人PIF1及其截短体重组蛋白的真核表达及其细胞内定位

目的构建人PIF1及其C末端解螺旋酶模序(PIF1C)和N末端PINT结构域(PIF1N)截短体真核表达重组质粒,进行真核表达,并确定PIF1、PIF1C、PIF1N在细胞内定位。方法以HeLa cDNA为模板PCR获取PIF1、PIF1C、PIF1N编码区cDNA,将其插入pCMV-Tag 2B质粒中构建PIF1、PIF1C、PIF1N真核表达重组质粒;通过lipofectamine2000将重组质粒转染人293细胞中,Western blot方法检测其在真核细胞内的表达,用免疫荧光法检测其细胞内定位。结果成功构建了PIF1及其截短体真核表达重组体,并在真核细胞内成功表达。确定PIF1定位于核内,PIF1C定位于整个细胞,呈弥散分布,PIF1N主要定位于核内。结论在真核细胞中成功表达了PIF1、PIF1C、PIF1N,且发现PIF1N对PIF1的入核起重要作用,为进一步研究其PIF1及其各结构域奠定了实验基础。

不含氨基末端的PIF1解螺旋酶的纯化和初步功能研究

目的从分子水平阐述人类PIF1解螺旋酶的生理功能,纯化只含有解螺旋酶模序,不含N-末端的PIF1蛋白——PIF1△N,并对其生物化学活性进行检测。方法以Hela细胞的cDNA文库为模版,PCR扩增得到PIF1的540～1 923的cDNA序列,在cDNA的5′端引入六聚组氨酸标签后插入pET20b表达载体,得到重组质粒pET20-PIF1△N。通过共转化此重组质粒和一个编码稀有rRNA的质粒,PIF1△N蛋白在大肠杆菌中得到表达。在4℃通过一系列亲和层析柱,用高效液相纯化系统纯化了PIF1△N蛋白,并检测其生物化学活性。结果从Hela细胞的cDNA文库中克隆了PIF1蛋白的540～1 923的基因片段,使其在大肠杆菌中成功表达。建立了纯化PIF1△N蛋白的亲和层析方法,并检测了其ATP酶活性。结论不含N-末端的PIF1蛋白-PIF1△N,具有依赖镁离子和DNA的ATP酶活性。

人CAP1蛋白与PIF1解螺旋酶及其剪接体蛋白的相互作用

目的在细胞水平及体外验证腺苷酸环化酶相关蛋白1(CAP1)蛋白与PIF1解螺旋酶及其剪接体是否存在相互作用。方法采用激光共聚焦免疫荧光实验,通过细胞内蛋白共定位确定蛋白质间的相互作用关系;GST Pulldown实验在体外验证CAP1与PIF1及其剪接体是否存在直接的相互作用。结果激光共聚焦免疫荧光实验显示,CAP1与PIF1全长蛋白及其剪接体BC018978没有共定位,但与剪接体AF108138C存在共定位。GST Pull-down未检测到CAP1与PIF1全长及其剪接体的相互作用。结论 CAP1与PIF1剪接体蛋白可能存在非直接相互作用。

酵母双杂交技术筛选人PIF1解螺旋酶相互作用蛋白

目的 应用酵母双杂交技术研究筛选与人类PIF1解螺旋酶相互作用的蛋白。方法 应用酵母双杂交技术，以人PIF1蛋白PINT功能域（1～180氨基酸）和解螺旋酶模序（167～926氨基酸）为诱饵，与HeLa细胞cDNA文库杂交，筛选能与人PIF1蛋白不同功能域相互作用的蛋白。结合生物信息学分析，一对一酵母回复性杂交及β-galactosidase实验等确定阳性克隆。结果 PIF1蛋白PINT功能域杂交共获得17个阳性克隆，生物信息学分析有3个阳性基因，它们分别是CCNDBP1、OTUD5、CAP1。而PIF1蛋白解螺旋酶模序未获得阳性克隆。结论 PIF1蛋白的PINT功能域对调控PIF1的生理功能具有非常重要的作用。

