一種結合蛋白的生物表達和化學裂解技術生產多肽的方法
2023-09-14 23:04:55 1
專利名稱：一種結合蛋白的生物表達和化學裂解技術生產多肽的方法
技術領域：
本發明涉及一種多肽的製備方法，尤其涉及一種結合蛋白的生物表達和化學裂 解技術生產多肽的方法。
背景技術：
多肽是化學學科研究的一項重要內容，在生化，醫藥，免疫和基因科學等學科 和領域都起了巨大的推動作用。長期以來，幾乎所有多肽合成的研究都是以胺基酸為原 料通過化學合成方法來進行的。這種方法步驟麻煩、成本較高，使得多肽類材料的應用 受到限制。隨著科技的發展，生產肽的方法也在不斷發展。五六十年代，主要是從動物髒 器獲取肽。後來又發展到液相合成法。1963年，R.B.Merrifield創立了將多肽羧基端的 胺基酸固定在不溶性樹脂上，然後在此樹脂上依次偶聯胺基酸，延長肽鏈、合成多肽的 固相合成法。多肽固相合成技術的發明促進了肽合成的自動化，但只能用於小規模的實 驗室合成，並且對有些序列的多肽，如多個疏水胺基酸，連續的大側鏈基團的胺基酸， 合成非常困難。隨著蛋白表達技術的成熟，多肽也應用到這種技術。然而，直接在大腸桿菌中 表達多肽都不能成功，主要是由於多肽是線性不摺疊的小分子，在大腸桿菌中容易被降 解。由於多肽分子量較小，難以通過常規的電泳技術來檢測。為了解決這個問題，人 們嘗試著將多肽融合到一個載體蛋白的C端。這種融合多肽可以在大腸桿菌中表達、純 化，利用蛋白酶將多肽切下。但這種方法主要存在以下缺點融合蛋白比較大，導致多 肽的表達量比較低；切割時，會發生非特異性切割，由此而產生一些雜肽，增加純化的 難度；所使用的酶，價格比較貴；無法對沉澱的包涵體蛋白進行切割。由於以上缺點也 造成這種技術不能得到廣泛利用。為克服這些缺點，我們發明了一種結合蛋白的生物表 達和化學裂解技術生產多肽的新方法。本方法產量高、成本低、易於純化，重組多肽即 使以包涵體的形式表達，也可以進行切割。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種結合蛋白的生物表達和化學裂解技術生產 多肽的方法，以克服現有技術的不足，按本發明方法製備的多肽產量高，成本低，環境 汙染少，且易實現大規模生產。為解決上述技術問題，本發明提供了一種結合蛋白的生物表達和化學裂解技術 生產多肽的方法，該方法以葡萄球菌核酸酶為載體蛋白，將目的多肽融合在葡萄球菌核 酸酶的C端，在葡萄球菌核酸酶和目的多肽之間有一個半胱氨酸，葡萄球菌核酸酶-多 肽的融合蛋白在大腸桿菌中表達，並純化；然後多肽通過化學裂解技術從葡萄球菌核酸 酶-多肽融合蛋白上切割下來；該方法具體包括如下步驟(1)基因合成葡萄球菌核酸酶-多肽(Staphlococcal nuclease -Peptide)的鹼基序列，經過雙酶切該鹼基序列和表達載體序列，純化雙酶切的兩個序列，將鹼基序列與表 達載體序列進行連接，這就是構建的表達載體；通過酶切、測序鑑定構建的表達載體是 否準確；(2)轉化表達載體到表達宿主細胞，並進行誘導表達重組多肽；(3)收集、破碎細菌，純化表達的重組多肽；(4)以乙醇為溶劑，沉澱並收集純化的重組多肽；(5)將沉澱的重組多肽重溶於鹽酸胍緩衝液，加入DTT和NTCB ；(6)溶液pH調至9.0-9.5進行切割；(7)將切割混合物過柱進行純化。本方法的關鍵創新是如下3點(1)引入葡萄球菌核酸酶基因作為重組蛋白_多肽的載體。葡萄球菌核酸酶的表達產率非常高，純化非常簡單。只需過一次SP-Sepharose(SP瓊脂 糖凝膠)層析柱，就可達到95%以上的純度。(2)利用半胱氨酸的氰基化反應，重組蛋白_多肽的切割採用特異性化學裂解 法，這種切割法具有較高的特異性.它只能特異的切割x-Cys之間的化學鍵，χ可以為任 何殘基，切割產物為葡萄球菌核酸酶、少量未被切割的葡萄球菌核酸酶-多肽融合蛋白 及目的多肽。多肽可以通過過一次SP瓊脂糖凝膠層析柱得到純化。(3)這種切割要在尿素或鹽酸胍條件下進行，因此即使載體蛋白_多肽的融合蛋 白以包涵體形式表達，切割也不受影響。本發明的以上特點解決了其它方法所存在的主要問題，這是一種高產量、低成 本的生產多肽方法。在本發明中，重組表達載體可以用本領域熟知的方法引入宿主細胞，這些方法 包括電轉化法，氯化鈣法，基因槍法等。將外源重組載體導入宿主細胞的過程稱為
