_葡萄糖苷酶三维结构的同源模建与分子设计_陈朋

来源：网络收集时间：2024-05-07

导读： 16 生物技术2012年22（6） linkingPitx2andatrialarrhythmias［J］.FrontiersinPhysiology，2012，1（3）：00206. ［14］L’Honor，Jean－Fran，0isOuimette，MarisolLavertu－Jolin，etal.Pitx2definesalternatepathwaysactingthroughMyoDduringlimbandsomi

生物技术2012年22（6）

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α－葡萄糖苷酶三维结构的同源模建与分子设计

陈朋

1，2

（1.甘肃省商业科技研究所，甘肃兰州730010；2.兰州大学药学院微生物与生化药学研究所，甘肃兰州730020）摘要：目的：该文预测了来源于嗜热脂肪芽孢杆菌（Bacillusstearothermophilus）ATCC12016编码α－葡萄糖苷酶序列的三维结构，设计突变位点，构建突变体模型，并对预测三维结构与突变体进行了评估与分析。方法：分析了α－葡萄糖苷酶的核酸序确定了α－葡萄糖苷酶蛋白序列的同源性与保守区特征；利用来源于蜡状芽胞杆菌（Bacilluscereus）ATCC7064列与蛋白序列，

6－葡萄糖苷酶三维蛋白结构作为模板，寡聚－1，同时基于同源模建方法对α－葡萄糖苷酶序列的三维结构与突变突变体模型表明预测与设计的结构达到合理化标准。结论：基于以上进行了结构预测。结果：对预测的三维结构与突变体进行评估与分析，

构建α－葡萄糖苷酶的三维结构模型是合理的，为蛋白质工程应用建立了理论研究平台。研究结果，

关键词：嗜热脂肪芽孢杆菌；蜡状芽孢杆菌；α－葡萄糖苷酶；同源模建；三维结构；预测；分子设计

中图分类号：Q816

文献标识码：A

doi：10．3969/j．issn．1004－311X．2012．06．

HomologyModelingandMolecularDesignof

ThreeDimensionalStructurealpha－glucosidase*

CHENPeng1，

（1.GansuInstituteofBusiness＆Technology，Lanzhou730010，China；

2.InstituteforMicrobialandBiochemicalPharmacy，SchoolofPharmacy，LanzhouUniversity，Lanzhou730020，China）

Abstract：Objective：Threedimensionalstructureofα－glucosidasefromBacillusstearothermophilusATCC12016waspredictedusingho-thenucleotidesandproteinsequncesofα－glucosidasewerewereanalysedbyNC-mologymodelingmethodinthispaper.Method：Firstly，

BItools.Secondly，thecharacterisationofhomologyandconserveddomainofα－glucosidaseproteinsequncesweredeterminatedbyBLASTP2.2.11andCLUSTAL.W.Threedimensionalstructureofoligo－1，6－glucosidasefromBacilluscereusATCC7064wasselectedThreedimensionalstructureofα－glucosidasewaspredictedusinghomologymodelingasascaffolding.Basedonthisstructure，

method.Result：Moleculardesignofα－glucosidasewasperformedandevaluated.Theresultsindicatesthatpredictedandmodifiedmodelsitconfirmedthatthreedimensionalstructureofα－glucosi-areapproachrationalizesthedesign.Conclusion：Accordingtothesefindings，

daseissetupwithareasonablestruture，andthatanapplicationplatformofproteinengineeringforα－glucosidasehasbeensuccessfullyestablished.

