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内蛋白子(intein)是一种能够进行蛋白剪切和再连接的特殊蛋白。通常intein由具有自我剪接活性的N端和C端部分以及中间的归巢内切酶(homing endonuclease)部分构成。内蛋白子末端剪接点氨基酸十分保守:N端通常为Cys,Thr或Ser,而C端是Asn或Gln。归巢内切酶可识别dsDNA上内蛋白子在外蛋白子基因上的插入位点,介导内蛋白子序列在基因中移动,所谓内蛋白子的归巢。没有归巢内切酶部分的intein称为微内蛋白子(mini-intein),它仍然保留了intein的蛋白剪切和再连接活性,但失去了归巢内切酶功能。
本研究中运用的Split Ssp DnaB mini-intein是由蓝细菌Synechocystis sp.PCC6803的DnaB intein经基因重组构建的,该构建将ssp DnaB intein N端的106个氨基酸部分(ID)和C端48个氨基酸部分(Ic)位置前后调换,形成Split mini-intein结构,在这两个元件间插入外源蛋白不仅会被剪切,而且可以通过首尾连接成环。因此,Split mini-intein也可用于合成环肽。
相对于线性小肽,环肽由于空间构象的限制,结构更稳定,能更紧密地结合于生物大分子,在结合时环肽的构象改变而引起的熵值的改变较小,并且环肽对于蛋白酶水解的敏感性降低。因此,具有更好的开发价值。但环肽的合成方法研究不多,近年来,Intein自我剪切现象的发现及其自我剪接反应机理的阐明,为生物法合成环肽提供了有效方法。
本研究利用Split Ssp DnaB mini-intein在E. coli BL21中构建一个六肽的环肽库。采用人工合成的编码随机六肽序列的寡核苷酸链,体外退火延伸,将得到的DNA片段混合物克隆至表达载体pVmut,用连接产物转化E. coil BL21,获得一个有2000多克隆的转化子库。随机挑选4个克隆,测序证明均按正确阅读框插入了不同小肽序列,在37℃诱导表达其中的融合蛋白Split-intein-IS。Western结果证明融合蛋白表达并发生了自我剪接反应。
大肠杆菌的IdcA基因编码一个胞内L,D-羧肽酶,ldcA的敲除可以使大肠杆菌生长到稳定期时发生自溶。PCR扩增IdcA上下游片段,构建上下游片段中插入卡那抗性基因(kanr)的敲除载体pKUD,转化E.coli BL21,筛选发生双交换的ldcA敲除突变株。取进入稳定生长期的E.coli BL21观察,发现细胞自溶。为在体外筛选小分子环肽生物活性创造了条件。