CN102617719A - 一种重组大米过敏原与突变体及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重组大米过敏原与突变体及其制备方法和应用。本发明所述重组大米过敏原是天然存在的过敏原衍生的非天然存在的变异体，其氨基酸序列如SEQIDNO:1所示。本发明利用基因工程技术，经密码子优化后人工合成重组大米过敏原的编码基因，并采用生物信息学软件分析其抗原表位，通过定点突变的方法，针对一个或多个抗原性高的位点进行定向置换，以降低其过敏源性，构建成低过敏原性的重组大米过敏原突变体。利用在人工控制的条件下进行蛋白表达，获得高纯度的重组大米过敏原及其突变体蛋白。与天然大米过敏原相比，该重组蛋白突变体与特异性IgE的结合能力明显降低，可安全地应用于过敏性疾病的诊断与治疗乃至判断其它蛋白质的过敏原性的高低。
Description
技术领域
本发明涉及基因工程领域，具体涉及一种重组大米过敏原与突变体及其制备方法和应用。
背景技术
大米含有丰富的维生素类物质特别是B族维生素和维生素E、以及矿物质、低糖，是一个优秀的碳水化合物来源。世界上大部分人，特别是生活在亚洲南部和东部的人们以大米作为主食。近年来，过敏反应性疾病得到社会各界的重视，大米过敏越来越受到关注。在日本、泰国等以大米为主食的国家也发现大米过敏病例，从婴幼儿到成年人均可发病。大米过敏的临床症分为局部和全身反应。局部反应为风团、瘙痒、面部潮红、红晕伴丘疹、水泡等；全身反应，包括荨麻疹、哮喘、鼻炎、呕吐、血管性水肿以及婴儿小肠结肠炎综合症等，严重影响了患者的健康和生活质量。
目前，治疗过敏性疾病主要方法有：1）利用抗组胺药物以及类固醇药物可以缓解症状，但是不能彻底根除并且还有可能会带来副作用。2）特异性免疫治疗，被认为是过敏性疾病唯一针对病因的治疗方法，已得到普遍共识。而目前进行特异性免疫治疗主要是采用过敏原浸提液，如此一来另一个问题却异常突出：由于提取物成分复杂，而且还含有大量非特异性抗原，致使标准化困难，严重影响了治疗效果和临床应用规范；同时，由于过敏原性的存在，即使是采用单纯的标准化过敏原进行免疫治疗也有一定的风险。采用生物化学分离和纯化技术可以获得较纯过敏原，但是这种方法纯化工艺复杂且产量低，要消耗大量人力和财力，因此其广泛应用受到了较大的限制。
相比较而言，利用基因工程技术，通过定点突变的方法获得低过敏原性或无过敏原性的重组大米过敏原的突变体，在一定程度上可从源头上降低治疗过程中的风险，同时能够保留大米过敏原的生物学活性。另外，重组过敏原的生产条件稳定，且标准化程序简单，有利于广泛应用于临床的诊断和治疗。因此，重组弱化过敏原将是一种很好的替代方法，有广阔的发展前景。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的问题及天然大米过敏原提取液的不足，在克隆表达重组大米过敏原的基础上，利用生物信息学软件分析大米过敏原的抗原表位，突变一个或多个抗原性高的位点，从而获得低过敏原性的大米过敏原突变体，期望能够安全高效地应用于过敏性疾病的治疗。
本发明的另一个目的是提供一种编码上述重组大米过敏原及其突变体的基因。
本发明的另一个目的是提供一种含有上述基因的重组质粒载体。
本发明的另一个目的是提供一种含有上述基因转化的重组表达宿主。
本发明的另一个目的是提供一种上述重组大米过敏原及其突变体的制备方法。
本发明的另一个目的是提供一种重组大米过敏原用作药物或者诊断试剂的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的重组大米过敏原，是天然存在的大米过敏原衍生的非天然存在的变异体，其核酸序列经密码子优化后，人工合成全长的重组大米过敏原基因。采用生物信息学软件分析其抗原表位，针对一个或多个抗原性指数高的位点进行有目的的置换，获得重组大米过敏原突变体的基因，使其在保持原有生物学活性和空间结构的基础上，能够有效地降低重组大米过敏原的过敏原性。然后利用大肠杆菌表达系统，在人工控制的条件下，获得高纯度的重组大米过敏原及其突变体蛋白。与天然大米过敏原相比，该重组蛋白突变体与特异性IgE的结合性能明显减少，可安全地应用于过敏性基本的预防和治疗。