Keywords：alpha－glucosidase；BacillusstearothermophilusATCC12016；BacilluscereusATCC7064；homologymodeling；threedimen-sionalstructure；prediction；moleculardesign

0引言

EC.3.2.1.20）又名α－葡萄糖苷酶（alpha－glucosidase，

［4，5］

，工业化生产异麦芽低聚糖的功能性食品的应用研究还是［6－8］

，以开发天然药物α－葡萄糖苷酶抑制剂的临床应用研究

［1］

葡萄糖基转移酶或麦芽糖酶（Maltoase），简称α－糖苷酶。

都遇到了一个相同的问题：那就是如何利用α－葡萄糖苷酶的揭示其重要生理生化过程的分子机制，以及开三维结构信息，

发抑制剂药物提供重要信息。只有全面了解酶与底物、复合运动和相互作用网络，才能阐释α－葡萄物的精细三维结构、

最终使人为地提高酶糖苷酶在微生物环境的生理生化过程，

活性或抑制酶活性得以实现。有鉴于此，本文通过对α－葡萄利用同源模建方法对α－葡萄糖糖苷酶相关生物信息的分析，

为该酶的苷酶的三维结构以及突变体结构进行预测与评估，蛋白质工程与酶工程的实施奠定理论研究基础。

α－糖苷酶能将麦芽糖和麦芽低聚糖转变成异麦芽糖和异麦因此成为生产新的功能性食品芽三糖等非发酵性的低聚糖，

的关键酶制剂，在工业生产异麦芽低聚糖（Isomaltooligosaccha-3］rides，IMO）的开发研究受到了广泛关注［2，。然而，无论是以

收稿日期：2012－03－24修回日期：2012－11－01

（“基因重组菌酶法合资助项目：甘肃省技术研究与开发专项计划项目

，0912TCYA025；“微生物转化法生物合成低成低聚异麦芽糖的研究”

，1004TCYA041）；甘肃省创新团队建设项目（“甘肃省酶制聚半乳糖”

，098TTCA013）资助剂生产技术和应用研究创新团队”

作者简介：陈朋（1977－），男，博士，副研究员，研究方向：生物转化技术与系统微生物学，发表论文30多篇（其中SCI收录论文8篇），申请

Email：BlueSCI2011@gmail．com。发明专利8件，

1.1

材料和方法

数据来源

嗜热脂肪芽孢杆菌ATCC12016α－葡萄糖苷酶蛋白序

2012年22（6）列

［9］

生物技术

来源于GenBank登录号D84648；蜡状芽胞杆菌（Bacillus

［10］

后，在信使RNA上有2个发卡结构。在1878～1910位是第一个发卡结构，它是一个颈环结构由12bp的颈部和9个核苷酸的环组成（△G=－37.2kJ/mol）。在1936～1957是第二它也是一个颈环结构由6bp的颈部和10个核苷个发卡结构，

G+C含量为51.6mol%组酸的环组成（△G=－25.1kJ/mol），

Glu－256、Asp－成。α－葡萄糖苷酶的必需基团是Asp－199、

326、His－103和His－325，这5个必需基团在多种不同来源可以看出α－葡萄糖活的α－葡萄糖酶蛋白序列的相同位置，

力中心聚糖结合区域不同，从而表现出不同底物特异性。2.1.2

α－葡萄糖苷酶的蛋白序列分析

嗜热脂肪芽孢杆菌ATCC12016α－葡萄糖苷酶蛋白序列蛋白序列见图2。由555个氨基酸组成，

12～514位氨基酸从α－葡萄糖苷酶蛋白序列可以看出，

为α－淀粉酶结构域，该区域为α－淀粉酶家族进化保守区Glu－256、Asp－326、His－103和His－325域，其中Asp－199、是α－葡萄糖苷酶催化反应中的必需基团，不同底物特异性的差异主要是由这5个残基存在的空间构象的不同造成的。这作为包含α－淀粉酶些信息来自α－葡萄糖苷酶一级序列中，功能结构域，为其酶学分类提供了依据。2.1.3