「轉化」。通過培養宿主細胞，誘導所需蛋白的表達，並通過本領域所熟知的蛋白分離 技術，如柱層析等得到所需的蛋白質。在本發明中，術語「宿主細胞」包括原核細胞和真核細胞。常用的原核細胞如 大腸桿菌，枯草桿菌等。常用的真核細胞如酵母細胞，或各種動植物細胞。本發明優選 的表達宿主細胞為大腸桿菌BL21 (DE3)。本發明的有益效果在於採用生物學方法結合蛋白的生物表達和化學裂解技術 製備多肽，產量高，成本低，易於純化，環境汙染少。重組多肽即使以包涵體的形式表 達，也可以進行切割。本發明的方法便於工業化實施，具有較大的產業化前景。
圖1是本發明實施例2中重組多肽的誘導表達示意圖，其中，1表示重組 多肽表達菌株BL21 (DE3)/SNase-peptide_pET2Ia誘導前；2表示重組多肽表達菌株 BL21 (DE3) /SNase-peptide-pET21a, 0.4mM IPTG 誘導 4 小時後。圖2是本發明實施例5中重組多肽經NTCB (2_硝基_5_硫氰苯甲酸)切割為目 的多肽的示意圖，其中，1表示表達的重組多肽切割前；2表示表達的重組多肽切割後。圖3是本發明實施例6中切割混合物過C18柱後的示意圖，其中第一個峰即為舉例的多肽峰。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的說明。應理解，這些實施例僅 用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。下列實施例中未註明具體條件的實驗方 法，通常按照常規條件，例如Sambrook等人，分子克隆實驗室手冊(New York Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989)中所述的條件，或按照製造廠商所建議的條件。實施例1構建表達載體基因合成葡萄球菌核酸酶-多肽(Staphlococcal nuclease-Peptide)的鹼基序列(如
SEQ ID NO 1所示的序列，委託上海捷瑞生物工程有限公司合成)；基因合成葡萄球菌 核酸酶_多肽的鹼基序列的方法按常規的基因合成方法，如根據葡萄球菌核酸酶_多肽 (Staphlococcal nuclease -Peptide)的鹼基序列合成一組引物，分別進行PCR擴增，最後拼 接為整段目的基因。之後，採用限制性內切酶位點NdeI和XhoI進行雙酶切合成的鹼基 序列(SEQ ID NO 1)、pET21a表達載體序列(購自Novagen)，通過DNA快速連接試劑 盒(GK6001)(購自上海捷瑞生物工程有限公司)連接兩個酶切的序列，這就是構建的表 達載體。將構建好的表達載體轉化到DH5a菌株(購自上海捷瑞生物工程有限公司)，塗 平板，37°C培養過夜。第二天挑取單菌落培養過夜，通過質粒小量製備試劑盒(離心柱 型，GK2001)(購自上海捷瑞生物工程有限公司)抽提質粒，進行限制性內切酶位點Nde I和Xho I雙酶切鑑定。並送雙酶切檢測正確的菌落到測序公司(上海美季生物技術有限 公司)進行測序鑑定。實施例2轉化表達載體到表達宿主，並進行誘導表達重組多肽通過熱激法(參考分子克隆)轉化表達載體到表達宿主菌大腸桿菌BL21 (DE3) (購自上海捷瑞生物工程有限公司)，獲得重組基因工程表達菌株BL21(DE3)/ SNase-peptide-pET21a0 在 37 °C 培養表達菌株 BL2I (DE3) /SNase-peptide-pET21a 至 OD700nm約為1.0，加入終濃度為0.4mM IPTG(異丙基-β _D_硫代半乳糖苷，購自上海 生工生物工程技術服務有限公司)，37°C誘導表達4小時，誘導表達結果見圖1。實施例3收集、破碎細菌，純化表達的重組多肽通過離心收集誘導表達的菌株BL21(DE3)/SNase-peptide_pET21a，超聲波破碎 細菌，13000rpm離心20分鐘。收集沉澱重懸於50mM tirs，8MUrea，pH8.0緩衝液，室 溫攪拌1小時，13000rpm離心20分鐘。上清液過SP-sepharose(SP-瓊脂糖凝膠)柱。
