结核分枝杆菌1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶抑制剂的3D-QSAR研究及优化设计

结核分枝杆菌是导致结核病的病原体,1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶是结核分枝杆菌代谢的关键限速酶,因此被作为一个有潜力的抗菌靶点。收集了35个对结核分枝杆菌1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(mtDXR)有体外抑制活性的膦胺霉素衍生物,运用比较分子场分析方法和比较分子相似性指数分析方法对它们进行三维定量构效关系研究,建立了相应模型。结果表明:CoMFA模型的最佳主成分值n=7,交互检验系数q^(2)=0.601,相关系数r^(2)=0.979;CoMSIA模型的最佳主成分值n=8,交互检验系数q^(2)=0.609,相关系数r^(2)=0.983。数据显示所建模型拥有较为可靠的预测能力。同时,利用分子对接进一步考察膦胺霉素类小分子抑制剂和靶点活性部位氨基酸残基的非键作用,结合3D-QSAR等势图,明确了该类化合物分子结构上可供加工和优化的区域,进而设计出14个全新的膦胺霉素衍生物,并对它们进行活性预测,得到了拥有更高预测活性的新化合物27m,为mtDXR抑制剂的进一步开发提供了理论依据和重要参考。

植物萜类合成酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶的分子结构特征与功能预测分析

采用生物信息学的方法和工具对已在GenBank上注册的拟南芥、玉米、岩蔷薇、水稻、黄花蒿、亚麻等植物的萜类合成酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶的核酸及氨基酸序列进行分析,并对其组成成分、转运肽、跨膜拓朴结构域、疏水性/亲水性、蛋白质二级及三级结构、分子系统进化关系等进行预测和推断。结果表明:该类酶基因的全长包括5′、3′非翻译区和一个开放阅读框,无跨膜结构域,是一个具转运肽的亲水性蛋白,包括两个功能DXR结合motif及两个功能NADPH结合motif,α-螺旋和不规则卷曲是蛋白质二级结构最大量的结构元件,β-转角和β-折叠散布于整个蛋白质中,蛋白质的功能域在空间结构上折叠成“V”形,“V”形的两臂由N-端与C-端构成,“V”形的底部,是N-端臂与C-端臂的结合域。

蛇足石杉1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(HsDXR1)基因克隆与表达分析

基于本实验室已获得的蛇足石杉转录组数据,获得一个编码1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase,DXR)的转录本,分析其开放阅读框序列,发现该转录本编码全长为1 440 bp的蛇足石杉DXR基因(HsDXR1),含有479个氨基酸残基。采用RT-PCR方法获得了HsDXR1全长,并对HsDXR1编码蛋白的理化性质、结构域及三维结构进行预测分析。结果显示HsDXR1编码蛋白的预测分子量为51.496 1 kDa,等电点为6.44;不含信号肽和跨膜区;亚细胞定位预测表明该蛋白最可能定位于叶绿体;具有DXR蛋白典型的结构域。实时荧光定量PCR检测HsDXR1基因在蛇足石杉的茎中表达量最高,其次为根,在叶中表达量最低。本研究获得了蛇足石杉HsDXR1基因的编码区序列,为进一步研究HsDXR1在蛇足石杉萜类化合物生物合成途径中的功能奠定基础。

结核分枝杆菌1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶抑制剂高通量筛选模型的建立与应用

目的建立1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶抑制剂的高通量筛选模型,从不同来源的样品中筛选该酶抑制剂,以期获得作用于该靶点的全新作用机制的抗结核药物先导物。方法以结核分枝杆菌H37Rv基因组为模板,克隆基因dxr构建重组表达质粒pET28a(+)::dxr;IPTG诱导表达并经Ni2+亲和层析柱纯化得到具有天然酶活性的1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶;基于该酶促反应底物NADPH在340nm波长下具有光吸收的原理,建立和优化酶活测定体系,构建并评价酶抑制剂的高通量筛选模型;应用此模型进行酶抑制剂筛选并进行抑酶活性及抗菌活性评价。结果成功得到具有天然酶活性的1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶,构建了1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶抑制剂的高通量筛选模型并得到3个抑酶活性较高的阳性化合物,其中化合物IMB-DXR-B1为该酶的反竞争性抑制剂,其Ki值为6.2μmol/L,IC50为29.5μmol/L,该化合物对于结核分枝杆菌H37Rv的MIC为32μg/mL。结论成功构建了稳定性好、灵敏度高的结核分枝杆菌1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶抑制剂的高通量筛选模型,筛选得到具有抗结核活性的1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶抑制剂,为获得全新作用靶点的新型抗结核药物奠定了基础。