Pif1维持基因组稳定性在肿瘤中发挥的作用

解旋酶是核酸代谢所必需的酶,普遍存在于生物体内。Pif1是5’-3’方向ATP依赖的超家族ⅠB类解旋酶,几乎存在于所有真核生物中。Pif1不同程度地影响端粒、线粒体DNA的复制和冈崎片段的成熟。此外,Pif1可通过破坏稳定的核蛋白复合物来影响这些过程。基于Pif1对维持基因组稳定性的重要性,为肿瘤相关疾病提供新的潜在治疗方向。本文论述了Pif1维持基因组稳定性在肿瘤中所发挥的作用。

嗜热菌ToPif1解旋酶与G四链体的互作活性位点预测及鉴定

利用AlphaFold2人工智能程序在原子水平预测并验证嗜热菌Themus oshimai Pif1(ToPif1)解旋酶参与特殊核酸二级结构G四链体(G4)解旋的关键活性位点。采用变温圆二色光谱测试及解旋实验确定ToPif1解旋酶的嗜热特性;利用AlphaFold2程序预测ToPif1与G4 DNA的互作氨基酸位点,并应用分子生物学工具将预测互作位点分别突变为丙氨酸;通过原核表达系统获得ToPif1的单点突变体蛋白,突变体蛋白经ATP水解实验验证后发现其基本活性不受损;通过荧光各向异性实验和荧光共振能量转移偶联快速停留技术对比ToPif1野生型和突变体对不同构型G4 DNA的结合活性及解旋活性差异,确认影响ToPif1结合和解旋G4的关键氨基酸位点。结果表明:ToPif1解旋酶在高温下仍可保持蛋白构象及解旋活力;预测结果显示ToPif1上存在8个与G4互作的潜在位点,且这些位点的单点突变均不会破坏ToPif1的ATP水解活力;在ToPif1结合G4^(CEB)和G4^(Tel)中发挥关键作用的氨基酸位点是R355,而显著影响ToPif1解旋G4活力的位点是R135和R355。研究结果明确了具有嗜热特性的ToPif1发挥结合、解旋G4 DNA活性的关键氨基酸位点,为理解嗜热菌Pif1解旋酶识别与解旋G4 DNA的机理提供了参考。

人类PIF1蛋白质N-末端多肽的表达纯化和生物学活性研究

解螺旋酶参与几乎体内所有的DNA代谢，具有重要的生理功能。为了从分子水平阐述人类PIF1解螺旋酶的生理功能，我们以HeLa细胞的cDNA文库为模版，PCR扩增得到PIF1基因5’端含有1～534核苷酸的cDNA序列一PIFAC。在PIF△C的5’端引入六组氨酸标签后插入pET15b表达载体，得到重组质粒pET15-PIF△C。以此重组质粒转化Rosetta TM2（DE3）感受态细胞，使PIFAC蛋白质在大肠杆菌中得到表达。在4℃通过快速液相色谱纯化系统，通过一系列色谱层析柱纯化了PIFAC蛋白质。以纯化的PIFAC蛋白质免疫家兔制备了抗血清，并检测了纯化的PIFAC的生物化学活性。结果显示不含解旋酶模序的人类PIF1蛋白质的N-末端，具有使单链DNA复性的特性。PIF1解螺旋酶具有解开DNA双链和使双链DNA复性这一矛盾的特性，暗示了人类PIF1解螺旋酶可能参与损伤DNA的修复，包括断裂的双链DNA的修复。

人类重组PIF1解螺旋酶C-末端多肽的纯化及其抗体制备

目的:表达纯化人类PIF1解螺旋酶C-末端的338-641氨基酸的多肽PIF338-641,同时用纯化蛋白制备特异抗体。方法:从HeLa细胞的cDNA文库中PCR扩增得到PIF1解螺旋酶C-末端1012-1926的cDNA片段(对应氨基酸338-641),插入N-末端融合有六聚组氨酸的表达载体pET15b产生pET15b-PIF338-641重组质粒,转化RosettaTM2(DE3)感受态细胞,使PIF338-641蛋白在大肠杆菌中表达,用自制的镍亲和柱纯化PIF338-641蛋白,并以纯化蛋白免疫家兔制备抗血清。结果:PIF338-641蛋白在大肠杆菌中成功表达,纯化了PIF338-641蛋白并制备了PIF338-641蛋白抗血清。结论:制备的PIF338-641蛋白抗体能与蛋白发生特异的免疫反应。

