・94・ Infect lnflarnrn Rep,Vo1.9 No.2 Jun.2008 ・论 著・ pET14b—His-TAT-ERK2和无活性突变体 pET14b-His-TAT-ERK2(AF) 原核表达载体的构建和表达 杨丽萍姚咏明 (解放军总医院第一附属医院烧伤研究所,北京 100037) 【摘要】 目的:构建基于转录激活因子(TAT)技术的细胞外信号调节激酶(ERK)2及其无活性突变体 ERK2(AF)原核载体并在大肠杆菌BI 21(DE3)中表达。方法:采用聚合酶链式反应(PCR)技术从pcDNA3一Flag- ERK2和pcDNA3-Flag—ERK2(AF)质粒中扩增出ERK2和ERK2(AF)基因,插入pET14b—His—TAT载体中,构 建重组质粒pET14b-His—TAT—ERK2和pET14b—His—TAT-ERK2(AF),并诱导原核表达、纯化融合蛋白。采用 Western blot方法检测表达蛋白的His标签。结果:酶切和测序结果表明,扩增的ERK2和ERK2(AF)基因正 确,大小为1 082 bp;10 SDS—PAGE凝胶电泳可见原核表达纯化得到高纯度目的蛋白,大小为41 kD;Western blot检测显示,原核蛋白带有His标签。结论:成功构建了ERK2和ERK2(AF)的原核表达载体,该载体能在大 肠杆菌中表达,纯化得到了His-TAT-ERK2和His—TAT—ERK2(AF)蛋白,为研究ERK2蛋白的功能提供了重要 工具。 关键词 转录激活因子细胞外信号调节激酶2蛋白转导 载体构建 Construction and expression of pET14b-His-TAT-ERK2 and pET14b-His-TAT-ERK2(AF)一incompentence mutant prokaryotic expression vectors Yang I iping,Yao Yongming.Burns Institute,First Hospital Affiliated to the Chinese PI A General Hospi— tal。Beijing 100037,China Corresponding author:Yao Yongming(Email:C ff@sina.corn) Abstract Objective: To construct pET14b—His—TAT—extracellular_signal regulated protein(ERK)2 and pET14b-His—TAT—ERK2(AF)一incompentence mutant prokaryotic expression vectors based on the trans—acting ac— tivator of transcription(TAT)transduction technique,and express in Bacillus coli BI 21(DE3).Methods:The ERK2 and ERK(AF)gene were amplified from pcDNA3一Flag—ERK2 and pcDNA3一Flag—ERK2(A.F)plasmids by polymerase chain reaction(PCR)and cloned into pET14b—His—TAT vector.The resulting plasmids were verified by enzyme digestion and DNA sequencing.The ERK2 and ERK2(AF)proteins were expressed in BI 2 1(DE3)。 and Western blot was used to detect their His tag.Results:The result of DNA sequencing and enzyme digestion showed that the cloned ERK2 and ERK2(AF)genes were correct to be 1082 bD.HT—ERK2 and HT—ERK2(AF) protein were expressed in BI 21(DE3),being approximately 41 kD.His tag in two proteins was verified by West— ern blot.Conclusion:pHis—TAT-ERK2 and pHis—TAT—ERK2(AF)一incompentence mutant prokaryotic expression vectors are constructed successfully.HT—ERK2 and HT—ERK2(AF)proteins are obtained,and they might serve as important tools to study the protein function of ERK2. Key words Trans—acting activator Extracellular_signal regulated protein 2 Protein transduction Vector c0nstructi0n 细胞外信号调节激酶(extracellular—signal reg- ulated protein,ERK)属于丝裂原活化蛋白激酶 为应用。