α－葡萄糖苷酶二级结构分析

由于嗜热脂肪芽孢杆菌ATCC12016α－葡萄糖苷酶与蜡6－葡萄糖苷酶的蛋白相似性状芽孢杆菌ATCC7064寡聚－1，

（见后续同源性分析结果），我们分析了蜡状芽孢杆菌ATCC7064寡聚－1，6－葡萄糖苷酶的二级结构（图3），可以发现α－葡萄糖苷酶具有相同的多肽折叠结构：N－末端活力3个β位点区存在1个（α/β）8－折叠桶和5个α－螺旋结构，－链和1个α－螺旋构成了次级域富环结构。另外，C－末端活力位点区有一个反向平行β－链组成的折叠桶，这一结构由β－折叠片层平行排列而成，β－链之间的连接以β－转角或条带相连。2.22.2.1

蛋白质序列同源性与保守区分析

基于NCBI/BLAST软件的蛋白质序列同源性分析NCBI/BLAST软件对数据库分析检索到502条具有相似性的序列，表1显示序列比对结果。可以看出，蜡状芽胞杆菌ATCC7064寡聚－1，6－葡萄糖苷酶的相似度达到55%，氨基酸相似度达到71%，符合同源模建的要求（相似性必需高于30%），可作为下一步模建所需的模板。2.2.2

基于CLUSTALW软件的蛋白序列保守区分析CLUSTAL.W软件对相似性较高的25条序列进行了比对。根据分析25条α－葡萄糖苷酶序列存在8个保守区域，分别为7个β折叠结构与一个颈环结构；在保守区Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ中存在3个高度进化保守位点，这些二级结构模体决定其催化基团与空间结构及功能，因此，在分子设计中应确保其作用域与必需催化基团不被破坏。根据以上分析，蜡状芽胞杆菌ATCC7064寡聚－1，6－葡萄糖苷酶序列符合同源模建的要求。同时，与α－葡萄糖苷酶同属于同一亚家族2.3

α－葡萄糖苷酶的蛋白质结构预测

［12］

cereus）ATCC7064寡聚－1，6－葡萄糖苷酶蛋白序列PDB标识1UOK。于UniProt代码为P21332，1.2

主要软件及数据库BLASTP

2.2.11

（

来源

http：//www.ncbi.nlm.nih.gov/

BLAST/）；CLUSTALW；RasMol2.7.0.1（Glaxo＆Wellcome）；SwissPDBViewer（DeepView）3.7；PDB（ProteinDataBank）；SWISS－MODEL（http：//http://www.77cn.com.cn//SWISS－MODEL.html）；WhatCheckprotscale.pl）；TmpredCOILS_form.html）。1.31.3.1

方法

三维模建及合理化评估

利用同源建模的方法，使用预测蛋白质三级结构的SWISS－MODEL服务器，实现对α－葡萄糖苷酶蛋白序列的使用NCBI/BLAST和CLUSTALW软三级结构的预测。首先，件进行同源性分析

［11］

（SWISS－MODEL）；PRO-

CHECK3.5.4；ProScale（http：//http://www.77cn.com.cn/cgi－bin/

（http：//http://www.77cn.com.cn/software/TM-PRED_form.html）；COILS（http：//http://www.77cn.com.cn/software/

。该酶蛋白序列由555个氨基酸组成，

分别使用BLASTP和CLUSTALW对α－葡萄糖苷酶蛋白序列进行相似性搜索，获得同源模建要求的模板，其相似性必需高于30%；其次，使用SWISS－MODEL服务器建模，以寡聚－1，6－葡萄糖苷酶（蜡状芽胞杆菌ATCC7064）结构数据作为台架，对目标序列进行建模；最后使用WhatCheck评估。1.3.2

分子设计及结构合理化检验

我们选择保守3区258位天冬酰胺位点作为突变位点之一，这主要是基于α－葡萄糖苷酶的催化机制和Bronsted－Lowry酸碱质子理论

［10］

，将3区258位的天冬酰胺为天冬氨酸

（N258D），为了增加质子供体与催化位点，提高催化基团数量。258位的氨基酸置换后，将与相邻的257位Ala和259位Gly的非极性疏水氨基酸，形成更为稳定的空间构象。另一突变位点选择保守2区203位组氨酸，置换为谷氨酰胺（H203Q）以提高转糖苷活力。由于谷氨酰胺即可作为供氢体，又可作为受氢体。因此，这一位点突变后能够参与水解反应，同时能参与糖基转移反应。使用SwissPDBViewer软件，对设计的突变体结构进行改造。将258位Asn置换成Asp。将203位His置换成Gln，比较突变前后氨基酸的变化。最后，对设计的突跨膜区分析、卷曲螺旋分析的合理化检变体进行疏水性分析、验。