决明1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶和1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶的功能鉴定与表达分析

本研究根据决明三代转录组测序获得的1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶(CoDXS)和1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(CoDXR)基因的全长序列设计特异性引物,PCR扩增获得CoDXS、CoDXR基因的OFR,构建原核表达载体pTrc-CoDXS、pTrc-CoDXR在含有质粒PAC-BETA的TOP10重组菌中进行表达,通过TOP10的菌斑颜色变化来验证CoDXS和CoDXR基因的功能。利用实时荧光定量PCR来检测CoDXS、CoDXR基因在决明不同组织中以及六种胁迫条件下的表达情况。研究结果表明CoDXS、CoDXR基因的OFR分别为2127、1416 bp,编码的氨基酸数目分别为708、471,功能鉴定结果显示含有CoDXS、CoDXR基因编码区的TOP10菌斑呈现出深橘黄色;CoDXS基因的表达趋势为:花>茎>种子>叶>根,CoDXR基因的表达趋势为:叶>花>茎>根>种子。对CoDXR和CoDXS基因在不同的胁迫条件下的相对表达量检测分析发现,在盐胁迫条件下:CoDXS基因的表达量整体呈现出下降趋势,CoDXR基因的表达量波动范围较小;在ABA胁迫条件下:CoDXS基因的表达量呈现出先下降上升趋势,CoDXR基因的表达量呈现出上升趋势;在MeJA胁迫条件下:CoDXR和CoDXS基因的表达量均呈现出先下降后上升的趋势;在PEG6000胁迫条件下:对CoDXS基因表达量的影响较小,CoDXR基因的表达量呈现出上升趋势;在高温胁迫条件:CoDXS基因呈现出下降趋势,对CoDXR基因的表达影响较小;低温胁迫条件下:CoDXR和CoDXS基因的表达均呈现出下降趋势。

高良姜1-脱氧-D-木酮糖5-磷酸还原异构酶cDNA克隆与表达调控

目的:克隆高良姜1-脱氧-D-木酮糖5-磷酸还原异构酶(DXR)的全长cDNA,分析其组织表达模式及茉莉酸甲酯(MeJA)的调控模式,为高良姜有效成分的基因调控及基因工程育种奠定基础。方法:应用简并引物RT-PCR和RACE技术从高良姜根茎中克隆DXR全长cDNA,运用生物信息学解析其编码的蛋白质结构,实时荧光定量PCR法分析其组织表达模式和MeJA的调控模式。结果:克隆了高良姜DXR全长cDNA序列(AoDXR),开放读码框长1 419 bp,编码的蛋白质含472个氨基酸残基、相对分子质量约51.48 kDa。推导的AoDXR氨基酸序列与其他高等植物的DXR具有高度的序列一致性(73%～99%)。AoDXR在高良姜叶片中表达量最强,而在根茎中表达量较弱。外源茉莉酸甲酯(MeJA)处理提高了根茎AoDXR的转录水平和1,8-桉油精含量。结论:AoDXR在高良姜根茎中的表达水平与1,8-桉油精的积累不一致,反应了AoDXR催化的终产物的多样性和表达调控的复杂性。外源MeJA可促进根茎AoDXR的表达和1,8-桉油精的积累,对提高药材品质有应用价值。

滇龙胆1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶基因GrDXR的克隆、序列分析与原核表达

目的从滇龙胆Gentiana rigescens幼叶中克隆萜类合成关键酶1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶基因GrDXR,进行序列分析和原核表达。方法根据滇龙胆转录组中GrDXR基因序列,设计引物,通过RT-PCR扩增得到GrDXR开放阅读框(ORF)序列,并进行TA克隆、测序和序列分析;构建原核表达载体pGEX-4T-1-GrDXR,转入大肠杆菌Rosetta(DE3)中,在IPTG诱导下进行表达。结果 GrDXR ORF全长1 425 bp,编码474个氨基酸。序列分析表明,GrDXR基因是DXR家族成员;蛋白质序列系统发育分析表明,GrDXR与萝芙木RvDXR、橡胶树HbDXR和长春花CrDXR亲缘关系较近。构建pGEX-4T-1-GrDXR重组质粒,获得稳定的原核表达体系。SDS-PAGE结果表明所表达蛋白与预期蛋白大小一致。结论克隆了GrDXR基因,建立其稳定的原核表达体系,为进一步纯化GrDXR蛋白,研究其结构和功能奠定基础。

