*ACCTGAGTGCCCCGC-3′)構成Rep蛋白識別位點(*),可與Rep共價結合。二者在22℃下,反應緩衝液(pH7.6,25mmol/L Tris-HCl、300mmol/L NaCl、5mmol/L MnCl2、1mmol/L EDTA、1mmol/L DTT)中反應30min。然後加入2×SDS-PAGE樣品緩衝液(10μL),94℃下保溫5min。再進行12%SDS-PAGE電泳(50V×15h),以MilliQ水洗3次,加固定液(40%甲醇、10%乙酸),過夜。MilliQ水衝洗3次,用考馬斯亮藍染色3~5h。

對照實驗:以不含上述識別序列位點、但等長的寡核苷酸代替。

2.實驗結果與分析

MBP是作為分子伴侶,能提高蛋白質溶解性,幫助折疊,保護重組蛋白Rep免受蛋白酶降解,增強蛋白質穩定性,能減少包涵體形成。據報道成熟MBP蛋白分子質量為40ku,預測目的蛋白MYMIV-Sb[MP]Rep大小為41.2ku,因此融合蛋白MBP-Rep應該是81.2ku,這與IPTG誘導表達結果一致。

經誘導表達的細胞總蛋白質中含有很明顯的分子質量約80ku的重組蛋白,而對照細胞則沒有,另外從其他條帶比較,誘導細胞與對照細胞的蛋白質基本一致,隻是條帶比較淡些,推測是重組蛋白高表達影響到細胞自身正常代謝。

即使在MBP存在下,重組蛋白還是有相當部分形成包涵體,因此對包涵體的提取、複性、分離、純化是必要的。比較pH分別在8.5、8.0、7.4下的溶解性,差別不大,選用pH8.5,在後續分離純化過程所選用的緩衝液也都設定pH8.5。複性、純化效果,可以看出經洗滌後的包涵體蛋白質與細胞總蛋白質有所差別,經折疊複性後蛋白質得到一定純化,經離子交換後的蛋白質主要有3條帶,經親和色譜後蛋白質隻剩80ku一條。

對複性純化後蛋白質的活性鑒定表明,該蛋白能識別含有(5′-GCTATAATATT*ACCTGAGT GCCCCGC-3′)特異序列的寡核苷酸,看出多出了一條分子質量較大的帶,即MBP-Rep-DNA複合物,證明重組蛋白經正確折疊,有生物活性。

另外,以蛋白質印跡分析表明,不論是單獨的融合蛋白MBP-Rep,還是MBP-Rep-DNA複合物,都能Rep對應的抗血清產生免疫反應,顯示出來,也同時證明其有效折疊。