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酰基载体蛋白(acyl carrier protein,ACP)是生物体脂肪酸合成酶系的重要组成成份以一个独立的可溶性蛋白的形式行使功能。ACP具有连接酰基基团,传递中间产物的重要功能。在细菌中,无生物活性的apo-ACP在holo-ACP合成酶(holo-ACPsynhase,ACPS)的作用下,辅酶A(CoA)上的4’磷酸泛酰基巯基乙胺(4-phosphopantetheine,4PP)部分被转移到apo-ACP一个保守丝氨酸残基上,形成有活性的holo-ACP。
生物素羧基载体蛋白(BCCP)是乙酰辅酶A羧化酶(ACC)复合体的重要组成部分之一,ACC是催化长链脂肪酸生物合成的第一步,通过羧化作用把乙酰辅酶A转变为丙二酰辅酶A。在ACC功能周期中,生物素被连接到apo-BCCP的特定赖氨酸残基上,形成生物素化形式的holo-BCCP。BCCP Domain(BCCP87)是位于该蛋白C端接受生物素的功能域。
本研究构建重组表达ACP和BCCP Domain的系列表达载体,转化不同大肠杆菌菌株,对重组ACP与BCCP Domain在大肠杆菌中的分泌表达进行了较系统的分析。
本研究将目的蛋白与大肠杆菌分泌蛋白MBP及Y的C末端连接,对其在周质中的分泌表达与积累研究中发现,无论是在过量表达还是在正常表达条件下,重组融合蛋白均能分泌到周质中并稳定积累,双向电泳、Western Blot及质谱分析结果均显示,在重组蛋白分泌之前,胞内的修饰酶对目的蛋白进行了修饰,使部分重组蛋白由无活性的apo形式变成有生物活性的holo形式,说明重组蛋白在跨细胞质膜前呈现能被修饰酶识别的空间构象;进一步的研究还发现,一些重组蛋白还能跨大肠杆菌外膜分泌到培养基介质,这一结果为重组蛋白在大肠杆菌中细胞外分泌表达提供了新的方法。
通过共表达修饰酶和在培养基中添加叠氮化钠,我们发现增加胞内修饰酶的含量和抑制蛋白的分泌速度均能有效地提高具有生物活性的holo形式蛋白比例,但会明显降低重组蛋白的表达量。这一现象在BL21和JM109中的过量表达及在DH5α和MC4100中的正常表达均存在,为在大肠杆菌中修饰蛋白的分泌表达提供了新的策略。
本研究还对ACP和BCCP Domain进行了突变,影响其结构的稳定性,研究其突变体的分泌表达时发现,重组蛋白的结构稳定性对其分泌积累有重要影响。大肠杆菌周质中蛋白酶可能是导致分泌蛋白被降解的主要因素之一。本研究敲除了以构象异常蛋白为底物的DegP蛋白酶基因,构建了蛋白酶基因缺失突变株。重组蛋白的分泌表达结果发现,其在突变株与对照菌株的表达情况相似,说明大肠杆菌中还存在其它的导致重组蛋白降解的蛋白酶系统。