冬凌草1-脱氧木酮糖-5-磷酸还原异构酶(DXR)基因克隆与分析

目的:为研究冬凌草二萜类合成的相关基因,在冬凌草转录组信息数据的基础之上,以冬凌草无菌苗为研究材料,克隆冬凌草二萜类合成的关键酶1-脱氧木酮糖-5-磷酸还原异构酶(l-deoxy-D-lxyluloses-phosphatereduetoisomerase,DXR)基因。方法:采用逆转录PCR技术克隆冬凌草DXR基因,实时荧光定量PCR法分析其组织表达模式。结果:DXR c DNA基因全长1 500 bp,DXR基因开放阅读框为1 422 bp,编码473个氨基酸组成的蛋白质序列,理论相对分子质量为51.39 k Da,等电点为6.09,是一种亲水性蛋白。DXR在茎中表达量相对较高,在愈伤组织中表达量最低。结论:研究结果为深入研究冬凌草DXR酶的活性和功能及为冬凌草二萜类化合物的生物合成机制、优良基因挖掘奠定基础。

鱼腥草1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶基因克隆与差异表达

目的克隆鱼腥草1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(DXR)基因,并分析其差异表达。方法采用RT-PCR方法获得DXR基因c DNA序列,并对DXR蛋白进行理化性质、蛋白二级结构及三维结构预测分析,并预测了该蛋白功能;利用实时荧光定量PCR方法检测了DXR基因在鱼腥草的地下茎、地上茎、叶、花中的表达情况。结果克隆获得的DXR基因长为1 416 bp,编码471个氨基酸。生物信息学预测DXR蛋白不含跨膜区,不含信号肽。DXR基因在鱼腥草的叶片中表达丰度最高,其次是地下茎,再次是地上茎,花中表达量最低。结论首次从鱼腥草中克隆了DXR基因,为进一步阐明该基因在鱼腥草萜类化合物代谢途径中的重要作用奠定基础。

香樟1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶基因CcDXR1的克隆和表达分析

1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase,DXR)是萜类甲基赤藓醇-4-磷酸途径(methylerythritol-4-phosphate pathway,DXP/MEP)上的第二个限速酶。本研究以5种化学型的香樟(Cinnamomum camphora)作为实验材料,基于转录组数据,运用快速扩增c DNA末端技术(RACE),从香樟中克隆出DXR基因的c DNA,命名为Cc DXR1(Gen Bank登录号:KU886266)。该基因开放阅读框(ORF)长1 413 bp,编码470个氨基酸残基,生物信息学分析推测其分子质量为51.1 k D,等电点(Theoretical p I)为6.62,不含信号肽,不存在跨膜结构。结合蛋白质保守区以及进化树分析,证实该基因确为DXR家族基因。利用实时荧光定量PCR检测得出香樟中CcDXR1基因在成熟叶片表达量高于幼嫩叶片,根与叶中表达量相当,枝中最低。Cc DXR1在香樟5种化学型中的表达量不同,在龙脑樟中的表达量要高于油樟、芳樟、脑樟和异樟4种化学型。本研究首次从香樟中克隆出了Cc DXR1序列全长,并揭示了Cc DXR1在不同组织、生长时期及5种化学型中的差异表达,为香樟萜类化合物生物合成途径关键酶基因的挖掘提供研究基础。

柔嫩艾美耳球虫5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶基因的克隆、原核表达及酶活性分析

旨在克隆柔嫩艾美耳球虫5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶(EtDXR)基因,初步分析EtDXR的酶活性。根据EuPathDB数据库信息注释、拼接Etdxr基因序列,设计特异性引物扩增Etdxr基因,构建原核表达质粒pCold I-EtDXR,转化E.coli Rosetta(DE3),IPTG诱导表达,进行SDS-PAGE及Western blot分析,纯化rEtDXR,对rEtDXR进行酶活性分析,测定pH和Mg2+离子浓度对酶活性的影响。结果显示,Etdxr基因完整编码序列为1 746bp,氨基酸序列具有与其他物种高度保守的酶活性中心;成功构建原核表达质粒pCold I-EtDXR,SDS-PAGE以及Western blot分析显示,得到约50ku的蛋白质;利用直接检测底物NADPH消耗速率的方法分析EtDXR酶活性,结果显示,不同pH和离子浓度对EtDXR的酶活性有显著影响,其最佳的酶反应条件为pH 7.0,Mg2+离子浓度4.5mmol·L-1。本研究为进一步以EtDXR为药靶筛选抗球虫先导化合物奠定了基础。