该方法简单可行,不影响生物大分子的活 性,可高效地介导目的蛋白穿透生物膜进入细胞。 (mitogen-activated protein kinase,MAPK)超家 族,参与调节细胞的增殖、分化以及多种代谢功能, 通过抑制细胞凋亡而促进细胞生存E 。近年来, 一本研究应用TAT蛋白技术,构建了ERK2及其无 活性突变体ERK2(AF)的原核表达载体,为深入探 基金项目;国家重点基础研究发展规划项目(2005CB522602);国家 自然科学基金资助项目(30672178) 通讯作者;姚咏明(Ernail:c_if@sina.corn) 种新的技术——转录激活因子(TAT)融合蛋白 转导技术作为研究蛋白质功能的一种重要手段被广 维普资讯 http://www.cqvip.com
感染、炎症、修复2008年6月第9卷第2期 讨ERK蛋白质的功能提供了可能。 1材料与方法 1.1 主要试剂 限制性内切酶、DNA连接酶、Taq 酶和1 kbDNA标准物购自TaKaRa公司;DNA纯 化试剂盒和凝胶回收试剂盒购自申能博彩公司; DMEM培养基、LipofectAMINE2000转染试剂购 自Invitrogen公司;抗His抗体购自Sigma公司; I B培养基和异丙基一I)I硫代半乳糖苷购自Gibco公 司;Ni ~NTA亲和树脂购自Qiagen公司。 1.2 质粒、菌种和细胞表达载体pET14b—His— TAT载体由南方医科大学姜勇教授馈赠;大肠杆菌 DH5a和BL21(DE3)由本实验室保存。野生型及 双磷酸化位点突变的flag标记质粒pcDNA3一Flag— ERK2、pcDNA3一Flag—ERK2(AF)由北京大学顾军 教授馈赠。SV40病毒转化的人胚胎肾细胞293T 由本实验室保存(采用含10 热灭活小牛血清的 DMEM培养基,于5 Co:孵箱内37℃常规培 养)。 1.3 pET14b-His一1 r—ERK2和pET14b-Hi-s1 r— ERK2(AF)重组质粒的构建 1.3.1 人ERK2和ERK2(AF)的聚合酶链式反应 (PCR)扩增根据GenBank中报告的序列设计引物。 用于PCR扩增的上游引物为:5 ~GGA GCG 3 ;下游引物 为:5 CCGCTCGAC 、A AGp CTGT[ ℃CTGGCTG— GA 3 。上、下游引物5 端分别携带NdeT和XhoI酶切 位点。PCR引物由北京赛百盛基因技术有限公司合 成。PCR模板为pcDNA3一Flag-ERK2、pcDNA3一Flag ERK2(AF)。PCR反应条件:首先94℃变性1 min,然 后以56℃复性1.5 min、72℃延伸5 min,进行30个 循环。 1.3.2原核表达载体的构建、酶切鉴定与测序 上述 PCR产物琼脂糖凝胶电泳,将目的片段ERK2和 ERK2(AF)切胶回收,回收产物和pET14b-His-TAT 载体用内切酶NdeI和xhoI消化,二者通过T4连接酶 16℃条件下连接16 h。连接产物10 1转化感受态菌 DH5a,铺琼脂糖LB平板,37℃孵箱倒置培养12~ 16 h。待平板长出菌落后,挑取单菌落于5 ml加氨苄 青霉素(Amp)的LB培养基中,置37℃摇床培养12 h, 小量制备质粒,转化大肠杆菌DH5a,提取转化质粒,利 用酶切和测序鉴定重组质粒。 1.4 His—TAT—ERK2和His—TAT—ERK2(AF)融 合蛋白的原核表达与纯化 将鉴定正确的重组质粒 ・ 95 ・ 转化大肠杆菌BL21(DE3),挑取转化后单菌落置于 2 ml含Amp的I B培养液中,室温振摇培养至600 nm处吸光度值约为0.6时加入终浓度为1 mmol/ I 的IPTG诱导,继续振摇3 h。诱导结束后取诱导 前和诱导后菌液0.5 ml,经10%SDS-PAGE鉴定融 合蛋白表达的情况。对有融合蛋白表达的菌落进行 大量(500 m1)扩增诱导,用Ni抖离子亲和树脂层析 纯化得到蛋白,最后用10 SDS-PAGE电泳鉴定 蛋白的纯度。 1.5 His—TAT—ERK2和His TAT—ERK2(AF)蛋 白的Western blot检测 将纯化得到的ERK2及 其突变体蛋白质稀释10倍后进行10 SDS—PAGE 电泳,然后用特异性的抗His抗体行Western blot 检测。 2 结 果 2.1 pET14b_His_1Ⅺ一ERK2和pET14b_His_1 r— ERK2(AF)重组质粒的构建 2.1.1 人ERK2和ERK2(AF)片段的PCR扩增 从pcDNA3~Flag—ERK2、pcDNA3一Flag—ERK2(AF) 中扩增的人ERK2和ERK2(AF)片段为1 082 bp, 结果见图1。 2 000bp 1 000bp 750bp 500bp 250bp 100bp 图1人ERK2和ERK2(AF)的PCR产物 注:M:DNA标准;1:ERK2;2:ERK2(AF) 2.1.2 pET14b—His—TAT—ERK2和pET14b—His— TAT—ERK2(AF)重组质粒酶切测序鉴定 用Nde I和Xho I双酶切重组质粒pET14b—His—TAT— ERK2和pET14b—His—TAT—ERK2(AF),然后1 琼脂糖电泳,均切出大小为1 082 bp的片段(图2)。 DNA序列分析结果证实,该插入片段为人ERK2 和ERK2(AF)基因。 维普资讯 http://www.cqvip.com
