L-脯氨酸-4-羟化酶的异源表达和合成反式-4-羟基-L-脯氨酸的条件优化

L-脯氨酸-4-羟化酶(L-Proline-4-hydroxylase,P4H)是依赖α-酮戊二酸(α-KG)和Fe2+的双加氧酶成员之一,在反式-4-羟基-L-脯氨酸(trans-4-hydroxy-L-proline,t-4Hyp)等重要手性化合物的生物合成中发挥关键作用。本研究构建了来源于Bradyrhizobium japonicum USDA 6的P4H重组大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)/p ET-28b-p4h BJ,SDS-PAGE和酶活检测结果表明,该菌株具有表达可溶性P4H和催化合成t-4Hyp的能力。通过优化,确定了该重组菌全细胞催化合成t-4Hyp较优的反应体系和条件:10 m L p H 6.5 80 mmol/LMES缓冲液、9 mmol/L L-Pro,6 mmol/L L-抗坏血酸,6 mmol/Lα-KG,0.8 mmol/L Fe SO4·7H2O,反应温度为35℃;在20 g/L湿细胞的催化反应中,t-4Hyp的合成量达到34.86 mg/L,比优化前(17.53 mg/L)提高了98.86%。该工作为进一步利用P4H生物催化法合成t-4Hyp奠定了一定的技术基础。

反式-4-羟基-L-脯氨酸羟化酶基因密码子优化及表达

L-羟脯氨酸用途非常广泛,具有较好的应用价值,利用反式-4-羟基-L-脯氨酸羟化酶能将L-脯氨酸通过生物转化法生成反式-4-羟基-L-脯氨酸.对指孢囊菌(Dactylosporangiumsp.)RH1的反式-4-羟基-L-脯氨酸羟化酶基因密码子优化及蛋白可溶性表达条件进行了探索.基因p4hy的GC摩尔百分含量由73.63降至61.45;在23℃下,加入1mmol/L IPTG及分子伴侣pG-KJE8后可溶性蛋白的含量明显增多;密码子优化后的酶蛋白P4HY具有较好的催化生产羟脯氨酸的能力,反应40h后转化率达到72.8%.

定点饱和突变提高L-脯氨酸-4-羟化酶的酶活

为了提高L-脯氨酸-4-羟化酶(P4H)合成反式-4-羟基-L-脯氨酸(4-Hyp)的能力,首先对实验室前期构建的重组大肠杆菌E.coli BL21(DE3)/pET-28b-p4h的P4H进行三维结构模拟和"热点"氨基酸分析,选择了7个位于"疏水口袋"附近的氨基酸残基(Y205,K207I241,F137,T142,V53和R45)进行定点饱和突变,得到P4H酶活力明显提高的突变型酶F137R和Y205K。采用F137R和Y205K催化转化0.35g/L L-脯氨酸产物4(Hyp质量浓度分别为55.09mg/L和52.29mg/L),比野生型酶分别提高了58%和50%。经过分子对接比较发现,突变型P4H的活性中心没有发生显著变化,酶活的提高可能是由于突变作用使蛋白构型发生了轻微改变,增加了该酶与底物或辅底物的亲和力引起的。该结果为进一步利用P4H生物合成4-Hyp提供了重要的理论基础。

响应面法优化脯氨酸羟化酶转化反应工艺条件

通过优化脯氨酸羟化酶表达条件和转化反应条件,提高其转化反应效率。采用单因素法筛选脯氨酸羟化酶的最佳诱导温度、诱导剂浓度和转化反应条件,并采用响应面法预测影响转化反应各因素的最佳条件。结果显示,经过筛选和验证,蛋白表达最适诱导温度为28℃,IPTG浓度为0.2 mmol/L;转化反应最佳条件为:120 mmol/L 2-(N-吗啡啉)乙磺酸(pH 6.6)、1.5%Nonidet P-40、200 mmol/L L-脯氨酸、200 mmol/Lα-酮戊二酸,6 mmol/L L-抗坏血酸、6.0 mmol/L硫酸亚铁,最适反应温度为27℃,振荡速率为152 r/min。在最佳条件下,转化反应进行48 h后产物反式-4-羟基-L-脯氨酸的转化率可达100%,为合成反式-4-羟基-L-脯氨酸奠定了坚实的实验基础。

