專利名稱:一種結(jié)合蛋白的生物表達(dá)和化學(xué)裂解技術(shù)生產(chǎn)多肽的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種多肽的制備方法,尤其涉及一種結(jié)合蛋白的生物表達(dá)和化學(xué)裂 解技術(shù)生產(chǎn)多肽的方法。
背景技術(shù):
多肽是化學(xué)學(xué)科研究的一項重要內(nèi)容,在生化,醫(yī)藥,免疫和基因科學(xué)等學(xué)科 和領(lǐng)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氨基酸為原 料通過化學(xué)合成方法來進(jìn)行的。這種方法步驟麻煩、成本較高,使得多肽類材料的應(yīng)用 受到限制。隨著科技的發(fā)展,生產(chǎn)肽的方法也在不斷發(fā)展。五六十年代,主要是從動物臟 器獲取肽。后來又發(fā)展到液相合成法。1963年,R.B.Merrifield創(chuàng)立了將多肽羧基端的 氨基酸固定在不溶性樹脂上,然后在此樹脂上依次偶聯(lián)氨基酸,延長肽鏈、合成多肽的 固相合成法。多肽固相合成技術(shù)的發(fā)明促進(jìn)了肽合成的自動化,但只能用于小規(guī)模的實 驗室合成,并且對有些序列的多肽,如多個疏水氨基酸,連續(xù)的大側(cè)鏈基團(tuán)的胺基酸, 合成非常困難。隨著蛋白表達(dá)技術(shù)的成熟,多肽也應(yīng)用到這種技術(shù)。然而,直接在大腸桿菌中 表達(dá)多肽都不能成功,主要是由于多肽是線性不折疊的小分子,在大腸桿菌中容易被降 解。由于多肽分子量較小,難以通過常規(guī)的電泳技術(shù)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(dá)、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(diǎn)融合蛋白比較大,導(dǎo)致多 肽的表達(dá)量比較低;切割時,會發(fā)生非特異性切割,由此而產(chǎn)生一些雜肽,增加純化的 難度;所使用的酶,價格比較貴;無法對沉淀的包涵體蛋白進(jìn)行切割。由于以上缺點(diǎn)也 造成這種技術(shù)不能得到廣泛利用。為克服這些缺點(diǎn),我們發(fā)明了一種結(jié)合蛋白的生物表 達(dá)和化學(xué)裂解技術(shù)生產(chǎn)多肽的新方法。本方法產(chǎn)量高、成本低、易于純化,重組多肽即 使以包涵體的形式表達(dá),也可以進(jìn)行切割。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)合蛋白的生物表達(dá)和化學(xué)裂解技術(shù)生產(chǎn) 多肽的方法,以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,按本發(fā)明方法制備的多肽產(chǎn)量高,成本低,環(huán)境 污染少,且易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供了一種結(jié)合蛋白的生物表達(dá)和化學(xué)裂解技術(shù) 生產(chǎn)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(dá),并純化;然后多肽通過化學(xué)裂解技術(shù)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)的堿基序列,經(jīng)過雙酶切該堿基序列和表達(dá)載體序列,純化雙酶切的兩個序列,將堿基序列與表 達(dá)載體序列進(jìn)行連接,這就是構(gòu)建的表達(dá)載體;通過酶切、測序鑒定構(gòu)建的表達(dá)載體是 否準(zhǔn)確;(2)轉(zhuǎn)化表達(dá)載體到表達(dá)宿主細(xì)胞,并進(jìn)行誘導(dǎo)表達(dá)重組多肽;(3)收集、破碎細(xì)菌,純化表達(dá)的重組多肽;(4)以乙醇為溶劑,沉淀并收集純化的重組多肽;(5)將沉淀的重組多肽重溶于鹽酸胍緩沖液,加入DTT和NTCB ;(6)溶液pH調(diào)至9.0-9.5進(jìn)行切割;(7)將切割混合物過柱進(jìn)行純化。本方法的關(guān)鍵創(chuàng)新是如下3點(diǎn)(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(dá)產(chǎn)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(dá)到95%以上的純度。(2)利用半胱氨酸的氰基化反應(yīng),重組蛋白_多肽的切割采用特異性化學(xué)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(xué)鍵,χ可以為任 何殘基,切割產(chǎn)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(jìn)行,因此即使載體蛋白_多肽的融合蛋 白以包涵體形式表達(dá),切割也不受影響。本發(fā)明的以上特點(diǎn)解決了其它方法所存在的主要問題,這是一種高產(chǎn)量、低成 本的生產(chǎn)多肽方法。在本發(fā)明中,重組表達(dá)載體可以用本領(lǐng)域熟知的方法引入宿主細(xì)胞,這些方法 包括電轉(zhuǎn)化法,氯化鈣法,基因槍法等。將外源重組載體導(dǎo)入宿主細(xì)胞的過程稱為