嗜热脱铁去硫弧菌Pif1解旋酶生物学活性的分子特征分析

已知Pif1解旋酶在维持基因组稳定性方面发挥重要作用,且不同生物Pif1解旋酶具有不同的生物学活性;然而迄今为止,嗜热细菌Pif1解旋酶的生物学活性分子特征的研究尚未见报道。本文运用生物化学与生物物理学前沿技术,系统地研究了嗜热脱铁去硫弧菌Pif1解旋酶(Defe.Pif1)结合活性与解旋活性的分子特征。通过原核表达纯化系统,本研究获得纯度95%以上、无标签的Defe.Pif1蛋白。利用荧光偏振技术研究Defe.Pif1结合反应的底物特异性,揭示出Defe.Pif1优先结合ss DNA与G4 DNA,并对含3'-尾链的部分双链底物有较强亲和力,其结合反应底物特异性为:ss DNA>G4 DNA>3'-ss DNA-ds DNA≈Y-structure>Other substrates。通过快速停留检测技术研究Defe.Pif1的解旋活性,明确其最适解旋温度为50℃,最佳反应溶液为10 mmol/L Na Cl、3mmol/L DTT、3 mmol/L Mg Cl2及1 mmol/L ATP;进一步的解旋动力学特征分析结果显示,Defe.Pif1可以高效解旋含G4结构的DNA底物,其解旋5'-G4-ds DNA底物时的解旋幅度超过90%,解旋速率也与其解旋5'-ss-ds DNA底物的速率相近,提示Defe.Pif1解旋G4 DNA更接近Bs.Pif1的单体反应模式。此外,本研究还发现Defe.Pif1解旋不同类型复制叉/复制泡底物时拥有独特的解旋倾向性:与解旋其它复制中间体DNA的低效性不同,Defe.Pif1解旋12nt-bubble底物的速率与幅度均较高,暗示12nt-bubble结构很可能是该解旋酶复制中间体的天然底物。上述结果证明,Defe.Pif1不仅具有Pif1解旋酶家族成员共同的结合与解旋G4 DNA等活性特征;而且作为嗜热细菌的解旋酶,它还具有独特的反应条件与解旋底物特异性。本研究为研究Pif1解旋酶家族其它成员的分子特征与生物功能提供了潜在的研究策略,为阐明此类Pif1解旋酶的分子作用机制奠定实验基础。

厌氧棒菌Pif1解旋酶的表达纯化及解旋条件优化

【目的】通过原核表达系统获得嗜热的厌氧棒菌(Anaerobaculum hydrogeniformans)DNA解旋酶Pif1(AnaPif1),研究其体外最佳解旋条件,为深入研究嗜热菌Pif1家族解旋酶工作机理提供参考。【方法】构建重组载体pET15b-sumo-AnaPif1,将重组载体转入表达菌株BL21(DE3)中诱导表达目的蛋白,经Ni-NTA柱和Heparin柱纯化最终获得全长AnaPif1蛋白;利用停流-荧光共振能量转移(FRET)技术,以pH值和Tris-HCl、NaCl、MgCl_2浓度及反应温度、能量供体为考察因素,以反应时间常数或速率常数为指标,摸索该蛋白在体外的最佳解旋条件、最佳能量供体以及底物的偏好性。【结果】成功构建了pET15b-sumo-AnaPif1重组表达载体,通过诱导表达,获得了纯度大于95%的全长AnaPif1蛋白,其大小为55ku,等电点为6.89。AnaPif1在体外的最佳解旋条件为:Tris-HCl(pH7.0)20mmol/L、NaCl 20mmol/L、MgCl_22mmol/L、反应温度37℃;其能够利用4种核苷三磷酸(ATP/GTP/CTP/UTP)作为能量供体,但对ATP有偏好性;该酶还能解旋多种底物(双链DNA、G4-DNA),且对底物选择无明显偏好性。【结论】获得了纯化的AnaPif1解旋酶,明晰了其最佳解旋条件、能量供体及底物的偏好性特征。

