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        中華大蟾蜍EDF-1重組蛋白的原核表達、純化及抗血清的制備

        2018-11-07 08:58:40劉怡君賈宇坤王玲芳劉虹杏楊仙玉
        生物技術(shù)通報 2018年10期
        關(guān)鍵詞:小鼠檢測

        劉怡君 賈宇坤 王玲芳 劉虹杏 楊仙玉

        (浙江農(nóng)林大學(xué)動物科技學(xué)院,臨安 311300)

        內(nèi)皮分化相關(guān)因子-1(Endothelial differentiation related factor-1,EDF-1)最早是在HIV-1-Tat處理的人類內(nèi)皮細(xì)胞中分離的,具有抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞分化的作用[1-2],而腫瘤的生長和演進需要形成新血管來提供營養(yǎng)物質(zhì),抑制腫瘤新血管的形成可以控制腫瘤的生長。

        以蟾蜍(Bufo)為基源的蟾皮、蟾酥和蟾衣等,作為傳統(tǒng)中藥,具有解毒、抗菌、增強免疫力以及抗腫瘤等多種藥理作用[3-5],廣泛應(yīng)用于多種疾病的臨床治療,包括腫瘤的治療[6-9]。由干蟾皮制成的水溶性注射液——華蟾素,具有良好的抗腫瘤效果,且已有實驗表明,其抗腫瘤的有效成分是多肽類物質(zhì)[10-13]。

        作者所在團隊多年來從事蟾蜍皮膚相關(guān)功能性蛋白的基因克隆研究,以分析蟾蜍皮膚中含有的多肽類有效成分[13-17]。為能更好地挖掘蟾蜍皮膚的藥用價值和新藥開發(fā)潛能,作者嘗試將中華大蟾蜍(B. gargarizans)EDF-1開放閱讀框(Open reading frame,ORF)[17]亞克隆至原核表達載體誘導(dǎo)其重組蛋白的表達,但是未能成功。因此本研究對中華大蟾蜍EDF-1的ORF進行了密碼子優(yōu)化,并委托公司合成和構(gòu)建原核表達重組質(zhì)粒。本文將報告通過密碼子優(yōu)化構(gòu)建中華大蟾蜍EDF-1原核表達載體的方法,重組蛋白的誘導(dǎo)表達及純化以及制備鼠抗重組中華大蟾蜍EDF-1的抗血清等的實驗結(jié)果,為后續(xù)研發(fā)抑制內(nèi)皮細(xì)胞分化的相關(guān)制劑提供實驗依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        1.1.1 實驗動物 ICR小鼠和鼠飼料購于浙江省實驗動物中心,小鼠為40日齡健康的雌鼠。

        1.1.2 實驗材料 大腸桿菌(E. coli)感受態(tài)細(xì)胞BL21(DE3)、PVDF膜、Protein Maker、異丙基 -β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)、卡那霉素(Kanamysin,Kan)、小鼠抗His-tag抗體和辣根過氧化酶標(biāo)記山羊抗小鼠抗體購自碧云天生物技術(shù)研究所;X-tractor和BeyoGoldTMHis-tag Purification Resin(鈷膠)購自Clontech公司;基因合成委托蘇州金維智生物科技有限公司;弗氏完全佐劑和弗氏不完全佐劑購于Sigma公司。

        1.2 方法

        1.2.1 重組表達載體的構(gòu)建 在前期工作中構(gòu)建的原核表達載體不能在宿主大腸桿菌順利表達,考慮可能因密碼子的偏好性,真核細(xì)胞的密碼子在原核細(xì)胞中存在識別困難。通過E. coliCodon Usage Analysis 2.1軟件進行密碼子的偏好性分析。根據(jù)上述結(jié)果,對方琦璐等[17]克隆的中華大蟾蜍EDF-1(GenBank 登錄號K F769459)的ORF委托公司進行密碼子優(yōu)化,化學(xué)合成,并連接到原核表達載體pET-28b,構(gòu)建密碼子優(yōu)化后的重組質(zhì)粒pET-28b-EDF-1-Bufo。