转基因本氏烟草中CtDXR基因拷贝数及耐盐耐高温功能的初步分析

评估转基因本氏烟草中CtDXR基因的拷贝数,并初步分析其耐盐与耐高温能力。首先利用Southern Blot技术确定野生型本氏烟草中Actin基因的拷贝数,并以Actin基因为内参基因,以转CtDXR基因本氏烟草为材料,采用实时荧光定量PCR方法,检测转基因植株中CtDXR基因的拷贝数。最后,初步分析转基因植株的耐盐与耐高温能力。基于PCR方法,随机检测10株T1代转基因本氏烟草植株均能扩增出目的条带,表明它们均已成功转入目的基因CtDXR;Actin基因在本氏烟草基因组中为单拷贝基因;以Actin基因为内参基因,最终确定80%的转CtDXR基因植株为单拷贝或低拷贝株系;盐胁迫下,转CtDXR基因植株的株高(P<0.01)、侧根数(P<0.01)与鲜重(P<0.001)优于野生型植株,高温胁迫下,转CtDXR基因植株的株高(P<0.01)、叶片数(P<0.01)与鲜重优于野生型植株,表明转基因植株具有更强的耐盐和耐高温能力。利用研究建立的转基因本氏烟草外源基因拷贝数的检测方法,对转CtDXR基因植株完成外源基因拷贝数的鉴定,且初步鉴定了CtDXR基因具有耐盐与耐高温功能。

紫丁香SoDXR基因克隆及其在单萜类物质合成中的功能分析

[目的]探究1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(DXR)基因在紫丁香单萜类物质合成中的作用,为紫丁香花香分子育种提供有效的基因资源和理论基础。[方法]以紫丁香花瓣为材料,克隆了SoDXR基因,并对其进行生物信息学和亚细胞定位分析、不同花发育时期和器官组织中的qRT-PCR表达分析以及探究其在金鱼草花瓣中异源瞬时过表达后的功能。[结果]SoDXR基因全长为1425 bp,编码474个氨基酸,编码的蛋白具有保守的DXP_reductoisom结构域,与桂花和油橄榄的相似性高达95%。亚细胞定位显示该蛋白主要定位于质体,与软件预测结果一致。伴随着开花,SoDXR表达水平呈先升高后降低的趋势,在初开期最高,其在各个器官组织中均有表达,花瓣中表达量最高,茎中表达量最低。瞬时过表达表明,SoDXR基因的表达水平显著高于对照,促进了主要单萜成分罗勒烯和月桂烯的释放,释放量分别增加了15.03倍和4.83倍。[结论]SoDXR基因正调控紫丁香单萜类物质的合成,表明DXR基因在花香次级代谢物合成中起到重要作用。

秦艽5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶基因(GmDXR)的克隆和表达分析

目的从药用植物秦艽Gentiana macrophylla中克隆了萜类成分合成途径的关键酶——5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶(1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase,DXR)基因,分析其序列特征及表达方式。方法克隆了秦艽DXR基因(GmDXR),分析了GmDXR编码蛋白序列的特征,并采用实时定量分析了GmDXR的表达模式。结果秦艽GmDXR基因包含1个完整的长1 428 bp的ORF框,编码475个氨基酸;GmDXR与萝芙木、番茄等植物DXR蛋白具有很高的同源性(≥85%),无跨膜结构域、信号肽等结构,主要定位于叶绿体中。定量PCR结果显示,GmDXR主要在秦艽的叶中进行表达,受到植物激素茉莉酸甲酯(methyl jasmonate,MeJA)的诱导。结论 GmDXR含有DXR蛋白的保守结构特征;在秦艽不同器官中GmDXR基因表达不同,且受到MeJA的诱导。该研究为今后研究秦艽环烯醚萜类化合物的生物合成机制提供了依据。

药用植物5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶基因研究进展

药用植物萜类成分是一类重要的天然产物。随着一些具有重要经济价值的萜类化合物需求扩大,其生物合成中的关键酶也备受关注。5-磷酸脱氧木酮糖还原异构酶(1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase,DXR)是2-甲基-D-赤藻糖醇-4-磷酸(MEP)途径上的第2个关键酶。综述了DXR生物学意义、基因结构及其催化机制、药用植物DXR基因克隆及进化情况,并且介绍了紫杉醇、银杏、丹参等重要药用植物中DXR基因的研究进展,旨在为其他药用植物DXR基因的克隆和深入研究提供参考。