^(60)Coγ射线照射人肝癌细胞诱导PIF1基因mRNA变化

分别用2 Gy和4 Gy^(60)Coγ射线照射人肝细胞HepG2,利用real-time PCR方法检测PIF1基因mRNA表达量的变化,以探讨PIF1基因是否参与电离辐射致DNA损伤应答。结果表明,不同剂量的γ射线照射HepG2细胞后,PIF1 mRNA表现出一致的变化规律:即照后先轻微降低随后一直高表达,高表达至少持续到照射后12 h。提示电离辐射能够诱导PIF1表达,表达水平与剂量、时间相关。

热脱硫弧菌解旋酶基因TyPif1的原核表达、纯化及功能分析

【目的】通过原核表达系统获得热脱硫弧菌（Thermodesulfovibrio yellowstonii H.）Pif1解旋酶（TyPif1）,研究TyPif1解旋酶的嗜热特性和解旋机理。【方法】将Typif1解旋酶编码区和SUMO促溶标签编码区融合连入pET15b获得重组表达载体pET15b-SUMO-TyPif1,将该重组载体导入大肠杆菌BL21（DE3）菌株诱导表达,经Ni-NTA柱亲和纯化获得融合蛋白,SUMO蛋白酶切除标签,再经Ni-NTA柱去除标签蛋白及SUMO蛋白酶,经Heparin柱进一步纯化最终获得TyPif1全长蛋白。通过荧光各向异性、圆二色谱（CD）和荧光共振能量转移（FRET）分析TyPif1解旋酶的DNA结合活性、解旋活性以及二级结构的热稳定性。【结果】获得了纯度大于95%的TyPif1蛋白,1L培养基可以获得约10mg纯度大于95%的蛋白;TyPif1解旋酶结合单链DNA和G4DNA的活性明显高于双链DNA;TyPif1具有较高的解旋G4DNA的活性,在25~60℃下其二级结构相对稳定,且解旋速率随温度升高而增大,25~50℃TyPif1的解旋速率由0.09s-1增大到0.23s-1。【结论】表达纯化了热脱硫弧菌TyPif1解旋酶,其不仅具有良好的热稳定性,同时具有特异的结合和解旋G4DNA的能力。

一种嗜热菌Pif1解旋酶的表达纯化及活性分析

【目的】利用大肠杆菌表达纯化嗜热脱铁去硫弧菌(Deferribacter desulfuricans)解旋酶DePif1,并对其结合与解旋DNA的活性进行分析,为Pif1家族解旋酶结构和功能的阐明奠定基础。【方法】将促溶标签SUMO编码序列和人工合成的DePif1解旋酶编码序列依次连入pET15b载体,获得重组融合表达载体pET15b-SUMO-DePif1,然后将其导入E.coli BL21(DE3)菌株进行诱导表达;利用Ni-NTA亲和层析柱获得融合蛋白,SUMO蛋白酶酶切去除融合标签,再经Heparin和Ni-NTA柱分离获得无标签的纯化重组DePif1蛋白;采用荧光各向异性分析,研究pH和NaCl浓度对DePif1与DNA结合的影响及DePif1与不同底物(单链DNA、双链DNA和G4-DNA)的结合特性;使用基于荧光共振能量转移的stopped-flow技术,分析DePif1对不同底物(G4-DNA with 5′26nt tail和dsDNA with 5′26nt tail)的解旋活性。【结果】每升菌液可获得9 mg纯度大于95%的DePif1解旋酶。DePif1结合不同DNA底物的强度依次为G4-DNA>单链DNA>双链DNA,其对G4-DNA的解旋活力大于双链DNA。【结论】成功表达并纯化了嗜热脱铁去硫弧菌Pif1解旋酶,并证明其具有特异的G4-DNA结合和解旋能力。

