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胰高血糖素样肽-1受体(glucagon like-peptide-1 receptor, GLP-1R)属于B-簇G-蛋白偶联受体,是设计2-型糖尿病药物的重要靶点之一。GLP-1R由一个相对较大的N-端胞外域﹑七段α-螺旋跨膜结构域及较小的胞内C-端域构成。尽管通过结构生物学,蛋白质工程等方法和手段对于GLP-1R结构的研究取得了较大突破。但是关于其全长结构解析,配体-受体结合的分子机理和受体激活的内在机制尚不清楚。因此,相关研究需要制备高质量GLP-1R蛋白样品以供蛋白结构生物学研究。
目前,常用的制备膜蛋白方法主要包括大肠表达系统﹑酵母表达系统﹑细胞表达系统,杆状病毒表达系统及无细胞表达系统。其中,后三种方法在制备膜蛋白方面成本高,表达量低等。因此,我们综合了原核表达系统和真核表达系统的优势(周期短,产量高等),建立一种利用微生物蛋白表达系统制备全长膜蛋白GLP-1R的方法。首先,运用毕赤酵母表达系统制备GLP-1R胞外域(ECD),其优势在于所表达的ECD能够在真核系统氧化还原条件下形成正确的蛋白构象折叠。利用pPICZaA作为出发载体,引入多个标签基因(GST,intein)构建重组载体pPICZaA-S。通过甲醇诱导ECD融合蛋白分泌表达。其次,通过构建pMFH-TMD重组质粒,利用IPTG诱导大肠杆菌制备GLP-1R跨膜域(TMD)。其优势在于选用的MFH作为融合蛋白表达TMD主要是以包涵体形式存在,避免胞内蛋白酶的降解。所表达的融合蛋白含有MFH标签,TEV酶切位点以及半胱氨酸并利用表面活性剂来溶解和纯化融合蛋白。在一定表面活性剂条件下,可通过TEV酶切割并释放出含有游离半胱氨酸(Cys)的目标蛋白TMD。最后,胞外域ECD和跨膜域TMD在intein介导下自发形成新的硫脂键实现两部分蛋白的体外连接。
本实验研究中,一方面,构建了重组载体pMFH-TMD在大肠杆菌BL21pLysS中高效表达。通过优化表达条件表明18℃,0.5mMIPTG诱导20h效果较佳;而且进一步探索表明SDS能够较好的溶解和纯化融合蛋白MFH-TMD。在低含量SDS情况下,TEV酶仍然具有一定的切割活性。另一方面,构建了重组载体pPICZaA-S并将该重组基因整合到毕赤酵母X33中。在0.5%甲醇诱导下,该融合蛋白能够较好的分泌于发酵液中。最后,利用透析除盐和镍柱纯化实现目的蛋白的富集。
本研究提供了一种高效制备膜蛋白GLP-1R的方法。该方法不仅可以为其他膜蛋白制备提供了新型策略。而且能够为小分子药物的筛选提供理论依据。
目前,常用的制备膜蛋白方法主要包括大肠表达系统﹑酵母表达系统﹑细胞表达系统,杆状病毒表达系统及无细胞表达系统。其中,后三种方法在制备膜蛋白方面成本高,表达量低等。因此,我们综合了原核表达系统和真核表达系统的优势(周期短,产量高等),建立一种利用微生物蛋白表达系统制备全长膜蛋白GLP-1R的方法。首先,运用毕赤酵母表达系统制备GLP-1R胞外域(ECD),其优势在于所表达的ECD能够在真核系统氧化还原条件下形成正确的蛋白构象折叠。利用pPICZaA作为出发载体,引入多个标签基因(GST,intein)构建重组载体pPICZaA-S。通过甲醇诱导ECD融合蛋白分泌表达。其次,通过构建pMFH-TMD重组质粒,利用IPTG诱导大肠杆菌制备GLP-1R跨膜域(TMD)。其优势在于选用的MFH作为融合蛋白表达TMD主要是以包涵体形式存在,避免胞内蛋白酶的降解。所表达的融合蛋白含有MFH标签,TEV酶切位点以及半胱氨酸并利用表面活性剂来溶解和纯化融合蛋白。在一定表面活性剂条件下,可通过TEV酶切割并释放出含有游离半胱氨酸(Cys)的目标蛋白TMD。最后,胞外域ECD和跨膜域TMD在intein介导下自发形成新的硫脂键实现两部分蛋白的体外连接。
本实验研究中,一方面,构建了重组载体pMFH-TMD在大肠杆菌BL21pLysS中高效表达。通过优化表达条件表明18℃,0.5mMIPTG诱导20h效果较佳;而且进一步探索表明SDS能够较好的溶解和纯化融合蛋白MFH-TMD。在低含量SDS情况下,TEV酶仍然具有一定的切割活性。另一方面,构建了重组载体pPICZaA-S并将该重组基因整合到毕赤酵母X33中。在0.5%甲醇诱导下,该融合蛋白能够较好的分泌于发酵液中。最后,利用透析除盐和镍柱纯化实现目的蛋白的富集。
本研究提供了一种高效制备膜蛋白GLP-1R的方法。该方法不仅可以为其他膜蛋白制备提供了新型策略。而且能够为小分子药物的筛选提供理论依据。