具體步驟如下1，3-5 倍體積 50mM tirs, 8M Urea, pH8.0 緩衝液平衡 SP-sepharose ；2，上清液上柱；3，3-5 倍體積 50mM tirs, 8M Urea, pH8.0 緩衝液洗滌 SP-sepharose ；4，0.05mMNaCl, 50mMtirs, 8M Urea, pH8.0 緩衝液洗滌 SP-sepharose ；5，0.08mM NaCl, 50mM tirs, 8M Urea, pH8.0 緩衝液洗脫 Staphlococcal nuclease-Peptid(葡萄球菌核酸酶-多肽)重組多肽。實施例4收集純化的重組多肽用乙醇來沉澱純化的重組多肽，乙醇與重組多肽溶液混合的體積比為3 1，4°C放置過夜，13000rpm離心20分鐘，收集沉澱。實施例5切割重組多肽將乙醇沉澱的重組多肽重懸於6M鹽酸胍，50mMtris (三羥甲基氨基甲烷)，pH 8.0的溶液中，室溫，攪拌重溶1小時，13000rpm離心20分鐘。取上清，計算重組多肽 溶液中巰基濃度，加入3倍於巰基濃度的DTT量，37°C攪拌放置1小時。再加入10倍 於此時重組多肽溶液中巰基濃度(包括半胱氨酸和DTT)的NTCB (2-硝基-5-硫氰苯甲 酸，購自sigma)量，37°C攪拌20分鐘。將上述混合物pH值調至9.0-9.5，37°C攪拌切 割16-20小時，切割結果見圖2，重組多肽經NTCB切割為目的多肽。實施例6純化切割的重組多肽將實施例5的切割混合物過C18柱(購自北京創新通恆科技有限公司)進行純 化，具體步驟如下1，5%乙腈溶液平衡C18柱(250*3.2mm)30分鐘；
2，將實施例5的切割混合物過0.45um膜過濾，再上C18柱；
3，去離子水洗柱30分鐘；
4，再用不同濃度的乙腈水溶液，洗脫重組多肽。
實驗結果見圖3，其中第一個峰即為舉例的多肽峰。
序列表
上海立凱德生物技術有限公司
一種結合蛋白的生物表達和化學裂解技術生產多肽的方法
NP-09-13412
1
PatentIn version 3.3
1
480
DNA
葡萄球菌核酸酶-多肽(Staphlococcal nuclease-Peptide)
1
catatggcaa cttcaacttt aattaaagcg attgatggtg atacggttaa attaatgtac60
aaaggtcaac caatgacatt cagactatta ttggttgata cacctgaaac aaagcatcct120
aaaaaaggtg tagagaaata tggtcctgaa gcaagtgcat ttacgaaaaa aatggtagaa180
aatgcaaaga aaattgaagt cgagtttgac aaaggtcaaa gaactgataa atatggacgt240
ggettagcgt atatttatgc tgatggaaaa atggtaaacg aagctttagt tcgtcaaggc300
ttggctaaag ttgcttatgt ttacaaacct aacaatacac atgaacaaca tttaagaaaa360
agtgaagcac aagcgaaaaa agagaaatta aatatttggt gcaaaggcca tcagcgtgtg420