嗜热厌氧杆菌Ana.Pif1解旋酶核心结构域蛋白与DNA底物结合的反应特性

目的:探究嗜热厌氧杆菌的Ana. Pif1解旋酶核心结构域蛋白(Ana. Pif1-HD)与DNA底物结合的反应特性。方法:利用DNAman、Cluxtal X等软件,对Ana. Pif1的核心结构域蛋白进行系统进化树分析与同源序列比对; Ana. Pif1-HD表达载体构建后转入大肠杆菌进行原核表达,并通过Ni-NTA、SUMO酶切、S200分子筛等层析柱纯化获得Ana. Pif1-HD蛋白;利用Stopped-flow FRET技术监测Ana. Pif1-HD蛋白的解旋活性,利用荧光偏振检测技术分析Ana. Pif1-HD与不同长度、不同结构DNA底物的结合反应各向异性值,并进行拟合分析与统计。结果:Ana. Pif1的核心结构域蛋白为靠近N-端的448氨基酸,通过原核表达与纯化获得纯度为97%、浓度为5 g/L的Ana. Pif1-HD蛋白,并利用Stopped-flow FRET与荧光偏振等技术验证其具有Ana. Pif1全长蛋白90%的解旋活性与95%的结合活性; Ana. Pif1-HD的最佳结合反应条件是42℃在pH 6. 0含20 mmol/L Na Cl及3 mmol/L MgCl2的溶液中进行; Ana. Pif1-HD与不同长度ss DNA底物结合时的解离速率常数递增,并明确其ssDNA的binding-size为10. 34 nt;研究首次揭示Ana. Pif1-HD与不同复制中间体DNA结合反应的底物特异性ssG4 DNA> G4 DNA> 3'-ssDNA-dsDNA≈Y-型>其它底物。结论:成功表达纯化具有全长活性的Ana. Pif1解旋酶核心结构域蛋白,首次揭示该解旋酶核心蛋白与各类不同DNA底物的结合反应特性。

脆弱拟杆菌Pif1解旋酶的表达纯化与晶体生长

获得可用于X射线衍射的B.f Pif1单晶以用于探究B.f Pif1结构与功能。构建原核表达载体pET15b-SUMO-B.f Pif1,并进行B.f Pif1重组蛋白的诱导表达;经镍柱亲和层析、SUMO酶切、DEAE交换层析与S200凝胶过滤层析等一系列纯化;并利用Stopped-flow技术检测纯化蛋白的活性;使用结晶机器人及多种试剂盒进行结晶条件筛选与优化培养,并进行初步的X射线衍射分析。获得高纯度(>98.5%)与高浓度(17 mg/mL)的B.f Pif1蛋白,动力学结果显示其解旋活性良好。结晶实验表明:在0.1 mol/L Bis-Tris乙酸(pH 8.3),0.05 mol/L碳酸氢钠,5%甘油和0.015 mol/L亚精胺条件下培养出形态较好的单晶,其X射线衍射分辨率达到3.5?。成功表达纯化与结晶培养出具有较高分辨率的B.f Pif1蛋白的单晶。

人PIF1全长基因及其截短体真核表达载体的构建及鉴定

目的构建人PIF1基因5端、3端及全长基因的真核表达载体。方法从pCR2.1-TOPO-PIF1原始质粒中,采用PCR方法扩增目的基因PIF1,PIF1N及PIF1C,将目的基因和目的载体pcDNA3.1(-)分别酶切;纯化酶切产物后定向连接,并将其转化大肠杆菌DH5α,对生长出的克隆行特异限制性内切酶酶切鉴定,鉴定为阳性的克隆送样测序。结果凝胶成像结果显示重组基因pcDNA3.1(-)-PIF1,pcDNA3.1(-)-PIF1N及pcDNA3.1(-)-PIF1C酶切后条带大小分别为1 926,540,1 428bp。结论成功构建hPIF1基因5端、3端及全长基因表达载体,分别为pcDNA3.1(-)-PIF1N,pcDNA3.1(-)-PIF1C及pcDNA3.1(-)-PIF1。

人类重组PIF1蛋白的表达纯化和解螺旋酶活性的分析

Pif1解螺旋酶家族在酵母到人的进化中非常保守,在生物体内具有很多重要的生理作用。为了从生物化学水平研究人类PIF1的功能,从HeLa细胞的cDNA文库中克隆得到人类PIF1全长基因,通过共转化一个携带稀有遗传密码tRNA1的质粒和一个编码分子伴侣的质粒,增加了PIF1蛋白在大肠杆菌中的表达,最后通过快速液相色谱纯化系统,采用亲和层析和凝胶过滤,纯化了人类重组PIF1蛋白。生物化学活性检测证明了纯化的人类PIF1蛋白具有ATP酶及解螺旋酶活性。人类PIF1蛋白的纯化为我们从分子水平理解PIF1在体内的功能奠定了基础。

