关键词:
人CYP1A2
AFB1
CPR
原核表达
酶动力学
定点突变
摘要:
黄曲霉毒素是一类真菌产生的次级代谢产物,广泛分布在花生、玉米、大豆等粮食作物中。黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1,简称AFB1),是黄曲霉毒素中毒性最强的。在肝脏中AFB1被细胞色素450代谢活化后,会转变为强致癌的物质,从而引发癌症。细胞色素P450(cytochrome P450,简称CYP)是一类重要的超家族蛋白,在人和动物体内广泛参与多种内外源化合物的代谢。人CYP1A2是肝脏中代谢AFB1的关键酶之一,目前CYP1A2结合AFB1的分子机制并不清楚。本研究首先根据大肠杆菌偏爱密码子对人CYP1A2进行全基因序列优化,在基因5’端添加17α信号肽序列,利用pCWori+表达载体为在大肠杆菌DH5α进行表达经Ni2+亲和纯化可得到纯度超过95%的蛋白。CYP1A2重组蛋白表达量可达6 mg/L培养基,其Fe2+·CO差光谱具有典型的450 nm吸收峰。为构建CYP酶活反应体系,本研究从人293T细胞中克隆了人CYP450还原酶的基因,5’端引入pel B信号肽,利用p ET22b载体在BL21(DE3)p LysS中表达纯化具有活性的蛋白,重组蛋白表达量达到20 mg/L培养基。本研究根据已报道的人CYP1A2的晶体结构(PDB:2HI4),利用Auto Dock4.2进行AFB1和人CYP1A2的分子模拟对接,预测出T124、F125、F226、F260可能参与AFB1在活性口袋的结合。后续实验中我们对目标位点进行定点突变,表达纯化各突变体,利用Fe2+·CO差光谱鉴定蛋白特征吸收峰并确定有效浓度。我们首先利用丁基羟基茴香醚(BHA)诱导小鼠肝脏高表达谷胱甘肽-S-转移酶(GST),从鼠肝胞浆中亲和纯化获得GST,再用猪肝微粒体孵育AFB1,加入小鼠GST结合谷胱甘肽(GSH)到环氧化的AFB1(Aflatoxin B1-8,9-epoxide,简称AFBO)来获得AFB1-GSH标准品,来间接检测AFBO,并利用高效液相色谱(HPLC)收集AFB1-GSH产物。进行CYP1A2及突变体与AFB1的酶活孵育,HPLC定量测定AFB1-GSH及AFM1产物的形成速率。根据标准曲线,得到人CYP1A2代谢AFB1产生AFBO的Vmax为0.19±0.01 nmol/min/nmol CYP,Km为27.87±4.99μM,羟化产生AFM1的Vmax为0.60±0.04 nmol/min/nmol CYP,Km为21.80±3.97μM。而突变体F226A对AFB1无代谢活性;突变体F226W、F226Y相对于野生型,代谢活性仍降低90%以上,但是相对于F226A突变体而言,活性均有一定的恢复。突变体T124A对AFB1的代谢活性与野生型相差不大,但是对底物的亲和力有所增加。突变体F125A不能正常表达;可获得F260A突变体,但蛋白不具有450 nm特征吸收峰。为进一步确定预测的氨基酸位点对AFB1结合的专一性,我们检测了重组人CYP1A2对模式底物7-乙氧基试卤灵的代谢活性。测得生成试卤灵的Vmax为4.24±0.29nmol/min/nmol CYP,Km为247±52 nM。突变体F226A对7-乙氧基试卤灵同样无代谢活性。同时发现,F226W、F226Y相比野生型,代谢活性降低84%以上,但是相对于F226A突变体,活性均有一定的恢复。突变体T124A对7-乙氧基试卤灵的活性相比野生型,活性无明显变化。分子结构软件PyMOL分析显示F226和F260的苯环侧链可能与AFB1分子存在σ-π共轭相互作用,以此维持AFB1分子在CYP1A2活性口袋的结合。同时由于AFB1与7-乙氧基试卤灵均为芳香杂环结构,F226等氨基酸残基在7-乙氧基试卤灵的结合上可能发挥与AFB1结合中相似的作用。综上所述,利用分子对接和定点突变等方法,我们确定Phe226为人CYP1A2结合AFB1的关键氨基酸残基,其主要通过σ-π共轭相互作用稳定AFB1在CYP1A2活性口袋的结合。