“轉(zhuǎn)化”。通過培養(yǎng)宿主細(xì)胞,誘導(dǎo)所需蛋白的表達(dá),并通過本領(lǐng)域所熟知的蛋白分離 技術(shù),如柱層析等得到所需的蛋白質(zhì)。在本發(fā)明中,術(shù)語“宿主細(xì)胞”包括原核細(xì)胞和真核細(xì)胞。常用的原核細(xì)胞如 大腸桿菌,枯草桿菌等。常用的真核細(xì)胞如酵母細(xì)胞,或各種動植物細(xì)胞。本發(fā)明優(yōu)選 的表達(dá)宿主細(xì)胞為大腸桿菌BL21 (DE3)。本發(fā)明的有益效果在于采用生物學(xué)方法結(jié)合蛋白的生物表達(dá)和化學(xué)裂解技術(shù) 制備多肽,產(chǎn)量高,成本低,易于純化,環(huán)境污染少。重組多肽即使以包涵體的形式表 達(dá),也可以進(jìn)行切割。本發(fā)明的方法便于工業(yè)化實施,具有較大的產(chǎn)業(yè)化前景。
圖1是本發(fā)明實施例2中重組多肽的誘導(dǎo)表達(dá)示意圖,其中,1表示重組 多肽表達(dá)菌株BL21 (DE3)/SNase-peptide_pET2Ia誘導(dǎo)前;2表示重組多肽表達(dá)菌株 BL21 (DE3) /SNase-peptide-pET21a, 0.4mM IPTG 誘導(dǎo) 4 小時后。圖2是本發(fā)明實施例5中重組多肽經(jīng)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(dá)的重組多肽切割前;2表示表達(dá)的重組多肽切割后。圖3是本發(fā)明實施例6中切割混合物過C18柱后的示意圖,其中第一個峰即為舉例的多肽峰。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。應(yīng)理解,這些實施例僅 用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方 法,通常按照常規(guī)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,或按照制造廠商所建議的條件。實施例1構(gòu)建表達(dá)載體基因合成葡萄球菌核酸酶-多肽(Staphlococcal nuclease-Peptide)的堿基序列(如
SEQ ID NO 1所示的序列,委托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_多肽的堿基序列的方法按常規(guī)的基因合成方法,如根據(jù)葡萄球菌核酸酶_多肽 (Staphlococcal nuclease -Peptide)的堿基序列合成一組引物,分別進(jìn)行PCR擴(kuò)增,最后拼 接為整段目的基因。之后,采用限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)NdeI和XhoI進(jìn)行雙酶切合成的堿基 序列(SEQ ID NO 1)、pET21a表達(dá)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(gòu)建的表 達(dá)載體。將構(gòu)建好的表達(dá)載體轉(zhuǎn)化到DH5a菌株(購自上海捷瑞生物工程有限公司),涂 平板,37°C培養(yǎng)過夜。第二天挑取單菌落培養(yǎng)過夜,通過質(zhì)粒小量制備試劑盒(離心柱 型,GK2001)(購自上海捷瑞生物工程有限公司)抽提質(zhì)粒,進(jìn)行限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)Nde I和Xho I雙酶切鑒定。并送雙酶切檢測正確的菌落到測序公司(上海美季生物技術(shù)有限 公司)進(jìn)行測序鑒定。實施例2轉(zhuǎn)化表達(dá)載體到表達(dá)宿主,并進(jìn)行誘導(dǎo)表達(dá)重組多肽通過熱激法(參考分子克隆)轉(zhuǎn)化表達(dá)載體到表達(dá)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(dá)菌株BL21(DE3)/ SNase-peptide-pET21a0 在 37 °C 培養(yǎng)表達(dá)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(shù)服務(wù)有限公司),37°C誘導(dǎo)表達(dá)4小時,誘導(dǎo)表達(dá)結(jié)果見圖1。實施例3收集、破碎細(xì)菌,純化表達(dá)的重組多肽通過離心收集誘導(dǎo)表達(dá)的菌株BL21(DE3)/SNase-peptide_pET21a,超聲波破碎 細(xì)菌,13000rpm離心20分鐘。收集沉淀重懸于50mM tirs,8MUrea,pH8.0緩沖液,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 緩沖液平衡 SP-sepharose ;2,上清液上柱;3,3-5 倍體積 50mM tirs, 8M Urea, pH8.0 緩沖液洗滌 SP-sepharose ;4,0.05mMNaCl, 50mMtirs, 8M Urea, pH8.0 緩沖液洗滌 SP-sepharose ;5,0.08mM NaCl, 50mM tirs, 8M Urea, pH8.0 緩沖液洗脫 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淀純化的重組多肽,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,收集沉淀。實施例5切割重組多肽將乙醇沉淀的重組多肽重懸于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倍于巰基濃度的DTT量,37°C攪拌放置1小時。再加入10倍 于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(diào)至9.0-9.5,37°C攪拌切 割16-20小時,切割結(jié)果見圖2,重組多肽經(jīng)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(chuàng)新通恒科技有限公司)進(jìn)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(jié)果見圖3,其中第一個峰即為舉例的多肽峰。
