幽门螺杆菌cagM基因的克隆表达及信息学分析

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目的:构建表达幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)NCTC11637Ⅳ型分泌系统cagM(HP0537)全长编码基因的原核表达载体,表达并纯化CagM蛋白,分析其抗原性并制备抗体,用生物信息学方法分析其理化特征,并预测其结构和功能,为进一步研究CagM蛋白在Ⅳ型分泌系统中的作用和幽门螺杆菌致病机制奠定基础。方法:根据GenBank中已报道的H.pylori 26695的全基因组序列,用Primer5.0设计cagM引物,并在引物中加入限制酶酶切位点,以幽门螺杆菌NCTC11637为模板,采用聚合酶链反应(PCR)扩增获得目的片段;将其进行T-A克隆至pGEM-T载体,转化大肠埃希氏菌(Escherichia coli,E.coli)DH5α,双酶切鉴定筛选阳性克隆,进行序列测定;将测序结果提交GenBank,获得基因登录号,用序列比对分析cagM基因的同源性,以及其氨基酸组成、分子量、等电点、亲水性、疏水性、抗原性等理化特性;再将其定向插入pET-28a(+)载体,构建pET-28a(+)-cagM表达载体,转化到表达宿主菌E.coli BL21,通过卡那霉素抗性筛选和双酶切鉴定阳性克隆;IPTG诱导其表达,并优化其表达条件(诱导温度,诱导时间和IPTG浓度),表达的CagM蛋白用Ni2+-NTA树脂进行纯化;纯化后的重组蛋白免疫家兔,制备抗CagM多克隆抗体,酶联免疫吸附试验(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测血清抗体效价;用生物数据库和生物信息学软件分析CagM蛋白的信号肽、跨膜区、亚细胞定位和蛋白家族,以及预测其二级结构、三级结构和蛋白功能位点。结果:1.H.pylori NCTC 11637 cagM测序结果表明cagM基因全长1131bp(基因库登录号为GU269568),编码376个氨基酸,与GenBank中已知其他菌株基因序列的核苷酸同源性为96%~99%,氨基酸同源性为98%~99%。2.软件分析:CagM蛋白中65个碱性氨基酸,52个酸性氨基酸,126个疏水性氨基酸,111个非极性氨基酸,分子量约为43.76199kD,等电点为9.3,熔点为78.56℃。CagM蛋白有多个疏水性区域和多个亲水性区域,其中亲水性区域主要分布于N端,CagM抗原性较强。3.成功构建pET-28a(+)-cagM原核表达载体,确定IPTG终浓度1.0mmol/L,温度30℃,诱导时间4h为最佳诱导条件,经Ni2+-NTA纯化后的CagM重组蛋白相对分子质量(Mr)约为43.7kDa,与预测结果一致。CagM重组蛋白免疫家兔,获得抗CagM多克隆抗体,其效价为1:1.6×105。4.生物信息学分析发现:CagM蛋白N端20个氨基酸为信号肽,剪切位点在第21个氨基酸,亚细胞定位于细菌周质空间,二级结构中α螺旋占60%以上,无规则卷曲占10%左右,β折叠和转角各占一小部分,三级结构的空间构象为一个马鞍状,由N端和C端的球状部分和中间的单链组成。5.CagM属于蛋白水解酶家族,有多个磷酸化位点,是多种激酶的底物,有糖基化位点和豆蔻化位点,通过翻译后剪切修饰,形成有功能蛋白,在细菌周质空间行使信号传递和集装Ⅳ型分泌系统中其他蛋白功能。结论:1.成功克隆了cagM基因,是H.pylori cag PAI编码的TFSS的重要基因之一。2.成功构建了cagM基因的原核表达载体,获得了CagM重组蛋白,并制备了其兔源性抗CagM多克隆抗体。3.获得了CagM蛋白的大部分理化特征数据,预测了其高级结构、亚细胞定位和其所属蛋白家族,分析了其功能位点。
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