农杆菌介导银杏遗传转化体系的建立及Gb-DXR基因表达载体的构建

[目的]为提高农杆菌介导的银杏遗传转化效率提供参考。[方法]以成熟的银杏种子胚为外植体,在无激素MS培养基上预培养48h后,采用3种农杆菌介导将GUS基因导入银杏胚中,经过组织化学染色法检测到GUS瞬时表达活性,对影响GUS基因表达的因素进行初步分析;并构建了银杏内酯前体合成途径上1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(DXR)的表达载体。[结果]该研究得到较合适的遗传转化方案,即用银杏胚作为外植体,用携带pCAMBIA1304+的EHA105农杆菌进行侵染,共培养3d,进行GUS染色,结果显示转化后GUS阳性率较高。[结论]该研究为进一步的银杏转基因研究工作奠定了基础。

顶复门原虫类异戊二烯生物合成途径及其关键酶的研究进展

顶复门原虫包括疟原虫(Plasmodium spp.)、刚地弓形虫(Toxoplasma gondii)、艾美耳球虫(Eimeria spp.)、锥虫(Trypanosoma spp.)、泰勒虫(Theileria spp.)及巴贝斯虫(Babesia spp.)等一大类引起严重人畜疾病的寄生性原虫。顶复门原虫利用2C-甲基-D-赤藓糖醇-4-磷酸(MEP)途径合成类异戊二烯前体物质,这些化合物对于维持顶复门原虫的生存具有十分重要的作用。1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸(DOXP)还原异构酶是MEP途径的关键酶,对其作用机理及抑制剂的筛选研究已取得重要进展。论文对顶复门原虫类异戊二烯的MEP途径,DOXP还原异构酶的作用机理及靶标研究进展进行综述。

东北雷公藤DXR HMGR基因克隆及生物信息学分析

目的:克隆东北雷公藤萜类物质生物合成关键酶基因3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-methylglutaryl coenzyme A reductase,HMGR)基因和1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase,DXR)基因全长,并对其进行生物信息学分析。方法:根据东北雷公藤转录组数据,设计特异性引物,采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术克隆东北雷公藤DXR、HMGR基因编码区的全长序列,并进行一系列生物信息学分析。结果:成功克隆东北雷公藤DXR、HMGR基因各1条,分别命名为TrDXR和TrHMGR,两者分别长1410、1770 bp,编码469个和589个氨基酸。TrDXR为亲水性蛋白,亚细胞定位在叶绿体,无跨膜结构,转运肽定位于叶绿体,含有2个结合功能域和2个活性位点基序;TrHMGR为疏水性蛋白,亚细胞定位在内质网,有跨膜结构,无转运肽,含有4个结合功能域。TrDXR和TrHMGR与不同物种同源序列的相似性高,保守性强。结论:克隆获得TrDXR、TrHMGR基因cDNA全长,并对其生物功能进行了初步预测,为基因功能鉴定及东北雷公藤萜类物质分子形成机制研究奠定基础。

青天葵DXR基因编码蛋白的生物信息学分析

为后期青天葵DXR基因的全长克隆、功能鉴定和调控研究奠定基础,采用生物信息学方法对前期通过转录组测序获得的青天葵DXR基因编码蛋白序列进行分析。结果表明:NfDXR序列包含457个氨基酸,分子量约为49.72Ku,为亲水性、混合结构型蛋白质。NfDXR属于1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶超级家族,含有DXR功能域、2个NAPDH结合基序和2个DXR活性位点基序,不具有跨膜结构域和信号肽结构。NfDXR与其他单子叶植物DXR同源性高,其中与铁皮石斛DXR的序列相似度达90%。

洛伐他丁和膦胺霉素对烟草HMGR和DXR活性的影响

HMGR和DXR分别是萜类生物合成途径——MVA和MEP途径的2个关键酶。本研究对烟草施用HMGR和DXR的专一抑制剂洛伐他汀(MEV)和膦胺霉素(FSM),测定烟草Nt HMGR、Nt DXR、FPPS和GGPPS基因转录水平、HMGR和DXR酶活性变化。结果表明,抑制剂处理后烟草内源基因Nt HMGR和Nt DXR表达量在24h受到明显抑制;HMGR和DXR活性均在一定时间内受到抑制。MEV和FSM能有效抑制烟草中HMGR和DXR的活性。