本文介绍了两种定量研究维生素A膜受体及光感受器视蛋白与其各自生理配体之间蛋白质-配体相互作用的方法。
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本文介绍了两种定量研究维生素A膜受体及光感受器视蛋白与其各自生理配体之间蛋白质-配体相互作用的方法。
膳食维生素A/全反式视黄醇(ROL)在体内的分布对于维持外周组织中视黄醇类物质的功能以及生成视觉功能所需的视黄醛蛋白至关重要。RBP4-ROL 是视黄醇与视黄醇结合蛋白4(RBP4)在血液中形成的复合物。两种膜受体——肝脏中的视黄醇结合蛋白4受体2(RBPR2)和眼部的受视黄酸刺激基因6(STRA6)——可结合循环中的RBP4,该机制对于将ROL内化进入细胞至关重要。建立研究受体-配体动力学的方法,对于理解维生素A受体在视黄醇稳态中的生理功能具有重要意义。通过表面等离子共振(SPR)检测,我们可以分析维生素A膜受体与其生理配体RBP4之间的结合亲和力及动力学参数。
这些方法可以揭示RBP4在RBPR2和STRA6中结合基序的新结构和生化信息,这对于理解维生素A缺乏症的病理状态至关重要。在眼部,内化的ROL被代谢为11-cis视黄醛,这是一种视觉发色团,可与光感受器中的视蛋白结合形成视黄醛蛋白——视紫红质。光的吸收导致11-cis视黄醛发生cis到trans的异构化,从而诱导视紫红质的构象变化,并继而激活光转导级联反应。血清和眼部ROL浓度的降低会影响视黄醛蛋白的形成,进而导致视紫红质错位定位、脱辅基蛋白视蛋白积聚、夜盲症以及光感受器外节退化,最终引发色素性视网膜炎或莱伯先天性黑蒙症。
因此,定量分析视网膜中G蛋白偶联受体视蛋白-11-cis 视黄醛复合物的分光光度法在理解上述病理状态下视网膜细胞变性机制方面至关重要。通过这些全面的方法,研究人员将能够更好地评估膳食维生素A的供给在维持全身和眼部视黄醇稳态中的作用,这对于在感光细胞中生成和维持视黄酰基蛋白浓度至关重要,而后者又是维持人类视觉功能的关键。
膳食获取的维生素A/全反式维甲酸转 视黄醇(retinol/ROL)是参与视觉功能的重要成分1,2. 发色团 11-顺式 视黄醛是膳食维生素A的代谢产物,可与光感受器中的G蛋白偶联受体(GPCR)视蛋白结合,生成视黄醛蛋白——视紫红质。当光线照射到眼睛时,视紫红质的构型会发生根本性变化,这一过程通过其11-顺式顺式-视网膜组分到全-转-视黄醛。这种构型变化会触发视杆细胞内的光转导级联反应,将光转化为电信号,并通过视神经传递至大脑的视觉皮层。3,4,5,6,7,8,9,10血清和眼内ROL浓度降低会影响视黄醛蛋白的形成,进而导致视蛋白错位、脱辅基视蛋白积聚、夜盲以及光感受器外节变性,最终引发视网膜色素变性或莱伯先天性黑蒙,可能导致失明3,10.
