β2肾上腺素受体基因的改造及在无细胞合成体系中的表达

doi:10.7506/spkx1002-6630-201812028

食品科学 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (12): 179-184.doi: 10.7506/spkx1002-6630-201812028

β2肾上腺素受体基因的改造及在无细胞合成体系中的表达

王健1,2，刘媛1,2，王玮1，刘洋1，韩正政1，曲丽洁2，杨立亭2，王若敏2

（1.河北北方学院食品安全研究中心，河北省农产品食品质量安全分析检测重点实验室，河北?张家口 075000；2.河北北方学院农林科技学院食品研究所，河北?张家口 075000）

出版日期:2018-06-25 发布日期:2018-06-15
基金资助:
河北省高等学校科学技术研究青年基金项目（QN2018264）；河北北方学院博士科研启动基金项目（201706）

Gene Modification and Expression of β2 Adrenergic Receptor in a Cell-Free Protein Synthesis System

WANG Jian1,2, LIU Yuan1,2, WANG Wei1, LIU Yang1, HAN Zhengzheng1, QU Lijie2, YANG Liting2, WANG Ruomin2

(1. Hebei Key Laboratory of Quality & Safety Analysis-Testing for Agro-Products and Food, Food Safety Research Center, Hebei North University, Zhangjiakou 075000, China; 2. Institute of Food Science, College of Agriculture and Forestry Science and Technology, Hebei North University, Zhangjiakou 075000, China)

Online:2018-06-25 Published:2018-06-15

摘要/Abstract

摘要： 依据大肠杆菌密码子偏好性，设计合成β2肾上腺素受体（β2 adrenergic receptor，β2AR）基因序列，应用大肠杆菌无细胞系统对其进行高效表达，经负载镍离子的顺磁颗粒MagneHis? Ni-Particles纯化后，对受体蛋白进行十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）和活性鉴定。结果表明：改造后的β2AR基因密码子适应指数（codon adaptation index，CAI）为0.96，GC含量从58%降低到46.17%，更有利于该基因在大肠杆菌系统中的表达。表达体系中优化后的Mg2＋浓度为22?mmol/L，此时表达量为1 250 μg/mL。SDS-PAGE分析显示，纯化蛋白在47?kDa左右出现清晰的特异性条带，与预期结果一致，纯度大于90%。直接酶受体分析检测结果显示，当纯化受体蛋白1∶500稀释包被时，该重组受体与盐酸克伦特罗、沙丁胺醇及莱克多巴胺的酶标记物结合的OD值分别为0.976、0.836和0.728，亲和活性依次降低。β2AR蛋白在无细胞体系中的成功表达，为研发基于受体的β激动剂多残留快速检测技术提供了理论支持。

关键词: β2肾上腺素受体, 密码子优化, 大肠杆菌无细胞合成体系, 表达, β激动剂检测

Abstract: According to the codon preference of Escherichia coli, the β2 adrenergic receptor (β2AR) gene sequence was designed and synthesized. Then the E. coli-based cell-free protein synthesis (CFPS) system and MagneHis? Ni-Particles were used for efficient expression and purification. The purified receptor was identified by SDS-PAGE analysis and enzyme-linked receptor assays (ELRA). The results indicated that the codon adaptation index (CAI) of the optimized β2AR gene was 0.96 and its GC content was decreased from 58% to 46.17%, favoring its expression in E. coli. The optimal Mg2+ concentration in the expression system was 22 mmol/L, leading to the maximum protein expression of 1 250 μg/mL. SDS-PAGE revealed the specific band of the purified protein of 47 kDa with a purity of over 90% as expected. The results of direct ELRA showed that when the plates were coated with the receptor at 1:500 dilution, the OD values of the purified receptor binding to three horse radish peroxidase (HRP)-β-agonists decreased in the following order: clenbuterol, salbutamol, and ractopamine, which were 0.976, 0.836 and 0.728, respectively. β2AR was successfully synthesized by using the CFPS system, which will provide a theoretical and practical foundation for the rapid multi-residue determination of β-agonists based on the receptor.

Key words: β2 adrenergic receptor, codon optimization, E. coli-based cell-free protein synthesis system, expression, detection of β-agonists

中图分类号:

TS201.6

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β2肾上腺素受体基因的改造及在无细胞合成体系中的表达

Gene Modification and Expression of β2 Adrenergic Receptor in a Cell-Free Protein Synthesis System

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