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  • 助力糧食增產 — Biacore助力玉米Zmcen蛋白與下游靶肽作用機制研究


    玉米(Zea mays L.)是我國種植面積最大、總產最高的農作物,對我國糧食安全有著重要影響,因此對玉米中關鍵性蛋

    白的深入研究對糧食增產和糧食安全至關重要。2021年11月,長治學院化學系雷海英老師研究團隊在SCI期刊RSC Advances

    上發表了題為Study on the interaction of Zea mays L. centrin and melittin的研究論文,報道了玉米中心蛋白Zmcen與下游靶肽

    melittin的作用機制,這為進一步闡明Zmcen在細胞分裂、細胞運動等重要生命過程中的作用機制提供了理論依據。


    中心體蛋白(Centrin)是一類高度保守的鈣結合蛋白,也稱為Caltractin,是EF-hand超家族中鈣調素(Calmodulin, 

    CaM)的成員之一,廣泛存在于原核生物、真菌、植物和動物中。Centrin能結合不同大小、結構的多肽,并以多種方式調

    控其活性,從而調節細胞的生命活動。有研究表明,Centrin是微管組織中心(microtubule organizing center,MTOC)

    的組成部分,存在于MTOC的不同部位。Centrin在細胞分裂過程中主要發揮兩種功能,其中之一是MTOC的復制;另一種

    功能是會隨著Ca2+濃度的變化而變化,從而調節MTOC的運動。目前高等植物中心蛋白的報道較少,而玉米中心蛋白的功

    能研究尚屬空白。

    在這篇文章中,研究人員使用圓二色譜和熒光光譜解析了玉米中心蛋白Zmcen與下游靶肽melittin結合前后的二級結構

    變化。發現Zmcen與melittin結合后α螺旋的含量明顯增加,而且隨著melittin濃度的增加,在222 nm和208 nm處的峰值基

    本沒有變化,說明Zmcen與melittin的結合比例為1:1。

    隨后作者利用熒光光譜進一步探究了在Ca2+/TNS存在的情況下對Zmcen與melittin結合的影響。結果表明在Ca2+存在

    時,Zmcen與melittin也是1:1結合,且熒光強度明顯大于Ca2+不存在時的結合熒光。推測這可能是由于Ca2+與蛋白質結合

    后,蛋白質的構象發生了變化,從而暴露出大量的疏水區域。而當TNS存在時,Zmcen和melittin也有結合。但當Zmcen

    與melittin的結合比達到1.0時,峰值強度下降,說明TNS的存在減弱了Zmcen與melittin的結合。

    最后研究人員采用熒光光譜和Biacore檢測技術探究Zmcen和melittin的結合區域。熒光光譜結果顯示,Zmcen的C端

    截短蛋白(C-Zmcen)和melittin以1:1的比例結合,而N端截短蛋白(N-Zmcen)與melittin的結合較弱,沒有明顯的相互

    作用(如圖1所示)。

                            image.png

    圖1. 熒光光譜檢測melittin與C-Zmcen和N-Zmcen結合


    隨后作者又利用Biacore對上述結果進行了驗證。研究人員使用CM5芯片偶聯melittin蛋白(10mM acetate buffer, pH 

    5.0),然后將Zmcen(125, 250, 500, 750, 1000 nM), C-Zmcen(250, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000 nM), N-Zmcen

    (250, 500, 1000, 1500, 2000, 3000, 4000 nM)按照濃度梯度進樣(30 μL/min, 120s)流過芯片表面。結果顯示,melittin與

    全長的Zmcen蛋白的親和力為2.0665×10-6 M-1(圖2A),與C-Zmcen的親和力為2.8958×10-6 M-1(圖2B),而與N-Zmcen無

    結合(圖2C)。此外,作為陰性對照的BSA蛋白與melittin蛋白相互作用的數據如圖2D所示。即使當BSA濃度為2000 nM時,

    也不會與melittin發生相互作用。Biacore的數據與熒光光譜的結論一致,說明melittin在Zmcen上的結合位點主要在Zmcen的

    C端。


                         image.png

    圖2.  Biacore檢測Zmcen與melittin結合的傳感圖

                1642485762727278.png

    圖3.  文章整體思路


    回顧文章整體思路,作者通過Biacore在分子水平上直觀地證實了Zmcen可與下游靶肽melittin相互作用,且主要的結合部

    位在Zmcen的C端。研究人員在文章中明確指出,SPR技術可以實時動態監測整個反應過程的信號變化,在分析過程中無需對

    樣品進行標記,所需要的樣品量極少,并且提供了傳統技術難以獲得的大量生物分子相互作用信息。本文的研究不僅解析了玉

    米中Zmcen與melittin的作用機制,而且填補了在高等植物中有關Zmcen蛋白的研究空白。


    自1990年上市至今,Biacore作為分子互作檢測的“金標準”,成功助力基礎科研與藥物開發等多個研究領域取得重大突

    破,累積發表的文獻量已超五萬篇,超過 80% 的已上市的抗體藥物的研發、申報、生產過程中也均有 Biacore 的身影。

    此外,Biacore 可檢測樣品的范圍十分寬泛,除了常規的蛋白、多肽、抗原、抗體、核酸、有機小分子之外,分子量

    超高的蛋白復合體、多糖、納米材料、高分子材料、甚至完整的細胞、細菌、病毒等也同樣能夠檢測,并給出漂亮的數

    據。



    文章來源:Cytiva思拓凡公眾號

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