2.1

结果与分析

编码序列的生物信息学分析酶编码核酸序列分析

图1中α－葡萄糖苷酶核酸序列显示，α－葡萄糖苷酶基

2.1.1

199～201位是起始密码子TTG，1864～因由2074bp组成，

1866位是终止密码子TAA。1665bp的开放阅读框由555个氨基酸残基构成的酶蛋白。在118～155位（－35和－10区）是转录的原核启动子，在97～193位是核糖体结合位点，还有2个反向重复区在1878～1957位，这些反向重复区在转录

表1

BLASTP对GenBank数据库相似性搜索

。因此，确

6－葡萄糖苷酶的三维结构数据作为模板。定寡聚－1，

生物技术2012年22（6

）

图1Fig.1

α－葡萄糖苷酶核酸序列

Thenucleotidessequncesofα－glucosidase

TheGenBankdatabasesimilaritysearchingwasanalysedbyBLASTP

GenBank#BAD74900YP034697ZP00390758YP081952AAP07453BAB07587EAL12309BAB80124NP969115YP157325CAA55409AAK28739BAA01368CAA54266BAB06622P21332BAD63802蛋白名称来源一致性

4－glucosidaseGeobacilluskaustophilusHTA42699%exo－alpha－1，

alpha－glucosidaseBacillusthuringiensisserovarkonkukianstr.97－2767%

Bacillusanthracisstr.A201267%glycosidases

alpha－glucosidaseBacilluscereusE33L67%exo－alpha－1，4－glucosidaseBacilluscereusATCC1457967%

4－glucosidaseBacillushaloduransC－12566%exo－alpha－1，

alpha－glucosidaseBacilluscereusG924166%

4－glucosidaseClostridiumperfringensstr.1363%exo－alpha－1，

alpha－D－1，4－glucosidaseBdellovibriobacteriovorusHD10059%exo－alpha－1，4－glucosidaseAzoarcussp.EbN159%

4－glucosidaseStaphylococcusxylosus56%alpha－D－1，

alpha－glucosidaseErwiniarhapontici57%

6－glucosidaseGeobacillusthermoglucosidasius56%oligo－1，

alpha－glucosidaseBacillussp.56%oligo－1，6－glucosidaseBacillushaloduransC－12554%

6－glucosidaseSBacilluscereusATCC706455%oligo－1，

trehalose－6－phosphatehydrolaseBacillusclausiiKSM－K1646%

99%80%80%80%80%81%80%78%77%73%74%71%72%70%70%71%65%Gap0%0%0%0%0%1%0%0%0%0%1%1%1%3%1%2%3%Table1序号23456789101112131415161718

2012年22（6）

212223242526AAK27723BAB80268NP_418660BAB59003NP_595063CAB46746alpha－glucosidasealpha－glucosidasetrehalase6－Phydrolase

