一、蛋白结构
1.
天然 VP2 蛋白结构
- 三维构象:天然 VP2 蛋白是 IBDV 衣壳的主要组成部分,以同源二聚体或三聚体形式组装成病毒衣壳表面的突起结构,其空间构象依赖于多个二硫键(如 Cys229 与 Cys247、Cys317 与 Cys329)的稳定作用。
- 功能区域:
- 高变区(HR):位于氨基酸残基 214-284 区域,包含多个抗原决定簇(如 222、242、253、256 位氨基酸),是病毒与中和抗体结合的关键位点,也是毒株变异的热点区域。
- 保守区:如 N 端(1-100 位氨基酸)和 C 端(300-411 位氨基酸),参与病毒衣壳组装及宿主细胞受体结合(如与衰变加速因子 DAF 结合)。
2.
重组 VP2 蛋白结构特点
- 构象模拟:通过杆状病毒表达系统等真核表达体系生产的重组 VP2 蛋白,可形成类似天然病毒的构象依赖性抗原表位;而原核表达(如大肠杆菌)的 VP2 蛋白常以包涵体形式存在,需复性处理以恢复空间结构。
二、分子量
- 天然 VP2 蛋白:由 426 个氨基酸组成,理论分子量约为 47 kDa,但由于糖基化修饰(如 N 端第 21、24 位天冬酰胺的糖基化),天然 VP2 蛋白的实际分子量在 55-60 kDa 之间。
- 重组 VP2 蛋白:分子量因表达系统而异:
- 真核表达(杆状病毒):糖基化修饰较完整,分子量接近天然蛋白(55-60 kDa)。
- 原核表达(大肠杆菌):无糖基化修饰,分子量约为 47 kDa,需通过质谱或 SDS-PAGE 验证。
三、蛋白特性
1.
抗原性与免疫原性
- 中和表位核心:重组 VP2 蛋白包含 IBDV 的主要中和抗原表位(如 194-214、249-295 位氨基酸区域),可诱导宿主产生高效中和抗体,保护法氏囊免受病毒攻击。
- 构象依赖性:其抗原活性高度依赖空间构象,线性表位(如 200-210 位氨基酸)与构象表位(如 250-260 位氨基酸形成的环区)共同决定抗体结合效率。
2.
稳定性与可溶性
- 真核表达:杆状病毒系统表达的重组 VP2 蛋白可溶性高,可分泌至培养基中,稳定性较好(4℃可保存数周)。
- 原核表达:大肠杆菌表达的 VP2 蛋白易形成包涵体,需通过变性剂(如 8M 尿素)溶解后复性,可溶性及活性较低,需优化表达条件(如低温诱导、分子伴侣共表达)。
3.
变异与抗原漂移
- VP2 高变区氨基酸突变(如 256 位 Asn→Ile、222 位 Ser→Asn)可导致抗原性改变,是 IBDV 突破疫苗免疫的主要机制。
四、纯化方式
根据重组 VP2 蛋白的表达系统与存在形式,常用纯化方法如下:
1. 真核表达系统(以杆状病毒为例)
- 表达形式:分泌型表达于昆虫细胞培养基中,或存在于细胞裂解液中。
- 纯化流程:
- 澄清:离心或过滤去除细胞碎片,收集上清液。
- 亲和层析:利用重组 VP2 蛋白 C 端融合的标签(如 His-tag、GST-tag)进行镍柱(Ni-NTA)或谷胱甘肽琼脂糖亲和纯化,特异性结合目标蛋白。
- 离子交换层析:进一步去除杂蛋白,优化纯度(纯度可达 95% 以上)。
- 浓缩与复性:通过超滤离心浓缩蛋白,若存在少量聚集物,可通过透析复性处理。
2. 原核表达系统(大肠杆菌)
- 表达形式:多以包涵体形式存在于细菌沉淀中。
- 纯化流程:
- 破菌:超声或高压均质破碎细菌,离心收集包涵体。
- 溶解:用 8M 尿素或 6M 盐酸胍溶解包涵体,加入还原剂(如 DTT)破坏错误折叠的二硫键。
- 亲和纯化:His-tag 标记的 VP2 蛋白通过 Ni-NTA 柱纯化,洗脱液含高浓度咪唑。
- 复性:梯度透析去除变性剂,同时加入氧化还原对(如 GSH/GSSG)促进二硫键正确折叠,复性后通过凝胶过滤层析(如 Superdex 系列)去除聚集体。
3. 纯化效果验证
- SDS-PAGE 与 Western blot:检测分子量及纯度,重组 VP2 蛋白在凝胶中呈现单一清晰条带(真核表达约 55 kDa,原核表达约 47 kDa)。
- ELISA 与中和试验:验证抗原活性,重组 VP2 蛋白需能特异性结合 IBDV 阳性血清,并诱导中和抗体产生。
五、不同纯化方式的对比
纯化方法优点缺点适用场景
亲和层析(Ni-NTA)
特异性高,操作简便,适合初纯化
依赖标签,可能影响蛋白活性
各类表达系统的初步纯化
离子交换层析
可去除电荷差异的杂蛋白,提升纯度
需优化缓冲液 pH 及离子强度
精纯阶段(如疫苗抗原制备)
凝胶过滤层析
按分子量分离,可去除聚集体
处理量低,耗时较长
复性后蛋白的精细纯化
亲和层析 + 复性(原核)
可从包涵体中回收蛋白
复性效率低,易导致蛋白失活
大肠杆菌表达的重组 VP2 蛋白
重组 VP2 蛋白的结构与分子量直接影响其抗原活性,而纯化方式的选择需结合表达系统特性(真核 / 原核)与应用场景(诊断 / 疫苗)。真核表达系统(如杆状病毒)因糖基化修饰完整、可溶性高,成为疫苗用重组 VP2 蛋白的首选;原核表达则需通过复杂复性工艺恢复活性,更适合科研或低成本诊断抗原制备。纯化后的重组 VP2 蛋白需通过多维度验证,确保其结构完整性与免疫原性,为 IBD 防控提供有效工具。