        1.2.2 重組蛋白的誘導(dǎo)表達 將重組質(zhì)粒pET-28b-EDF-1-Bufo轉(zhuǎn)化至感受態(tài)細(xì)胞BL21(DE3)中,涂布于LB固體培養(yǎng)基(含50 mg/L Kan),37℃倒置培養(yǎng)12-15 h。次日,取一單菌落接種于l mL LB培養(yǎng)液(含50 mg/L Kan),37℃恒溫振蕩培養(yǎng)12-15 h。將過夜培養(yǎng)的菌液按l %的體積接種于LB培養(yǎng)液(含50 mg/L Kan),在37℃恒溫震蕩培養(yǎng)至OD600值0.7-1.0時,加入IPTG使其終濃度分別為0、0.001、0.01、0.1、1 mmol/L,并在30℃和37℃分別進行重組蛋白的誘導(dǎo)表達。每隔1 h收集一次菌液,通過離心收集菌體,加入1×SDS-PAGE上樣緩沖液裂解菌體并進行聚丙烯酰氨凝膠電泳(SDS-PAGE)以探索重組蛋白誘導(dǎo)表達的最佳條件。使用His-tag單克隆抗體進行Western-blot以確定過量表達蛋白為目的蛋白。

        1.2.3 可溶性檢測及純化 按上述最佳條件,對重組中華大蟾蜍EDF-1進行大量誘導(dǎo)表達。在收集的0.5 mL 培養(yǎng)的菌體中加入 40 μL X-tractor、0.05 μL DNaseⅠ和0.5 μL 12 mg/mL溶菌酶使菌體徹底裂解,然后16 100×g離心20 min,將分離的上清和沉淀分別進行SDS-PAGE。根據(jù)可溶性檢測結(jié)果,收集上清,按照鈷膠使用說明,取2 mL鈷膠(含1 mL儲存液)加入純化柱內(nèi),用平衡液(pH 8.0)置換儲存液后,加入上清使其與鈷膠混合1 h,然后用2mmol/L 咪唑溶液(pH 8.0)洗滌5次,150 mmol/L咪唑溶液(pH 8.0)洗脫,純化的重組蛋白作為制備抗血清的抗原。

        1.2.4 小鼠抗重組中華大蟾蜍EDF-1抗血清的制備及其特異性和效價檢測 將純化的重組中華大蟾蜍EDF-1(蛋白濃度約1.5 μg/L)35 mL與弗氏完全佐劑1∶1混勻,在小鼠皮下多點注射;兩周后再與弗氏不完全佐劑1∶1混勻皮下注射,該步驟每周重復(fù)一次,共免疫4次。最后一次免疫一周后心臟采血,1 500×g離心30 min,上清即小鼠抗重組中華大蟾蜍EDF-1抗血清??寡宓奶禺愋酝ㄟ^Western-blot進行檢測。效價檢測使用間接ELISA,以純化的重組中華大蟾蜍EDF-1(2 μg/mL)為抗原,以小鼠抗重組中華大蟾蜍EDF-1抗血清為一抗,抗血清從最低稀釋倍數(shù)1∶1000連續(xù)2倍比稀釋。顯色后,進行OD450檢測,若抗血清與陰性對照的比值(P/N)≥2.1,即判定為有效效價。

        2 結(jié)果

        2.1 重組質(zhì)粒pET-28b-EDF-1-Bufo的獲得

        根據(jù)E. coliCodon Usage Analysis 2.1軟件分析結(jié)果(圖1)顯示中華大蟾蜍EDF-1有16%密碼子在大腸桿菌中使用頻率小于10%,存在識別困難的問題。委托公司優(yōu)化中華大蟾蜍EDF-1ORF 的密碼子并合成(圖2),連接至原核表達載體,最終構(gòu)建pET-28b-EDF-1-Bufo重組質(zhì)粒。

        圖1 中華大蟾蜍EDF-1序列與大腸桿菌密碼子偏好性分析

        2.2 重組中華大蟾蜍EDF-1誘導(dǎo)表達條件的優(yōu)化

        將重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入E. coliBL21(DE3)后,使用不同的IPTG濃度、時間和溫度誘導(dǎo)重組中華大蟾蜍EDF-1的表達。SDS-PAGE結(jié)果(圖3)顯示,除對照組和IPTG濃度為0.001 mmol/L的樣品外,其他樣品均在20 kD附近出現(xiàn)明顯過量表達的蛋白,與預(yù)測的分子量19.662 kD非常接近,并且隨誘導(dǎo)時間的延長和IPTG濃度的增加表達量增加。為減少重組蛋白進入包涵體以及恒溫振蕩器的使用方便,選取37℃(實驗室常用)、0.01 mmol/L IPTG和誘導(dǎo)3 h作為最佳表達條件。