一种重组大米过敏原，其氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。
上述重组大米过敏原的突变体，是在重组大米过敏原的突变体的基础上衍生的突变体，其中B细胞或/和T细胞表位的至少一个表面暴露的保守氨基酸残基被在天然存在的过敏原来源的分类学目内任何已知的同源蛋白质氨基酸序列中的相同位置不出现的另一残基取代，该突变体具有与天然出现的过敏原基本相同的α-碳骨架三级结构。
本发明重组大米过敏原的突变体的制备方法，是在重组大米过敏原的突变体的基础上衍生的突变体，其中B细胞或/和T细胞表位的至少一个表面暴露的保守氨基酸残基被在天然存在的过敏原来源的分类学目内任何已知的同源蛋白质氨基酸序列中的相同位置不出现的另一残基取代，该突变体具有与天然出现的过敏原基本相同的α-碳骨架三级结构。
更进一步地，所述表达宿主为大肠杆菌表达系统，该表达系统名称为Escherichia coli JM109-RA17，于中国典型培养物保藏中心保藏，保藏编号为CCTCC NO: M 2011149，保藏日期为2011年4月29日，保藏地点为中国.武汉.武汉大学；该表达宿主表达与纯化后即获得权利要求1所述的重组大米过敏原。
最详细的制备方法步骤如下：
（1）从数据库中获取大米过敏原的核酸序列，根据表达宿主的密码子偏好性对其进行密码子优化，优化后序列中GC含量为35~65%，原氨基酸序列不变；
（2）人工合成优化后的核酸序列；
（3）经双酶切后，与表达载体连接，构建成重组载体；
（4）将重组载体转化表达宿主中，选择阳性转化物；
（5）在20~38℃下，培养阳性转化物，用浓度为0.01~2.0mmol/L的IPTG诱导重组蛋白表达，诱导温度为4~38℃；
（6）所得培养物经裂解宿主细胞后，纯化获得高纯度的重组蛋白。
本发明所述重组大米过敏原的突变体的制备方法包括如下步骤：
（a）采用生物信息学软件预测权利要求1所述重组大米过敏原的氨基酸序列的优势抗原表位；
（b）采用定点法改变抗原性高的位点，用天然存在的过敏原来源的分类学目内任何已知的同源蛋白质氨基酸序列中的相同位置不出现的氨基酸残基取代原有的氨基酸残基；
（c）获得大米过敏原突变体的基因片段，经酶切后，与表达载体连接，构建成突变型重组载体；
（d）按照前述步骤（4）~（6）的方法，获得高纯度的重组突变蛋白。
本发明所述重组大米过敏原及其突变体可以用于制备药物，制得的药物用于治疗变态反应性疾病并使对大米过敏原乃至其它类型过敏的患者产生免疫耐受；或者用来诊断变态反应性疾病或者判断其它食品药品的过敏源性的高低。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明利用基因工程技术，经密码子优化后人工合成重组大米过敏原的编码基因，并采用生物信息学软件分析其抗原表位，通过定点突变的方法，针对一个或多个抗原性高的位点进行定向置换，以降低其过敏源性，构建成低过敏原性的重组大米过敏原突变体。利用在人工控制的条件下进行蛋白表达， 获得高纯度的重组大米过敏原及其突变体蛋白。与天然大米过敏原相比，该重组蛋白突变体与特异性IgE的结合能力明显降低，可安全地应用于过敏性疾病的诊断与治疗乃至判断其它蛋白过敏原性的高低。
附图说明
图1重组大米过敏原蛋白的诱导表达电泳图。图中从左至右分别为Marker；未诱导菌体；诱导菌体。Marker从上至下分别为：97.4, 66.2, 45.0, 31.0, 21.0, 14.4 kD。
具体实施方式
以下结合实施例来进一步解释本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。
实施例1 重组大米过敏原的克隆与表达