全部-转 视黄醇是膳食维生素A的基本运输形式,也是所有功能性类视黄醇和膳食维生素A代谢物的来源。肝脏是膳食维生素A储存的主要器官。肝内的视黄醇以与视黄醇结合蛋白4(RBP4)形成的复合物形式通过血清运输。RBP4主要在肝脏中表达,与视黄醇底物和转甲状腺素蛋白(transthyretin, TTR)形成全复合物后进入血液循环。11,12,13,14,15,16,1720世纪70年代关于RBP4细胞表面受体的报道提出了膜转运蛋白可能参与视黄醇类物质进出细胞运输的假说。在眼部视网膜色素上皮(RPE)中,RBP4结合的视黄醇(RBP4-ROL)的细胞表面受体被鉴定为视黄酸诱导基因6蛋白(STimulated by Retinoic Acid 6 Retinol, STRA6)。STRA6可结合循环中的全型RBP4复合物,并将RBP4结合的视黄醇转运穿过RPE,供光感受器细胞利用18,19.STRA6基因的突变可导致多种疾病及表型,这些疾病和表型与眼部视黄醇(ROL)浓度降低相关。发育过程中发生的STRA6突变可导致无眼症、小眼球症以及其他非眼部症状,这些症状与Matthew-Wood综合征相关的表型存在重叠20,21,22,23,24,25,26,27STRA6 在不同器官和组织中表达,例如眼内的视网膜色素上皮(RPE),但并非在所有组织中均有表达26,27尽管类视黄醇的主要储存部位是肝脏,但STRA6在肝脏中并不表达。
Alapatt 及其同事发现,视黄醇结合蛋白4受体2(RBPR2)能够以高亲和力结合RBP4,并负责肝脏对RBP4结合的视黄醇的摄取,这一功能与RPE中的STRA6相似28。已有研究报道,RBPR2在结构上与STRA6具有同源性29,30,31。据推测,RBP4可结合RBPR2上的S294、Y295和L296残基,该氨基酸结合结构域在RBPR2与STRA6之间部分保守29,30,31。根据这些研究,诸如STRA6和RBPR2等含有一个或多个胞外结合残基/结构域的维生素A膜受体,被认为可与循环中的RBP4-ROL相互作用。因此,膜受体在介导循环RBP4与其靶组织(如肝脏和眼睛)细胞表面受体结合并实现视黄醇内化的过程中发挥着重要作用。
在本研究的第一部分,我们利用表面等离子体共振(SPR)技术研究了两种维生素A膜受体(RBPR2和STRA6)与其生理配体RBP4的相互作用31表面等离子体共振技术(SPR)可实时测定蛋白质与配体复合物的结合亲和力及结合/解离动力学。该方法旨在提供关于RBPR2和STRA6中RBP4结合基序的关键动力学、结构及生物化学信息,这对于理解维生素A缺乏相关病理状态至关重要。31,32如上所述,循环中的ROL通过STRA6被视网膜色素上皮细胞(RPE)内化,以生成发色团11-顺式 视黄醛,在感光细胞中与视蛋白结合形成视黄亚胺蛋白视紫红质33我们采用分光光度法对G蛋白偶联受体-视蛋白及其配体11-顺式 小鼠视网膜裂解液中视黄醛蛋白复合物,对于理解视网膜色素变性或莱伯先天性黑蒙等眼病状态下视紫红质(rhodopsin)减少的机制至关重要34。通常,这些方案可用于研究 体外 突变体的生理学后果 RBP4, STRA6,或 RBPR2 影响全身及眼部维生素A稳态,或突变视紫红质及类视黄醇循环蛋白对视觉功能的影响35,36.
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1. 表面等离子共振(SPR)方法学
2. SPR分析以测定维生素A膜受体(RBPR2和STRA6)与其生理配体RBP4的结合亲和力及动力学参数
3. 分光光度法测定视网膜裂解液中G蛋白偶联受体-11-cis 视黄醛蛋白复合物(视黄基 Schiff 碱蛋白视紫红质)含量的方法
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定量方法用于研究维生素A膜受体及光感受器视蛋白与其相应生理配体之间的蛋白质-配体相互作用。重组小鼠RBP4应在 E. coli 纯化的蛋白用作表面等离子共振(SPR)芯片上的偶联配体。化学合成的RBPR2、STRA6以及突变体S294A RBPR2的“SYL基序RBP4相互作用胞外位点”(约40个氨基酸的肽段)作为分析物,在不同浓度下用于测定结合动力学及平衡饱和常数Kd 相互作用图1 和 图2).