・ 96 ・ 2 M 10 000bp 6 000bp 4000bp 3 000 bp 图2重组质粒pET14b-His-TAT-ERK2和 pET14b-His-TAT-ERK2(AF)酶切鉴定图 注:M:1 kb DNA标准;1:用Nde I and Xho I 内切酶消化的pET14b Hi.TAT—ERK2; 2:用NdeI and XhoI内切酶消化的 pET14b—His—TAT—ERK2(AF) 2.2 融合蛋白的原核表达与纯化pET14b His— TAT—ERK2和pET14b—His—TAT—ERK2(AF)质 粒转化大肠杆菌BI 21(DE3),挑取单个菌落培 养,经IPTG诱导后采用N —NTA磁珠亲和层析 纯化,l0 9/6SDS—PAGE凝胶电泳可见在41 kD左右 有一特异性蛋白条带(图3)。 4 97.4 kD 66.2 kD 43.0 kD 图3 His_TAT_ERK2和His-TAT-ERK2(AF) 蛋白表达纯化 注:M:蛋白质标准;1:His—TAT-ERK2蛋白的 第一次洗脱;2:His—TAT-ERK2蛋白的第二次洗脱; 3:His-TAT—ERK2(AF)蛋白的第一次洗脱; 4:His—TAT-ERK2(AF)蛋白的第二次洗脱 2.3原核蛋白Western blot检测 纯化得到的蛋 白用特异的抗His抗体进行Western blot检测可 见,在预想大小的位置见到大小为41 kD的蛋白(图 4)。 2 M 98 kD 5l kD 37 kI) 29 kD 图4 His-TAT—ERK2和His-TAT-ERK2(AF) 蛋白的Western blot检测 注:M:蛋白质Marker;1:His TAT—ERK2蛋白; 2:His TAT—ERK2(AF)蛋白 3讨 论 目前有很多技术可将生物大分子转导进入真核 细胞,其中核酸转导方法被广泛使用。然而无论是 病毒法还是非病毒法,均存在一定的缺点。前者采 用基因组中带有目的片段的病毒来感染靶细胞,步 骤繁琐,费用高,周期较长,而且由于所使用的病毒 不同,还会产生生物安全性问题;后者在DNA的转 导效率、可重复性及使用方便性方面都存在差异,且 有效的DNA转导会伴随某些毒性或细胞的抑制, 其程度与使用试剂、步骤和目的细胞密切相关。质 膜对于物质的选择通透作用使得生物大分子难以传 输进入细胞,该问题促使人们要构建一种理想的能 够高效运载大分子进入细胞的系统。本研究中使用 的人类免疫缺陷病毒(HIV)l型的反式激活因子 TAT是一种正调控蛋白质,可以使所携带的核酸高 效进入真核细胞。1998年TAT介导的蛋白转导首 先被报道,有人将TAT蛋白质中包含PTD区段的 不同肽段和其他外源蛋白导入体外培养的细胞及小 鼠部分组织,从此TAT介导的蛋白转导技术被广 泛应用于生物医学研究和临床药物治疗领域。据报 道,TAT蛋白内介导蛋白传递的核心序列由11个 氨基酸组成,其序列为YGRKKRRQRRR[3]。将这 一核心序列与多肽、蛋白质及DNA共价连接后,它 们可不依赖于受体和转运物质进入几乎所有的组织 和细胞,甚至能够通过血脑屏障,转导效率高且对细 胞没有损伤 ]。本研究中,我们利用上述方法将目 的基因ERK2和ERK2(AF)克隆进入包含有TAT 的原核表达载体,在大肠杆菌中诱导表达并纯化 维普资讯 http://www.cqvip.com 感染、炎症、修复2008年6』j第9卷第2期 ・ 97 ・ ERK2和ERK2(AF)蛋白。在将蛋白简单处理后 即可直接加入细胞培养基中,对我们的目的蛋白进 行功能研究。最近的一项研究将抗mlgG抗体细胞 2 Jeon SH,I.ee MY,Kim SJ,et a1.Taurine increases cell proli{ eration and generates an increase in[Mg‘ ]i accompanied by ERK 1/2 activation in human osteoblast cells.FEBS I ett, 2007,581(30):5929 5934 分别用 。ITAT肽段标记和“ InTAT肽段标记,结 果表明前者能够更快地促进抗mIgG抗体细胞的渗 透和核吸收 。此方法固然新颖可行,然而其安全 3 Koyanagi T,Noguchi K,Ootani A,et a1.Pharmacological inhi bition of epsilon PKC suppresses chronic inflammation in murine 性却不如我们使用的TAT方法。 ERK2是一类丝/苏氨酸蛋白激酶,生理状态下 cardiac transplantation mode1.J Mol(;ell Cardiol,2007,43(4): 404 408 位于胞浆,在生长因子、内毒素、革兰阳性菌等刺激 后激活转位入核,调节转录因子活性,产生生理效 应。