（1）重组大米过敏原核酸序列的确定：从NCBI数据库中获取天然大米过敏原RAG1的核酸序列（NCBI登录号：NM_001065720），在该序列的C端加上方便纯化的亲和标签6*HIS、STREPII或S蛋白，然后分别在序列的N端和C端加上Nde I、EcoR I、Xho I、Pst I等酶切位点，得到重组大米过敏原的目的基因片段RA17。
（2）根据大肠杆菌的密码子偏好性，对目的基因RAG1的核酸序列进行密码子优化，使得目的基因更适合在宿主菌中表达，优化后GC含量为35~65%，原氨基酸序列不变，如SEQ ID NO:1所示。
（3）人工合成优化后的RAG1基因序列。
（4）经双酶切后，将目的片段RAG1克隆到原核表达载体pET上，构建重组表达质粒。
（5）将重组表达质粒pET- RAG1转化入表达宿主菌Rosetta中。
（6）选择含重组表达质粒pET- RAG1的表达宿主菌Rosetta在LB培养基中30-37℃培养1-6小时，加入浓度为0.01~2.0 mmol/L IPTG诱导表达2-8小时，诱导温度为4-38℃。诱导后，离心收集菌体，进行SDS-PAGE检测目的蛋白的表达量（见图1）。
（7）超声破碎法裂解菌体获得目的蛋白的包涵体，裂解液为15-100 mM Tris-Hcl, 50-300 mM NaCl, 0.05-1.0 mM EDTA。
（8）用透析法进行蛋白复性后，以8000-30000rpm的转速在4℃下离心15-30 min，收集上清液。
（9）复性后得到的上清液，经6*HIS、STREPII或S蛋白标签的亲和层析柱获得高纯度的目的蛋白。
实施例2 重组大米过敏原的抗原表位分析及突变位点的确定
（1）运用在线软件平台包括SYFPEITHI，MHCPred，SYFPEITHI，BIMAS，NetMHCⅡ，MHC-THREAD，EpiPredict，HLA-DR4 binding，ProPred，RankPep，SVMHC，PREDEP，PREDICT等对重组大米过敏原的氨基酸序列的抗原指数进行分析。综合各软件的分析，结果表明重组大米过敏原氨基酸序列中1-23、35-62、123-150区域的抗原值较高。
（2）针对抗原值比较高的一个或多个位点进行氨基酸置换，以弱化抗原性。将抗原性改造后的氨基酸序列再进行上述的抗原性分析，如此反复，筛选出抗原性显著降低的突变位点。
实施例3 重组大米过敏原突变体的构建
（1）针对确定的突变位点，按照突变试剂盒提供方法设计突变体引物，Tm值一般要求大于78℃，引物长度在25-45个碱基之间比较适宜。
（2）根据突变试剂盒的要求，以重组大米过敏原的重组表达质粒为模板，进行突变PCR。
（3）用试剂盒中提供的酶消化PCR产物后，转化感受态细胞，挑取阳性克隆，测序检测突变是否成功。
SEQUENCE LISTING
<110> 广州医学院第二附属医院
<120> 一种重组大米过敏原与突变体及其制备方法和应用
<130> 2011
<160> 1
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 163
<212> PRT
<213> 人工序列
<400> 1
Met Ala Ser Asn Lys Val Val Phe Ser Val Leu Leu Leu Val Val Leu
1 5 10 15
Ser Val Leu Ala Ala Ala Met Ala Thr Met Ala Asp His His Gln Val
20 25 30
Tyr Ser Pro Gly Glu Gln Cys Arg Pro Gly Ile Ser Tyr Pro Thr Tyr
35 40 45
Ser Leu Pro Gln Cys Arg Thr Leu Val Arg Arg Gln Cys Val Gly Arg
50 55 60
Gly Ala Ala Ser Ala Ala Asp Glu Gln Val Trp Gln Asp Cys Cys Arg
65 70 75 80
Gln Leu Ala Ala Val Asp Asp Gly Trp Cys Arg Cys Gly Ala Leu Asp
85 90 95