无外源脯氨酸发酵产反式-4-羟脯氨酸重组大肠杆菌的构建及发酵优化

为实现无外源脯氨酸的条件下直接从葡萄糖转化生成反式-4-羟脯氨酸,本实验采用定点突变和基因共表达的方法构建重组大肠杆菌:首先对L-脯氨酸生物合成途径中的关键酶谷氨酸激酶进行定点突变E143A、K145A,以增强L-脯氨酸生物合成能力;然后引入脯氨酸4-羟化酶基因,通过两个基因的共表达可以实现从葡萄糖到反式-4-羟脯氨酸的连续转化,而不再需要添加外源L-脯氨酸。得到的L-脯氨酸生物合成能力增强的菌株在摇瓶阶段L-脯氨酸的产量可达到1.4 g/L;pro BA2与hyp双基因共表达菌株的反式-4-羟脯氨酸产量为98.9 mg/L,比原始菌株提高了一倍,经发酵优化后得到培养基为:葡萄糖10 g/L,胰蛋白胨15 g/L,硫酸亚铁3 mmol/L,硫酸镁1 g/L,磷酸氢二钾3 g/L,氯化钙0.015 g/L,在这个培养条件下反式-4-羟脯氨酸的产量为220.0 mg/L,比优化前提高1.2倍。

产顺式-4-羟脯氨酸枯草芽孢杆菌工程菌的构建及发酵优化

顺式-4-羟脯氨酸(CHOP)是一种重要的手性结构物质,可广泛用于药物以及香料制造。本研究为开发CHOP的生物合成方法,将来源于中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)的L-脯氨酸-4-羟化酶在枯草芽孢杆菌WB800N中实现了成功表达,构建获得了能够以L-脯氨酸为底物合成CHOP的工程菌株,进而对该菌株的发酵条件以及发酵组分进行了优化研究。结果表明:工程菌株的最适发酵温度为25℃,最适诱导剂浓度为1 mmol/L,最适发酵p H为5;在发酵体系中加入5 mmol/L硫酸亚铁和2.5 g/L L-脯氨酸时最有利于合成CHOP。在最优发酵体系下发酵60 h后,顺式-4-羟脯氨酸的产量可以达到120.2 mg/L。本文成功的构建了羟脯氨酸生产菌株枯草杆菌WB800 p HT-P4H,而研究结果为枯草杆菌工程菌发酵生产顺式-4-羟铺氨酸提供了基础。

1株产顺式-4-羟基-L-脯氨酸基因工程菌的构建及发酵初步优化

顺式-4-羟基-L-脯氨酸是一种可用于合成多种药物和香料的手性结构物质。通过对L-脯氨酸顺式-4-羟化酶基因的优化设计,并引入色氨酸串联启动子,构建出1株能表达L-脯氨酸顺式-4-羟化酶的重组大肠杆菌JM109/p EHC4,从而可以将游离的L-脯氨酸转化为顺式-4-羟基-L-脯氨酸。对该菌株进行摇瓶发酵优化,得出优选培养基为(g/L):葡萄糖10,甘油10,蛋白胨10,NaCl 6,FeSO_4·7H_2O 0.278,L-抗坏血酸0.528,(NH_4)_2SO_45,K_2HPO41,MgSO_40.2,CaCl_20.015,L-脯氨酸4。在该条件下发酵12 h,顺式-4-羟基-L-脯氨酸的产量达到657.08mg/L,比优化前提高了3.76倍;在24 h时产量达到1 582.75 mg/L。研究结果为顺式-4-羟基-L-脯氨酸的微生物转化法生产提供了基础。