目前对ERK2研究较多的方面是其参与调节 细胞增殖、分化和存活等 。有研究证实,在表皮 生长因子刺激下,p38 alpha异构体Mxi2与ERK2 4 Segura T,Hubbell JA.Synthesis and in vitro characterization of an ABC triblock copolymer for siRNA delivery.Bioconjug Chem,2007,18(3) 736 745 5 Cornelissen B,Hu M,McI arty K,et a1.Cellular penetration and nuclear importation properties of“ In labeled and 。。I la 结合后通过维持后者的磷酸化水平影响它在核内的 功能,从而干扰ERK2介导的多种生理过程[8]。 Dumitru等 研究发现,内毒素介导的肿瘤坏死因 子一a(TNF—a)产生在转录后水平依赖Tpl2/ERK途 beled H IV——1 tat peptide immunoconj ugates in BT 474 human breast cancer cells.Nucl Med Biol,2007,34(1):37 46 6 Kunath T,Saba El I eil MK,Almousailleakh M,et a1.FGF 径。我们采用大鼠烫伤后金黄色葡萄球菌攻击致脓 毒症模型,通过抑制ERK磷酸化水平显著下调 stimulation of the Erkl/2 signalling cascade triggers transition of p[uripotent embryonic stem cells from self renewal to lineage commitment.Development,2007,I34(16):2895—2902 TNF—a基因及蛋白表达,并减轻肝、肺、肾等器官功 能损害l】 。以上资料说明,ERK2在介导炎症反应 和细胞因子生成中发挥着重要作用,然而ERK2调 7 Meloche S,Pouyssegur J.The ERK1/2 mitogen activated pro— tein kinase pathway as a master regulator of the G1—・to S—uphase transition.Oncogene,2007,26(22);3227-3239 节炎症的具体作用机制仍未完全阐明。本研究利用 TAT介导的蛋白转导技术将ERK2及其突变体构 建进入pET14b—His—TAT载体,经过诱导后在大肠 杆菌中表达,纯化得到融合蛋白ERK2及其无活性 8 Sanz—Moreno V,Casar B,Crespo P.p38alpha isoform Mxi2 binds to extracellular signal——regulated kinase 1 and 2 mitogen——ac—— tivated protein kinase and regulates its nuclear activity by SUS taining its phosphorylation levels. Mol(;ell Biol,2003,23(9): 3079-3090 突变体,为后续工作奠定了基础。其作用,一方面, 将其直接导入各种与炎症相关的目的细胞,建立细 胞模型,可以检测多种下游基因以及细胞因子在基 因和蛋白水平的表达,并且筛选不同的作用片段;另 一方面,可以在导入它们后加入实验阶段的新药,检 9 Dumitru CD,Ceci JD,Tsatsanis C,et a1.TNF—alpha induction 测其抗炎效果,为评价其有效性提供实验依据。总 之,本实验成功构建了ERK2和ERK2(AF)的原核 表达载体,为深入研究ERK2蛋白的功能提供了重 要工具。 参 考 文 献 1 Ollinger R,Kogler t’,Troppmair J,et a1.Inhibits tumor cell by I.PS is regulated posttranscriptionally via a TpI2/ERK de pendent pathway.Cell,2000,103(7):1071—1083 1O姚咏明,程明华,姚胜,等.细胞外信号调节激酶抑制剂对烫伤 脓毒症大鼠肿瘤坏死因子a表达的影响及意义.中华外科杂 志,2004,42(7):391 395 (收稿日期:2008—01—04) growth via activation of ERK.Cell Cycle,2007,6(24)[Epub ahead of print ̄ 告读者:凡所投稿件为国家或省、部级基金资助项目,或者属攻关项目,或者为立项课题者,我刊收稿后将优先刊用。请投稿者投稿 时留下电子邮箱地址及联系电话。如15日内未收到答复,可来电询问。投稿时请将相关基金批件复印件一并寄至编辑部。
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