重組蛋白溶解性問題解析

        重組蛋白表達(dá)在現(xiàn)代生物學(xué)技術(shù)發(fā)展中起著重要的推動(dòng)作用。通過(guò)利用宿主實(shí)現(xiàn)外源性蛋白表達(dá),為一些重要蛋白尤其是人源蛋白的結(jié)構(gòu)和功能研究的提供了強(qiáng)有力的工具。為了能夠進(jìn)行后續(xù)的結(jié)構(gòu)功能研究，所獲得的重組蛋白必須可溶，穩(wěn)定，正確折疊以及具有生物活性。

   然而，實(shí)際研究中，這些往往成為獲得一個(gè)理想重組蛋白的障礙。重組蛋白表達(dá)的可溶性成為首要解決的問題。因此，許多融合標(biāo)簽被引入。下面介紹常用的促溶標(biāo)簽特點(diǎn)，希望對(duì)大家實(shí)驗(yàn)中遇到的重組蛋白溶解性問題有所幫助。

1.麥芽糖結(jié)合蛋白

麥芽糖結(jié)合蛋白（Maltose binding protein，MBP）是大腸桿菌K12品系中的一個(gè)自由蛋白，由malE基因編碼，分子量為42kDa，屬于大腸桿菌吸收和分解麥芽糖通路的一員。

MBP標(biāo)簽最出色的特點(diǎn)是它強(qiáng)大的促溶能力。主要表現(xiàn)在兩方面：促溶范圍廣，促溶效率高。MBP標(biāo)簽得到廣泛應(yīng)用的另一個(gè)重要原因是它能夠通過(guò)標(biāo)簽和直鏈淀粉特異結(jié)合并在10mmol/L麥芽糖非變性條件下洗脫，從而實(shí)現(xiàn)單極純化。另外，將MBP融合在N端或C端都具有促溶作用。目前已經(jīng)有商業(yè)化的MBP融合標(biāo)簽載體來(lái)適應(yīng)研究需要。

2.谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶

谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶（Glutathione S- transferase， GST）, 最初被發(fā)現(xiàn)于日本血吸蟲，蛋白大小26kDa，是一個(gè)常用的可溶性親和純化標(biāo)簽。

GST最突出的優(yōu)點(diǎn)是它能夠與固定的谷胱甘肽產(chǎn)生親和力，在10mmol/L還原型谷胱甘肽的非變性條件下洗脫，最終達(dá)到親和純化目的。GST對(duì)重組蛋白還有另一個(gè)有利作用，就是減少宿主內(nèi)到那邊的降解，增加蛋白穩(wěn)定性。但是有報(bào)道指出GST的促溶效果并不十分明顯。

3.硫氧還蛋白

硫氧還蛋白（Thioredoxins）是一系列廣泛存在于生物體內(nèi)的氧化還原酶，它能通過(guò)置換硫代二硫化物來(lái)減少二硫鍵的結(jié)合。常用作融合表達(dá)標(biāo)簽的硫氧還蛋白A(TrxA), 分量為11.6kDa，來(lái)源于大腸桿菌。

TrxA標(biāo)簽最獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是它的熱穩(wěn)定性。TrxA本身不作為親和標(biāo)簽來(lái)進(jìn)行重組蛋白優(yōu)化，而是通過(guò)在高溫條件下將雜蛋白變性去除而重組蛋白得以保存。TrxA也具有極好的促溶效率，用作促溶標(biāo)簽時(shí)可將重組蛋白的可溶性表達(dá)從12%提高至95%。

4.小泛素樣修飾蛋白

小泛素樣修飾蛋白（small ubiquitin-related modifier，SUMO）在真核生物中極為普遍存在，而原核生物中未曾發(fā)現(xiàn)。常用作融合標(biāo)簽的SUMO來(lái)源于啤酒酵母，分子量11.5kDa。

SUMO標(biāo)簽最大的特點(diǎn)是能夠被SUMO蛋白酶特異識(shí)別并高效降解，使得后續(xù)標(biāo)簽移除過(guò)程準(zhǔn)確高效。SUMO標(biāo)簽不僅能夠加強(qiáng)重組蛋白的可溶性，也能提高其表達(dá)量。

由于真核細(xì)胞內(nèi)存在內(nèi)源性SUMO蛋白酶，所以野生型SUMO標(biāo)簽不能在真核表達(dá)體系中應(yīng)用。LifeSensors公司已經(jīng)開發(fā)出工程改造的SUMO標(biāo)簽及配套的特異性蛋白酶，使得SUMO標(biāo)簽可以適用于酵母，昆蟲細(xì)胞和哺乳動(dòng)物細(xì)胞等真核表達(dá)體系。

5.NusA標(biāo)簽

NusA蛋白（N-utilization substance A）是大腸桿菌中一類轉(zhuǎn)錄延長(zhǎng)的抗終止因子，分子量約55kDa。

由于NusA有著促進(jìn)DNA轉(zhuǎn)錄和減緩翻譯的生物活性，使得表達(dá)出來(lái)的蛋白有更多時(shí)間進(jìn)行折疊，能讓重組蛋白得到穩(wěn)定和有活性的表達(dá)，即使不移除NusA標(biāo)簽，融合蛋白依舊能存在活性。

6.其他促溶標(biāo)簽

有很多促溶標(biāo)簽因其自身特有的性質(zhì)，常用作有某種特定性質(zhì)的目的蛋白融合表達(dá)。例如，來(lái)源于大腸桿菌的I型蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶DsbA具有高度親水性，能夠促進(jìn)蛋白的可溶性表達(dá)。而且由于DsbA可以利用它具有的信號(hào)肽從細(xì)胞質(zhì)向細(xì)胞周質(zhì)間隙運(yùn)輸，可以利用這個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行蛋白分泌表達(dá)。砷酸鹽氧化還原酶（ArsC）可以促進(jìn)有聚集傾向的外源蛋白在大腸桿菌中的可溶性表達(dá)。