P4HB在胶质母细胞瘤中的表达及其对临床预后和肿瘤细胞增殖与迁移的影响

目的探讨脯氨酸4-羟化酶β多肽(P4HB)在多形性胶质母细胞瘤(GBM)中的表达及其对临床预后和肿瘤细胞增殖与迁移的影响。方法(1)根据癌症基因组图谱(TCGA)、GTEx数据库和GEPIA2数据库,应用R软件分析P4HB基因在GBM与正常脑组织的表达差异。(2)选取2017年2月-2019年12月在贵阳市第二人民医院神经外科接受手术治疗的52例GBM肿瘤标本,另选取10例正常脑组织作为对照。应用免疫组织化学方法检测GMB组织和正常脑组织中P4HB的表达水平。采用log-rank检验的Kaplan-Meier法进行生存分析;受试者工作特征(ROC)曲线分析P4HB对GBM患者生存率的预测价值。采用Cox回归模型分析P4HB表达水平及相关临床病理因素与患者预后的关系。(3)将人源性GBM U87细胞随机分为对照组、NC-siRNA组和P4HB-siRNA组。P4HB-siRNA组转染siRNA干扰P4HB表达。采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测U87细胞中P4HB mRNA含量;CCK-8法和免疫荧光染色检测P4HB对U87细胞增殖活力的影响;划痕实验检测P4HB对U87细胞迁移能力的影响。结果与正常脑组织比较,P4HB在GBM组织中表达明显上调(P<0.05);γδT细胞(r=-0.227)和滤泡辅助性T细胞(r=-0.226)与P4HB表达呈负相关,而自然杀伤(NK)细胞(r=0.417)、巨噬细胞(r=0.374)、中性粒细胞(r=0.344)和未成熟树突状细胞(r=0.263)与P4HB表达呈正相关。Kaplan-Meier生存分析结果显示,P4HB高表达组GBM患者中位生存期和中位疾病特异生存期均短于低表达组(P<0.05)。ROC曲线分析显示,P4HB预测GBM患者总生存率的曲线下面积(AUC)为0.982,预测其1、3、5年生存率的AUC分别为0.655、0.724和0.861。免疫组化结果显示,P4HB蛋白在GBM组织中呈高表达。多因素Cox回归分析结果显示,P4HB高表达和TERT启动子突变是GBM患者预后的独立危险因素(P<0.05)。与对照组和NC-siRNA组比较,P4HB-siRNA组U87细胞转染siRNA后P4HB表达减少(P<0.01),细胞增殖能力和细胞划痕愈合率降低(P<0.001)。结论P4HB在GBM中高表达并提示患者预后不良;敲除P4HB可抑制GBM U87细胞的增殖和迁移。P4HB可能成为GBM的相关预测标志物和潜在治疗靶点。

益气除痰方治疗非小细胞肺癌疗效与脯氨酸4-羟化酶β亚基表达的相关性分析

目的探讨脯氨酸4-羟化酶β亚基(P4HB)对益气除痰法治疗非小细胞肺癌(NSCLC)的疗效预测效果。方法选取46例Ⅲ、Ⅳ期NSCLC患者,采用益气除痰方加减治疗4个疗程,通过实体瘤的疗效评价标准(RECIST)进行疗效评价;采用免疫组织化学法测定肺癌组织中P4HB的表达,采用Logistic回归分析益气除痰法治疗肺癌疗效的影响因素,并分析益气除痰疗效与P4HB表达的相关性。结果晚期NSCLC患者疾病控制率为36.96%(17/46)。P4HB在晚期肺癌组织中呈高表达(6/15)。性别、初治与复治是影响益气除痰法治疗肺癌疾病控制率的独立因素。结论 P4HB可作为益气除痰法治疗NSCLC疗效的预测因子。