        2.3 可溶性檢測

        可溶性檢測(圖4)表明,重組中華大蟾蜍EDF-1蛋白主要分布于上清中,小部分分布于包涵體中。

        2.4 重組目的蛋白的免疫印跡檢測

        為確定過量表達重組蛋白是目的蛋白,使用His-tag抗體作為一抗實施Western-blot檢測。結(jié)果(圖5,泳道2和4)顯示,IPTG誘導(dǎo)的樣品在分子量20 kD附近出現(xiàn)明顯的信號,與SDS-PAGE結(jié)果吻合,表明該蛋白確實為目的蛋白。

        圖2 中華大蟾蜍EDF-1優(yōu)化前和優(yōu)化后ORF堿基序列

        圖3 重組中華大蟾蜍EDF-1在不同溫度、IPTG濃度、時間條件下的誘導(dǎo)表達

        圖4 重組中華大蟾蜍EDF-1可溶性檢測

        圖5 重組中華大蟾蜍EDF-1的Western-blot檢測

        2.5 小鼠抗EDF-1-Bufo抗血清的特異性及其效價檢測

        Western-blot檢測結(jié)果(圖6)顯示,小鼠抗重組中華大蟾蜍EDF-1的抗血清特異性良好。檢測OD450結(jié)果(表1)顯示,抗血清稀釋倍數(shù)達到1∶8 000時,P/N值為3.1,大于2.1,稀釋倍數(shù)達到1∶16 000時,P/N值為2.01,小于2.1,故該抗血清效價為1∶8 000。

        圖6 重組中華大蟾蜍EDF-1以抗血清為一抗的Westernblot檢測

        表1 EDF-1-Bufo ELISA檢測效價結(jié)果

        3 討論

        內(nèi)皮細(xì)胞是位于血管內(nèi)表面的單層扁平上皮細(xì)胞,組成血管的內(nèi)壁。因此,無內(nèi)皮細(xì)胞的分化,就沒有新血管的形成。臨床與動物實驗證明,腫瘤的生長及演進也需要通過生成新血管為其提供所需營養(yǎng)[18]。沒有新生血管的營養(yǎng)供應(yīng),腫瘤在直徑或厚度達到1-2 mm后將不再增大,因此抑制腫瘤血管生成的研究是當(dāng)前的研究熱點之一[19-20]。

        EDF-1具有抑制內(nèi)皮細(xì)胞分化的作用,能夠阻斷新血管生成。EDF-1不僅在人類的內(nèi)皮細(xì)胞中分離得到[1],在小鼠、壁虎中也克隆到該蛋白編碼的基因[2]。研究發(fā)現(xiàn),血管的形成和血管完整性與一氧化氮(NO)在組織中的濃度息息相關(guān),而EDF-1可以通過與細(xì)胞質(zhì)中的鈣調(diào)素結(jié)合,降低一氧化氮合成酶的活性,從而減少NO的含量[21-24]。又有研究發(fā)現(xiàn),EDF-1與家蠶(Bombyx mori)的MBF-1(Multiprotein Bridging Factor-1)和盤基網(wǎng)柄菌(Dictyostelium discoideum)早期發(fā)育相關(guān)的H7高度同源,因此有人提出,EDF-1可能是轉(zhuǎn)錄激活因子,通過結(jié)合通用轉(zhuǎn)錄因子TBP(TATA Binding Protein)調(diào)節(jié)基因的表達,進而參與內(nèi)皮細(xì)胞分化的抑制,但此觀點有待進一步驗證[1,25-26]。

        4 結(jié)論

        本研究首次優(yōu)化中華大蟾蜍EDF-1ORF的密碼子,構(gòu)建其原核表達載體,明確重組中華大蟾蜍EDF-1原核表達的最佳條件,獲得特異性和效價優(yōu)良的小鼠抗中華大蟾蜍重組EDF-1的抗血清,為今后對EDF-1生理功能等進一步研究奠定了良好基礎(chǔ)。

        在中華大蟾蜍皮膚中EDF-1的發(fā)現(xiàn)揭示蟾蜍皮膚相關(guān)藥物中,EDF-1很可能是其中的多肽類有效成分之一。

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