maltase

alpha－glucosidase

maltase

生物技术

45%43%42%43%41%38%61%63%60%61%59%56%5%4%2%7%4%7%19

BifidobacteriumadolescentisClostridiumperfringensstr.13

EscherichiacoliK12Aspergillusoryzae

Schizosaccharomycespombe972h

KluyveromyceslactisS代表存在已知的三维结构数据。

图2Fig.2

α－葡萄糖苷酶蛋白序列

Theproteinsequncesofα－glucosidase

图3Fig.3

6－葡萄糖苷酶的二级结构来源于蜡状芽胞杆菌ATCC7064寡聚－1，

Thesecondarystructureofoligo－1，6－glucosidasefromBacilluscereusATCC7064

6－葡萄糖苷酶作为模蜡状芽孢杆菌ATCC7064寡聚－1，板的3D结构与嗜热脂肪芽孢杆菌ATCC12016α－葡萄糖苷

生物技术2012年22（6

）

－葡萄糖苷酶存在β片层，而相应的模板结构没有显示。2.42.4.1显示

［14］

预测模型的合理性评估WhatCheck对模型结构的评估

：存在3处侧链平面错误和4处键长警告。经修复与

［15］

使用SWISS－MODEL提供的WHATIF对预测结果评估改进后，只存在1处错误及1处键长。通过SwissPDBViewer软件进行微调修正，达到合理化标准2.4.2

。

PROCHECK对模型结构的评估

图5显示PROCHECK对模型结构评估的拉氏图（Ram-achandranPlot）［16］。可以看出，总的蛋白残基为558个。根据拉氏图分析服务器模建结构可以达到88.8%，接近最佳预测达到合理化标结果（高质量的预测需要期望值需达到90%），

图4Fig.4dase

α－葡萄糖苷酶的三级结构比较

Acomparativeanalysisofproteintertiarystructureofα－glucosi-

准

［17］

。

突变体结构的设计

2.5

SwissPDBViewer程序对设计的突变体结构进行修改。B显示258位Asn置换成Asp的变化，D显示图6A、图6C、203位His置换成Gln的变化，两个位点突变后，没有对蛋白结构造成明显的影响。为了进一步观察使用RasMol程序对突变位点内部观察：可以看出258位的突变使肽链延长，没有造成氨基酸的碰撞，稳定结构没有改变。而203位的突变，稳定基团结构没有改变。因此，确定模建结构的合理性、稳定性。2.62.6.1

突变体设计的合理化检验疏水性分析

［18］

［19］

疏水性预测通过ProScale程序（Kyte＆Doolittle算法）

计算疏水性，如图7所示。

90～100位图7显示三个疏水性区域分别在30～60位、

与340～360位，这些区域对于酶的稳定性非常重要，但是203位与258位氨基酸突变位点的选择不在上述区域，因此不会造成疏水稳定结构的破坏。2.6.2

跨膜区分析

［20］

基于Tmbase数据库的统计学Tmpred分析结果见图8。

2个跨膜区分别在39～58位与345～从图8可以看出，

362位之间，其中345～362位具有统计学意义，因此确定TM片段为跨膜区，这一结果与之前的疏水性分析结果一致。由于存在跨膜区域，因此也证明该酶蛋白是一种胞外分泌性酶蛋白。2.6.3

卷曲螺旋分析

［21］

预测蛋白质的卷曲螺旋使用COILS软件分析的稳定结构。

图5Fig.5

PROCHECK对预测结构的分析

TheanalysesofRamachandranplotforproteintertiarystructureof

［13］

，见图9。

在点突变位点的选择时，要避免选择螺旋疏水界面相互缠绕

图9可以到在300位附近有一个稳定卷曲螺旋区域，之前因此对蛋白稳定性未的突变位点的选择均未出现在此区域，造成影响。

α－glucosidaseusingPROCHECKsoftware

酶预测的3D结构如图4所示。通过日内瓦生物医学研究

3讨论

国内对于α－葡萄糖苷酶的三维结构预测的研究报道较

所的SWISS－MODEL同源模建服务器，获得的α－葡萄糖苷只有在B酶三维模型。两个结构比较可以看出：从整体来看，区的8个反向平行的β折叠结构区存在差异；从热力学冷暖B、C、E所指的区域，区域存在差异；从局部结构而言，在A、α

少，我们是国内最早利用同源模建方法对α－葡萄糖苷酶的三维结构预测与设计的研究报道，这也为其后的研究提供了方法学支撑

［22］

。雷琦研究报道α－葡萄糖苷酶及其穿新莲内酯

2012年22（6）

类抑制剂的理论计算研究

［23］

生物技术

。利用同源模建的方法，使用寡有效性，并引入分子动力学方法修正和优化模型。另外，对模建结构的可靠性评估使用拉氏图和verify－3D图进行了验证。为α－葡萄糖苷酶抑制剂的计算机筛选和结构改造提供了有6－葡萄糖苷酶的三维结构以寡聚－1，用的信息。可以看出，

