基于错配修复系统的基因突变检测生物芯片研究

许多人类疾病和微生物抗药性的产生都是由基因组中单个碱基的替换、插入或缺失等基因突变引起的。因此，迫切需要发展快速、高通量基因突变检测方法来实现对基因疾病和细菌抗药性的早期诊断。本研究针对匕述需求发展了纂于DN八错配修复系统的墓因突变检测生物芯片方法。根据DNA错配修复MtltS蛋白结构与功能上的高度保守性，通过PCR从E.coli K-12基因组中扩一增出DNA错配修复基因，甩石（2.56kb）。通过基因水平的分子操纵，构建了Trx-His6-MutS（THM）、Trx-His6-Linker peptide-Muts（THLM）、Trx-His6-GFP-Linker peptide-MutS（THGLM）和Trx-His6-Linker peptide-Strep-tagll-Linker peptide-MutS（THLSLM）的融合基因并在大肠杆菌中进行了IPTG诱导表达。SDS-PAGE分析表明均有一与预期分子量相应的诱导表达条带出现，其表达量占菌体蛋白的30％左右，且以可溶形式存在。融合蛋白中Trx和His6亲和肤能增加表达蛋白的可溶性及便于蛋白的纯化。连接肤的加入增大了融合蛋白各个成分之间的距离，减少空间位阻，使各个蛋白能够较大程度地保持其原有的生物活性。MLltS融合蛋白的生物活性鉴定结果表明：它们既能识别、结合含有错配碱基的DNA双链，又保留了其它融合成分的生物活性。利用融合蛋白THLSLM中的Strep-tagII与Streptavidin相互作用的天然特性，使融合蛋白THLSLM在StrePtavidin修饰过的芯片基质上自动布阵沉积，制作成蛋白质芯片来识别、结合样品中含有错配或未配刘碱基的DNA双链。THGLM、THLM-Cy3和THLSLM能够使MutS蛋白显示不同的标记信号，通过它们识别并结合固定在DNA芯片基质上的基因片段来发展基因突变检测DNA芯片方法。利用基于MutS的蛋白质芯片和DNA芯片方法对含有不同错配类型、不同长度的DNA片段和错配序列背景对错配结合的影响做了深入研究，证明了MutS介导的基因突变检测生物芯片方法的可行性。基于MutS蛋白的鳌因突变检测生物芯片方法借用了生物系统本身的DNA错配修复（Mismatch Repair，MMR）机制。DNA错配修复过程是许多修复蛋白之间的相互作用共同完成的，其中蛋白MutS、MutL和MutH在肠道细菌例如大肠杆菌的甲基定向错配修复中起决定作用。这些修复蛋白的相关研究也引起了越来越多学者的关注，但对于MutL蛋白的体外生物功能一直存在争议，从而限制了该蛋白的应用研究。本研究利用基因的体外拼接技术构建了融合蛋白Trx-Hi56-Linker peptide-MutL（THLL）、Trx-His6-GFP-Linker peptide-MutL（THGLL）和Trx-His6-Linker peptide-Strep-tagII-Linker peptide-MutL（THLSLL）。非变性凝胶电泳鉴定MutL融合蛋白体外生物功能结果表明：THLL、THGLL和THLsLL都能增加融合蛋白Trx-His6-Linker peptide-MutS（THLM）与含有错配碱基DNA双链的结合，但受ATP浓度变化的影响很大。通过融合蛋白THGLL中绿色荧光蛋白（Green Fluorescent Protein，GFP）的荧光信号或THLSLL中Strep-tagII的特性并利用酶学反应来指示该蛋白的存在，发展了体外研究DNA错配修复蛋白MtuS和MutL之间相互作用的简便方法。本研究以构建的MutS融合蛋白为分子识别元件发展了基因突变检测生物芯片并利用构建的MutL融合蛋白发展了体外研究DNA错配修复蛋白MLuS和MutL之间相互作用的简便方法。建立的融合分子系统方法也为研究其它的蛋白质或生物大分子之间的相互作用提供了一个技术平台。此外，本研究构建的融合蛋白THGLL及其 DNA错配修复蛋白与GFP的融合构想还可用来进行DNA错配修复基因产物的表达与基因突变频率和人类肿瘤恶性程度的相关性研究。