序列表
<110>上海立凱德生物技術(shù)有限公司
<120> 一種結(jié)合蛋白的生物表達(dá)和化學(xué)裂解技術(shù)生產(chǎn)多肽的方法
<130>NP-09-13412
<160>1
<170>PatentIn version 3.3
<210>1
<211>480
<212>DNA
<213> 葡萄球菌核酸酶-多肽(Staphlococcal nuclease-Peptide)
<400>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
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agtgaagcac aagcgaaaaa agagaaatta aatatttggt gcaaaggcca tcagcgtgtg420
gtgaccctgg cgcagcatat tagcgaagtg attacccagg attatacccg ttgactcgag480
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合蛋白的生物表達(dá)和化學(xué)裂解技術(shù)生產(chǎn)多肽的方法,其特征在于,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(dá),并純化;然后多肽通過化學(xué)裂解技術(shù)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-多肽的堿基序列,經(jīng)過雙酶切該堿基序列和表達(dá)載體 序列,純化雙酶切的兩個序列,將堿基序列與表達(dá)載體序列進(jìn)行連接,這就是構(gòu)建的表 達(dá)載體;通過酶切、測序鑒定構(gòu)建的表達(dá)載體是否準(zhǔn)確;(2)轉(zhuǎn)化表達(dá)載體到表達(dá)宿主細(xì)胞,并進(jìn)行誘導(dǎo)表達(dá)重組多肽;(3)收集、破碎細(xì)菌,純化表達(dá)的重組多肽;(4)以乙醇為溶劑,沉淀并收集純化的重組多肽;(5)將沉淀的重組多肽重溶于鹽酸胍緩沖液,加入DTT和NTCB;(6)溶液pH調(diào)至9.0-9.5進(jìn)行切割;(7)將切割混合物過柱進(jìn)行純化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟(1)具體為以葡萄球菌核酸酶 為融合多肽片段的載體,采用限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)Nde I和Xho I進(jìn)行雙酶切合成的堿基序 列、pET21a表達(dá)載體序列,通過連接試劑盒連接兩個酶切的序列,這就是構(gòu)建的表達(dá)載 體;通過酶切、測序鑒定構(gòu)建的表達(dá)載體是否準(zhǔn)確。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟(2)通過熱激法轉(zhuǎn)化表達(dá)載體到表 達(dá)宿主菌 BL21 (DE3) 37 °C 培養(yǎng)表達(dá)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(dǎo)表達(dá)4小時。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟(3)通過超聲波破碎細(xì)菌,過SP 瓊脂糖凝膠純化表達(dá)的葡萄球菌核酸酶重組多肽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟(4)中用乙醇來沉淀純化的重組多 肽,乙醇與重組多肽溶液混合的體積比為3 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟(5)中將乙醇沉淀的重組多肽重懸 于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倍于巰基濃度的DTT量, 37°C攪拌放置1小時;再加入10倍于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(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其特征在于,步驟(6)中將溶液pH值調(diào)至9.0-9.5, 37°C攪拌切割16-20小時。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結(jié)合蛋白的生物表達(dá)和化學(xué)裂解技術(shù)生產(chǎn)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(dá),并純化;然后多肽通過化學(xué)裂解技術(shù)從葡萄球菌核酸酶-多肽融合蛋白上切割下來。本發(fā)明采用生物學(xué)方法制備多肽,產(chǎn)量高,成本低,環(huán)境污染少,且便于工業(yè)化實施,具有較大的產(chǎn)業(yè)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(yōu)先權(quán)日2009年9月22日
發(fā)明者周建忠, 汪弋, 涂桂云 申請人:上海立凱德生物技術(shù)有限公司