为模板，利用同源模建方法构建α－葡萄糖苷酶的三维结构是一种被普遍认可并且有效地建立酶蛋白空间结构的方法

。

6－葡萄糖苷酶三维结构作为模板，聚－1，构建了α－葡萄糖苷酶三维结构，同时对模建结构的合理性进行了评估。研究为结果为进一步研究蛋白结构和功能关系建立了理论平台，新型α－葡萄糖苷酶抑制药物的筛选与设计奠定了分子基础。徐雯等

［24］

研究报道也证实了利用同源模建法进行了模拟的

图6Fig.6

α－葡萄糖苷酶蛋白定点突变前后空间结构的比较

Beforeandaftersitedirectedmutagenesisof258AAand203AAofα－glucosidase

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A.258位氨基酸突变前；B.258位氨基酸突变后；C.203位氨基酸突变前；D.203位氨基酸突变后。

A.3DStructureof258AA；B.3DStructureof258AAmutant；C.3DStructureof203AA；D.3DStructureof203AAmutant.

4结论

（1）利用生物信息技术和手段，本研究预测了α－葡萄糖

苷酶的三维结构，设计了突变体结构，并对所建立模型进行了达到了合理化标准，为蛋白质工程实验提供了实评估与检验，验研究方案。

（2）所建立的蛋白三级结构，为今后α－葡萄糖苷酶在酶酶的结构与功能，以及提高酶的活性与转糖苷作用机制工程，

的研究，提供重要的生物信息；同时也为α－葡萄糖苷酶抑制剂在糖尿病等多种人类疾病研究中建立分子水平的筛选模型。

（3）所建立的蛋白预测方法为其它酶蛋白的研究，以及揭示重要酶蛋白的生理生化过程的分子机制提供新的思路。

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图7Fig.7

α－葡萄糖苷酶疏水性分析

Analysisofhydrophobicityofα－

glucosidase

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图8Fig.8

α－葡萄糖苷酶跨膜区分析

Analysisoftransmembraneregionsofα－

glucosidase

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图9Fig.9

α－葡萄糖苷酶卷曲螺旋分析

Analysisofcoiledcoilofα－glucosidase

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生物技术

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响应重力负荷变化的抗肌萎缩表达载体构建

车速，黄庆生，李琦，叶琳洁，杨慧

（西北工业大学/生命学院/空间生物实验模拟技术国防重点学科实验室，陕西西安710072）

‘肌肉生长抑制素’摘要：目的：为了验证启动子（PM）对去负荷（失重）的响应能力，观察PM调控下的抗萎缩蛋白（mM）表达载体在肌细胞去负荷时的表达水平及抗萎缩活性。方法：首先，构建了PM调控下的荧光素酶表达载体（pGL3－PM－Luc），检验证PM对重力负荷变化的响应。随后，构建了PM调控下的mM表达载体测模拟失重下荧光素酶基因在肌细胞中的表达水平，

‘pGL3－PM－mM’，，‘pGL3－PM－Luc’观察模拟失重下mM在肌细胞中的表达及其对肌细胞增殖的影响。结果：模拟失重下‘pGL3－PM－mM’mM表达上调了2.6倍，转染的肌细胞荧光素酶表达提高了29%，载体转染的肌细胞，细胞增殖活性提高了24%。结论：PM在失重条件下可开启下游基因的表达，依此特点构建的mM表达载体，其mM的表达能随负荷减少而增加，且可促进肌细胞的增殖活性。