扩张型心肌病患者外周血VEGF、PDH2、Robo4表达变化及其意义

目的观察扩张型心肌病患者外周血血管内皮生长因子(VEGF)、脯氨酸羟化酶-2(PDH2)、血管内皮细胞特异受体4(Robo4)表达变化,分析其临床意义。方法扩张型心肌病患者94例为观察组,同期健康检查者94例作为对照组,采用酶联免疫吸附法检测两组研究对象外周血VEGF、PDH2、Robo4和心衰指标B型钠尿肽前体(NTproBNP)。两组研究对象均接受经胸行多普勒超声心动图检查,测量左室功能指标,包括左室舒张末期内径(LVEDD)、左室射血分数(LVEF)。采用Pearson相关分析法分析扩张型心肌病患者外周血VEGF、PDH2、Robo4表达水平的相关性及外周血VEGF、PDH2、Robo4表达水平与NT-proBNP水平、LVEF、LVEDD的相关性。结果与对照组相比,观察组患者外周血VEGF水平、NT-proBNP水平和LVEDD升高,而Robo4水平、PDH2水平和LVEF降低。扩张型心肌病患者外周血VEGF水平与PDH2、Robo4水平负相关(r分别为-0.775、-0.774,P均<0.05)。扩张型心肌病患者外周血VEGF水平与NT-proBNP水平、LVEDD负相关(r分别为-0.885、-0.807,P均<0.05),与LVEF正相关(r=0.804,P<0.05);扩张型心肌病患者外周血PDH2水平与NT-proBNP水平、LVEDD正相关(r分别为0.664、0.772,P均<0.05),与LVEF负相关(r=-0.631,P<0.05);扩张型心肌病患者外周血Robo4水平与NT-proBNP水平、LVEDD正相关(r分别为0.670、0.587,P均<0.05),与LVEF负相关(r=-0.502,P<0.05)。结论扩张型心肌病患者外周血VEGF水平升高,Robo4、PDH2水平降低,VEGF水平与PDH2、Robo4水平呈负相关关系,且与心衰和左室功能有关。

P4HA2通过激活PI3K/AKT/mTOR信号通路促进肝癌的发生和发展

目的 探讨脯氨酸4-羟化酶Ⅱ(P4HA2)在肝癌细胞发生发展中的作用及相关机制。方法 利用GEPIA、Human Protein Atlas数据库预测P4HA2在肝癌中的表达情况,利用K-M plotter在线数据库分析P4HA2的表达情况与肝癌预后的关系,采用qRT-PCR和Western blot检测肝癌细胞和正常肝细胞中P4HA2的表达。构建慢病毒载体,用携带P4HA2 shRNA和Con shRNA的慢病毒载体分别转染肝癌SNU-449和Hep-3B细胞系,建立沉默表达P4HA2的细胞株(shP4HA2组)和对照组细胞株(NC组)。采用CCK-8、集落形成试验、划痕实验和Transwell实验分别检测细胞增殖、迁移和侵袭能力。采用Western blot实验检测上皮-间质转化和PI3K/Akt/mTOR信号通路相关蛋白表达情况。结果 在线数据库分析结果显示,肝癌组织中P4HA2表达高于正常肝组织(P<0.05)。同时,肝癌细胞系中P4HA2 mRNA和蛋白表达水平也高于正常肝细胞(P<0.01)。慢病毒干扰后,与NC组相比,shP4HA2组中mRNA和蛋白表达水平下降(P<0.05)。P4HA2基因表达沉默后,细胞的增殖、迁移和侵袭受到抑制。Western blot显示,相对于NC组,shP4HA2组的E-cadherin蛋白表达上升,N-cadherin、Snail蛋白表达下降(P<0.05),在PI3K/AKT/mTOR通路中,磷酸化的PI3K(P-PI3K)、AKT(P-AKT)和m TOR(P-mTOR)显示出较低的水平(P<0.05)。结论 P4HA2通过激活PI3K/Akt/mTOR信号通路影响肝癌细胞的增殖、迁移、侵袭,促进肝癌的发生发展。