His Met Leu Ser Gly Ile Tyr Arg Glu Leu Gly Ala Thr Glu Ala Gly
100 105 110
His Pro Met Ala Glu Val Phe Pro Gly Cys Arg Arg Gly Asp Leu Glu
115 120 125
Arg Ala Ala Ala Ser Leu Pro Ala Phe Cys Asn Val Asp Ile Pro Asn
130 135 140
Gly Pro Gly Gly Val Cys Tyr Trp Leu Gly Tyr Pro Arg Thr Pro Arg
145 150 155 160
Thr Gly His
Claims (8)
1.一种重组大米过敏原，其特征在于是在重组大米过敏原的基础上衍生的非天然存在的突变体，其中B细胞或/和T细胞表位的至少一个表面暴露的保守氨基酸残基被在天然存在的过敏原来源的分类学目内任何已知的同源蛋白质氨基酸序列中的相同位置不出现的另一残基取代，该突变体具有与天然出现的过敏原基本相同的α-碳骨架三级结构。
2.权利要求1所述的一种重组大米过敏原的突变体，其特征在于其氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示。
3.权利要求1所述一种重组大米过敏原的制备方法，其特征在于包括如下步骤：编码权利要求1所述重组大米过敏原的基因依据相应的表达宿主的情况通过密码子优化得到，并以之获得重组载体后，转化大肠杆菌、酵母或植物，得到重组宿主，蛋白表达后得到权利要求1所述的重组大米过敏原。
4.根据权利要求3所述一种重组大米过敏原的制备方法，其特征在于所述表达宿主为大肠杆菌表达系统，该表达系统名称为Escherichia coli JM109-RA17，于中国典型培养物保藏中心保藏，保藏编号为CCTCC NO: M 2011149，保藏日期为2011年4月29日，保藏地点为中国.武汉.武汉大学；该表达宿主表达与纯化后即获得权利要求1所述的重组大米过敏原。
5.根据权利要求3所述的一种重组大米过敏原的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）从数据库中获取大米过敏原的核酸序列，根据表达宿主的密码子偏好性对其进行密码子优化，优化后序列中GC含量为35~65%，原氨基酸序列不变；
（2）人工合成优化后的核酸序列；
（3）经双酶切后，与表达载体连接，构建成重组载体；
（4）将重组载体转化表达宿主中，选择阳性转化物；
（5）在20~38℃下，培养阳性转化物，用浓度为0.01~2.0mmol/L的诱导剂来诱导重组蛋白表达，诱导温度为4~38℃；
（6）所得培养物经裂解宿主细胞后，纯化获得高纯度的重组蛋白。
6.权利要求2所述的一种重组大米过敏原的突变体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
（a）采用生物信息学软件预测权利要求1所述重组大米过敏原的氨基酸序列的优势抗原表位；
（b）采用定点法改变抗原性高的位点，用天然存在的过敏原来源的分类学目内任何已知的同源蛋白质氨基酸序列中的相同位置不出现的氨基酸残基取代原有的氨基酸残基；
（c）获得大米过敏原突变体的基因片段，经酶切后，与表达载体连接，构建成突变型重组载体；
（d）按照权利要求5所述步骤（4）~（6）的方法，获得高纯度的重组突变蛋白。
7.权利要求1-6所述的重组大米过敏原或其突变体在制备药物中的应用，该药物用于治疗变态反应性疾病并使对大米过敏原乃至其它类型过敏的患者产生免疫耐受；或者用来诊断变态反应性疾病或者判断其它食品药品的过敏原性的高低。
8.权利要求7中所述的药物或诊断试剂，其特征在于它包含根据权利要求1~6中任意一项的重组过敏原，任选与药用或者诊断试剂中可接受的赋形剂和/或载体，并且任选佐剂和/或偶联剂组合。
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