关键词：肌肉萎缩；肌肉生长抑制素；肌肉生长抑制素前肽；启动子；失重

中图分类号：R852.22

文献标识码：A

doi：10．3969/j．issn．1004－311X．2012．06．134

ConstructionofAntiMuscularAtrophyExpressionVector

undertheControlofLoadingSensitivePromotor

CHESu，HUANGQing－sheng*，LIQi，YELin－jie，YANGHui

（KeyLaboratoryforSpaceBiosciences＆Biotechnology，SchoolofLifeSciences，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China）

Abstract：Objective：Toobservetheabilityofmyostatinpromoter（PM）respondingtoweightlessnessandtoexploretheantiatrophyactivi-（mM）wasconstructedundercontroloftyofexpressionvectorinwhichantimuscularatrophyprotein‘mutatedmyostatinpropeptide’

andluciferasexpressionvectorcontroledunderPMwasconstructed（pGL3－PM－Luc）todemonstratePM.Method：PMgenewascloned，

theabilityofPMrespondingtoweightlessness.ThenmMexpressionvectorcontroledunderPMwasconstructed（pGL3－PM－mM）.pGL3－PM－LucandpGL3－PM－mMweretransferredintoC2C12musclecellrespectively.Result：Undersimulatedweightlessnesscondi-tion，theexpressionofluciferaseinC2C12celltransfectedwith‘pGL3－PM－Luc’increased29%.TheexpressionofmMinC2C12celltransfectedwith‘pGL3－PM－mM’elevated2.6foldandtheproliferationofC2C12transfectedwith‘pGL3－PM－mM’increased24%undersimulatedweightlessness.Conclusion：PMcanrespondtounloadingsignalofweightlessness.‘pGL3－PM－mM’vectorshowedtheabilitytoexpressmMandsubsequentlytoimproveC2C12proliferationundersimulatedweightlessnesscondition.Keywords：muscleatrophy；myostatin；myostatinpropeptide；promotor；weightlessness

0引言

骨骼肌长期处于去负荷状态（失重、长期卧床或不运动）

缩中起重要作用的负调控因子，具有抑制骨骼肌生长的作用

［2，3］

。正常状态下肌细胞中MSTN基因表达保持较低的水

可导致废用性萎缩。肌萎缩的治疗迄今仍缺乏有效的特异性药物。运动锻炼是有效的抗萎缩方法。但对于一些体弱、长期卧床或肢体固定的患者以及处于失重状态下的航天员，由仍可导致肌萎缩。因此，于活动受限或无法实现有效的运动，

通过现代生物学技术有效干预骨骼肌的萎缩具有积极的意义。

MSTN）［1］是一种在骨骼肌萎肌肉生长抑制素（myostatin，

收稿日期：2012－10－19；修回日期：2012－12－03

基金项目：国家自然科学基金项目（30971425）资助作者简介：车速（1987－），男，硕士研究生，专业方向：空间生物学，Email：che_su@http://www.77cn.com.cn。*通讯作者：黄庆生（1963－），男，硕士生导

Email：qingshengh@http://www.77cn.com.cn。研究方向：空间生物学，师，

平，使肌细胞生长处在一个平衡状态。该基因缺失或敲除的动物，骨骼肌生长失去抑制，全身骨骼肌超常发达，如MSTN

［4］

基因敲除的小鼠，骨骼肌增加了2～3倍。在肌肉萎缩者体

内，该基因的表达水平则显著升高。失重状态下的肌萎缩可能与体内MSTN水平提高也有关

［5］

。经常运动的人，骨骼肌

［6］负荷增加，体内MSTN水平比不运动的人低。长期卧床或

骨骼肌负荷减少，体内MSTN水平升营养消耗性疾病患者，高

［7］

。总体上，体内的MSTN水平与骨骼肌的负荷强度呈负

相关。MSTN全长376个氨基酸，由肌细胞表达后，在第263N端部分称propeptide（肌肉位氨基酸处被酶解成两个片段，

C端片段为MSTN的活性区生长抑制素前肽，简称M前肽），域，两个C段分子通过二硫键形成二聚体并与M前肽以非共

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