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幽门螺杆菌(Helicobacte.pylori,Hp)是引发胃癌、胃腺癌、慢性胃炎、消化性溃疡、胃溃疡及十二指肠溃疡等疾病的主要致病菌。幽门螺杆菌的毒力因子之一cagA蛋白能与寄主细胞的信号传导分子相互作用,引起细胞病变,例如:细胞的增殖、移动、凋亡及形态的改变等。SHP-2即为此类信号传导蛋白,一些由幽门螺杆菌引起的胃病的发病机理可能与SHP-2的不正确活化有关。幽门螺杆菌侵染人胃上皮细胞,毒性决定因子cagA蛋白发生酪氨酸磷酸化并聚集在SHP-2周围,使SHP-2得到活化,信号传导通路也因此发生改变。
SH2结构域普遍存在于高等真核生物功能不同的蛋白中。迄今为止发现含有SH2结构域的蛋白约110余种,此结构域的主要功能是致使信号复合体聚集。SH2结构域蛋白同样也存在于SHP-2中,是由大约100个氨基酸组成的结构域。SHP-2蛋白有一前一后相邻的两个SH2结构域,其中N-SH2由102个氨基酸组成,C-SH2由105个氨基酸组成。由Glu-Pro-Ile-Tyr-Alu五个连续的氨基酸共同组成基序我们称之为EPIYA序列,其是cagA蛋白的主要致病序列,也是磷酸化酪氨酸的典型代表。EPIYA序列能够引起胃上皮细胞的病变,通过SH2结构域,大量SHP-2磷酸酯酶得以聚集并与酪氨酸磷酸化EPIYA序列特异结合形成复合体,这个过程能够引起SHP-.N-端SH.(N-SH2)结构域发生变构现象,从而提高SHP-2磷酸酯酶的酶活性。
本论文描述了表达、纯化和结构检测2-SH2蛋白的方法,应用大肠杆菌表达人类SHP-2磷酸酯酶中的2-SH2结构域蛋白并进行纯化及结构分析,旨在表达及纯化出具有识别活性并且折叠结构正确的高质量2-SH2。这对筛选出毒力因子cagA蛋白的治病序列起到举足轻重的作用,同时也揭示Hp病原蛋白与寄主细胞信号传导蛋白间互作的分子机制及cagA阳性株系与Hp致病性间的关系,为开发Hp早期诊断芯片和预防胃癌的分子药物奠定基础。
依据GenBank提供的人类SHP-2的2-SH2序列信息,设计并合成特异性引物用于随后进行的载体重建。将2-SH2序列插入pGEX-2T载体后,通过测序和生物信息学分析对重建表达载体进行检测。重组质粒转入大肠杆菌BL21感受态细胞中培养并挑取阳性克隆用于表达。采用LB培养基进行表达预实验,通过时间梯度和IPTG浓度梯度条件实验,重组质粒经诱导表达出预期分子量大小为51 kDa的(含N-SH2及C-SH2两结构域)融合蛋白。在优化条件下再采用含15N同位素的M9培养基对蛋白培养表达,结果显示该融合蛋白在M9培养基中的表达与LB培养基表达一致,产量较高而稳定。将2-SH2融合蛋白经凝血酶酶切及纯化后经SDS-PAGE电泳检测,结果显示GST-2-SH2融合蛋白、GST融合蛋白标签和2-SH2蛋白表达纯化结果良好,分子量大小与预期值一致,分别为51 kDa,2.kDa和25 kDa。纯化后的2-SH2蛋白样品用于Western-blotting和质谱检测。Western-blotting结果表明纯化并酶切后的蛋白样品能够与兔抗小鼠SHP-2/SHPTP-2多抗特异性识别结合,在目标区域出现特异性杂合条带。SELDI-TOF-MS检测结果显示被检测蛋白分子量为25-.kDa,与理论值(25.66kDa)相一致。经过一系列检测确认的2-SH2蛋白样品经浓缩定量后进行核磁共振结构检测。NMR三维结构和活性位点的分析结果表明,目的蛋白正确折叠并呈规则的空间结构。
综上所述,经上述表达纯化方法获得的蛋白具有天然的折叠结构,可以应用于蛋白结构域芯片和靶向药物的开发。经此方法获得的高质量2-SH2结构域蛋白可作为Hp临床检测的新型诊断芯片材料。同时2-SH2蛋白结构域芯片还可以作为2-SH2-pY-EPIYA-D型复合物的自然筛选器,用于该复合物结构和作用机制的研究。这些作为基础,为将来新型蛋白结构域临床诊断芯片和靶向抑制药物的开发提供支持。