人PIF1解螺旋酶克隆表达及2种细胞裂解法纯化PIF1蛋白比较

目的克隆、表达人类全长PIF1解螺旋酶,建立PIF1纯化方法。方法从Hela细胞的cDNA文库中PCR扩增得到PIF1解螺旋酶cDNA,插入N-末端融合有六聚组氨酸的表达载体pET15b产生pET15b-PIF1重组质粒,转化RosettaTM2(DE3)感受态细胞使PIF1蛋白在大肠杆菌中表达,分别用溶菌酶热裂解法和玻璃珠震荡法裂解大肠杆菌细胞,再用高效液相的镍亲和柱亲和层析纯化PIF1蛋白,比较2种方法释放的PIF1蛋白。结果克隆了PIF1基因,并使PIF1蛋白在大肠杆菌中得到成功表达,2种裂解法均能使PIF1蛋白释放出来,玻璃珠裂解法释放的PIF1蛋白较热裂解法高2倍。结论玻璃珠震荡法裂解细胞能释放更多的PIF1蛋白,是纯化PIF1蛋白的一个较好的选择。

PIF1解旋酶在电离辐射诱发的细胞周期阻滞中的作用

目的观察人PIF1解旋酶敲低对电离辐射致细胞生长及细胞周期阻滞的影响,以探讨人PIF1在电离辐射致DNA损伤应答中的作用。方法采用慢病毒系统建立PIF1敲低稳转细胞系,实时荧光定量PCR及Western印迹检测PIF1敲低效果。细胞计数法观察PIF1敲低对4 Gyγ射线照射下细胞增殖的影响,流式细胞术观察PIF1敲低对8 Gyγ射线照射下细胞周期阻滞的影响。结果建立了PIF1敲低的稳转细胞系,4 Gyγ射线照射后,PIF1敲低细胞系的生长受到明显抑制,在照后第2~4天几乎无任何增殖,直到第5天才开始缓慢增殖。8 Gyγ射线照射后,PIF1敲低细胞系的S期阻滞与G_2/M期阻滞相对于对照细胞发生明显延迟。结论 PIF1敲低后显著增加了细胞的辐射敏感性以及电离辐射所致的S期阻滞与G_2/M期阻滞延迟。

嗜热细菌Anaerobaculum hydrogeniforman Pif1解旋酶的异源表达与解旋反应特性

【目的】原核表达与纯化源自嗜热细菌Anaerobaculum hydrogeniforman的Pif1解旋酶,从而探究其解旋反应特性。【方法】将重组载体pET21a-AnaPif1-TEV/SUMO导入大肠杆菌BL21(DE3)中诱导表达,并进行Ni-NTA亲和层析、Superdex200凝胶过滤层析等一系列纯化手段;再利用快速停留监测技术系统地研究Ana.Pif1的解旋反应特性,包括解旋极性、最佳ATP浓度、最佳金属辅因子、最佳解旋温度以及解旋复制中间体DNA的底物特异性。【结果】通过异源表达与纯化,获得了无任何标签序列、分子量59 kDa的Ana.Pif1蛋白,纯度达97%,产率为9.5 mg/L。本研究首先验证Ana.Pif1具有5''-3''的解旋极性,并发现其解旋反应最佳ATP浓度为2 mmol/L,其最佳二价金属辅因子为Mg^(2+),最适反应温度为55°C。解旋复制中间体的底物特异性显示,Y-S型复制叉的解旋速率最高,为0.127s^(–1);而12 nt-bubble底物的解旋幅度最大,达到78.8%;暗示这些底物可能是Ana.Pif1的天然底物。【结论】本文首次较为系统地分析了Ana.Pif1解旋酶的解旋反应特性,为阐明此类嗜热细菌Pif1解旋酶的分子作用机制奠定了基础。