gtgaccctgg cgcagcatat tagcgaagtg attacccagg attatacccg ttgactcgag480
權利要求
1.一種結合蛋白的生物表達和化學裂解技術生產多肽的方法，其特徵在於，該方法 以葡萄球菌核酸酶為載體蛋白，將目的多肽融合在葡萄球菌核酸酶的C端，在葡萄球菌 核酸酶和目的多肽之間有一個半胱氨酸，葡萄球菌核酸酶-多肽的融合蛋白在大腸桿菌 中表達，並純化；然後多肽通過化學裂解技術從葡萄球菌核酸酶-多肽融合蛋白上切割 下來；該方法具體包括如下步驟(1)基因合成葡萄球菌核酸酶-多肽的鹼基序列，經過雙酶切該鹼基序列和表達載體 序列，純化雙酶切的兩個序列，將鹼基序列與表達載體序列進行連接，這就是構建的表 達載體；通過酶切、測序鑑定構建的表達載體是否準確；(2)轉化表達載體到表達宿主細胞，並進行誘導表達重組多肽；(3)收集、破碎細菌，純化表達的重組多肽；(4)以乙醇為溶劑，沉澱並收集純化的重組多肽；(5)將沉澱的重組多肽重溶於鹽酸胍緩衝液，加入DTT和NTCB；(6)溶液pH調至9.0-9.5進行切割；(7)將切割混合物過柱進行純化。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(1)具體為以葡萄球菌核酸酶 為融合多肽片段的載體，採用限制性內切酶位點Nde I和Xho I進行雙酶切合成的鹼基序 列、pET21a表達載體序列，通過連接試劑盒連接兩個酶切的序列，這就是構建的表達載 體；通過酶切、測序鑑定構建的表達載體是否準確。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(2)通過熱激法轉化表達載體到表 達宿主菌 BL21 (DE3) 37 °C 培養表達菌株 BL21 (DE3) /SNase-peptide-pET21a 至 OD700nm 為1.0，加入終濃度為0.4mM IPTG，37°C誘導表達4小時。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(3)通過超聲波破碎細菌，過SP 瓊脂糖凝膠純化表達的葡萄球菌核酸酶重組多肽。
5.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(4)中用乙醇來沉澱純化的重組多 肽，乙醇與重組多肽溶液混合的體積比為3 1。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(5)中將乙醇沉澱的重組多肽重懸 於6M鹽酸胍，50mMtris，pH 8.0的溶液中，室溫，攪拌重溶1小時，13000rpm/min離 心20分鐘；取上清，計算重組多肽溶液中巰基濃度，加入3倍於巰基濃度的DTT量， 37°C攪拌放置1小時；再加入10倍於此時重組多肽溶液中巰基濃度的NTCB量，37°C攪 拌20分鐘。
7.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(6)中將溶液pH值調至9.0-9.5， 37°C攪拌切割16-20小時。
全文摘要
本發明涉及一種結合蛋白的生物表達和化學裂解技術生產多肽的方法，該方法以葡萄球菌核酸酶為載體蛋白，將目的多肽融合在葡萄球菌核酸酶的C端，在葡萄球菌核酸酶和目的多肽之間有一個半胱氨酸，葡萄球菌核酸酶-多肽的融合蛋白在大腸桿菌中表達，並純化；然後多肽通過化學裂解技術從葡萄球菌核酸酶-多肽融合蛋白上切割下來。本發明採用生物學方法製備多肽，產量高，成本低，環境汙染少，且便於工業化實施，具有較大的產業化前景。
文檔編號C12R1/19GK102021193SQ20091005792
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月22日 優先權日2009年9月22日
發明者周建忠, 汪弋, 塗桂雲 申請人:上海立凱德生物技術有限公司