益气除痰方对缺氧微环境下A549细胞上皮间质转化及P4HB表达的影响

目的研究益气除痰方对缺氧条件下A549细胞上皮间质转化的影响并初步探讨其与脯氨酸4-羟化酶β亚基(P4HB)、波形蛋白(Vimentin)表达的相关性。方法将A549细胞分为3组培养:常氧对照组(常规培养),缺氧模型组(加入CoCl2培养模拟缺氧微环境诱导A549细胞上皮间质转化),益气除痰方含药血清组(在CoCl2培养基础上加入益气除痰方含药血清培养)。相差显微镜下观察3组A549细胞形态的变化;RT-PCR检测3组549细胞P4HB、Vimentin mRNA的表达含量。结果相差显微镜下常规培养的A549细胞呈不典型上皮细胞形态,经CoCl2刺激后,大部分细胞形态明显拉长,呈现明显的间质细胞形态。益气除痰方含药血清组与常氧对照组比较间质细胞形态的细胞增多,较缺氧模型组间质细胞形态的细胞明显减少。缺氧模型组A549细胞P4HB、Vimentin mRNA的表达量较常氧对照组明显上调,差异有统计学意义(P<0.01);益气除痰方含药血清组P4HB、Vimentin mRNA的表达量较缺氧模型组明显下调,差异有统计学意义(P<0.01,P<0.05)。结论益气除痰方可抑制缺氧诱导的上皮间质转化,可能与其下调P4HB mRNA表达相关。

千层纸素A通过调控P4HB蛋白介导的hedgehog信号抑制肝癌血管生成

目的:探讨脯氨酸4-羟化酶β亚基(P4HB)蛋白在千层纸素A抗肝癌血管生成中的作用及其可能的机制。方法:Western blot检测6株人肝癌细胞系HCCLM3、Huh7、HepG2、MHCC97-L、Bel-7402及SMMC-7721中P4HB的蛋白表达。MTS试剂盒检测受试化合物对SMMC-7721细胞体外增殖的影响;LDH检测受试化合物对SMMC-7721细胞毒性影响;Western blot法检测受试化合物对SMMC-7721细胞中P4HB蛋白表达的影响;构建P4HB干扰质粒并转染SMMC-7721细胞,Western blot检测干扰转染效率;采用小管形成实验研究干扰P4HB对SMMC-7721细胞血管生成的影响;采用Western blot检测干扰P4HB对SMMC-7721细胞中hedgehog (Hh)信号相关蛋白Patched、Smo及Hhip蛋白表达影响;采用ELISA试剂盒检测激动Hh信号对P4HB蛋白调控SMMC-7721细胞血管内皮生长因子(VEGF)及血小板衍生生长因子(PDGF)分泌影响。结果:6株细胞中,SMMC-7721细胞表达P4HB蛋白最高。与对照组相比,千层纸素A体外可显著抑制抑制SMMC-7721细胞的增殖(P<0.05),并在100μmol·L^(-1)以上时对细胞显示毒性作用(P<0.05)。与对照组相比,千层纸素A可显著抑制SMMC-7721细胞中P4HB蛋白表达(P<0.05);与对照干扰组相比,P4HB干扰质粒可显著抑制SMMC-7721细胞中P4HB蛋白表达(P<0.05),表明质粒构建成功;与对照干扰组相比,干扰P4HB可抑制SMMC-7721细胞的血管生成(P<0.05),降低SMMC-7721细胞Patched及Smo的蛋白表达(P<0.05),并升高Hhip蛋白表达(P<0.05)。此外,与对照组相比,千层纸素A亦能够抑制SMMC-7721细胞Patched及Smo的蛋白表达(P<0.05),并增加Hhip蛋白表达(P<0.05)。与P4HB干扰组相比,激动Hh信号可减弱P4HB干扰所致的细胞VEGF及PDGF分泌下降的作用(P<0.05)。结论:千层纸素A能够通过抑制P4HB介导的hedgehog信号抑制肝癌细胞的血管生成。千层纸素A是抗肝癌血管生成疗法的潜在化合物。