作为RBPR2和STRA6配体的重组RBP4蛋白,对这些肽段中的相互作用位点表现出结合亲和力,其Kd值分别约为22.38 µM和26.73 µM。氨基酸基序“SYL”在RBPR2和STRA6中均对稳定这些相互作用起关键作用;如预测所示,S294A突变肽的Kd值升高至约114.9 µM,表明需要更高数量的突变型RBPR2...
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方案中的关键步骤
SPR 方法学
计算机模拟 建模与对接分析:RBPR2(https://alphafold.ebi.ac.uk/entry/Q9DBN1)和STRA6的预测结构,以及已知的结构 毫秒RBP4 PDB 数据库(RSCB PDB ID: 2wqa)应用于对接研究29,31此外, 体外 应采用细胞培养方法来验证维生素A受体(RBPR2和STRA6)上假定结合位点与其配体(RBP4)之间的相互作用29,31(补充图 S1、补充图 S2 和补充图 S3)。使用CD光谱法测定肽的质量。此前,对于远紫外CD光谱,采用1 mm矩形比色皿,样品浓度为0.1 μg/μL,体积约200 μL(含3–4 μg RBP4蛋白、...
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作者声明不存在利益冲突。资助方在研究设计、数据收集、分析或解释、论文撰写,以及决定发表研究成果等方面均未发挥作用。
作者感谢贝亚塔·亚斯特任布斯卡博士(俄亥俄州凯斯西储大学药理学系)在视紫红质吸光度实验方案方面提供的建议。本研究得到了美国国立卫生研究院眼科研究所资助(项目编号:EY030889 和 3R01EY030889-03S1),以及明尼苏达大学向 G.P.L. 提供的部分启动资金支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 2-D 定量试剂盒 | Cytiva | 80648356 | |
| 胺偶联试剂盒 | Cytiva | BR100050 | |
| Biacore 分析软件 | Biacore S200 | 版本 1.1 | |
| Biacore 传感芯片 CM5 | Cytiva | BR100530 | |
| 双(三羟甲基)氨基甲烷丙烷(Bis tris propane) | Sigma | B6755-25G | 20 mM |
| BL21 DE3 感受态细胞 | Thermo Scientific | EC0114 | |
| 圆二色光谱仪 | Jasco | J-815 圆二色光谱仪 | |
| 盐酸甘氨酸(Glycine HCL) | Fisher Bioreagents | BP381-1 | |
| GraphPad Prism | 模型拟合、数据分析 | ||
| LB 培养基 | Fisher Bioreagents | BP1426-500 | |
| n-十二烷基-β-D-麦芽糖苷(DDM) | EMD Millipore | 324355-1GM | 2–20 mM |
| pET28a His标签卡那霉素抗性表达载体 | Addgene | 69864-3 | |
| 质粒纯化试剂盒 | Qiagen | 27106 | |
| Rho1D4 磁珠 | CubeBiotech | 33299 | |
| Slide-A_Lyzer 10K 透析盒 | Thermo Scientific | 66810 | |
| 吐温20(Tween20) | Fisher Bioreagents | BP337-500 | 0.05% |
| 紫外-可见分光光度计 | Agilent | Cary 60 UV-Vis | |
| 肽名称 | 肽序列 | HPLC纯度 | 质谱 |
| 小鼠 Rbpr2 (42) | HVRDKLDMFEDKLESYLTHM NETGTLTPIILQVKELISVTKG | 92.14% | 符合 |
| 小鼠 Stra6 (40) | SVVPTVQKVRAGINTDVSYL LAGFGIVLSEDRQEVVELVK | 90.84% | 符合 |
| 小鼠 Rbpr2 突变体 S294A (42) | HVRDKLDMFEDKLEAYLTHM NETGTLTPIILQVKELISVTKG | 0.92% | 符合 |
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