全 文 :书2015 年 7 月 Vol. 33 No. 7
July 2015 Chinese Journal of Chromatography 673 ~ 677
研究论文 DOI:10. 3724 / SP. J. 1123. 2015. 03026
* 通讯联系人. E-mail:qufengqu@ bit. edu. cn.
基金项目:国家自然科学基金项目(21175011,21375008);国家“973”计划项目(2012CB910603);国家海洋局海洋生物资源综合利
用工程技术研究中心开放基金(MBRCU201304).
收稿日期:2015-03-19
软骨藻酸作用蛋白质的亲和毛细管电泳筛选
王晓倩1, 高 铁1, 洪 专2, 屈 锋1*
(1. 北京理工大学生命学院,北京 100081;
2. 国家海洋局海洋生物资源综合利用工程技术研究中心,福建 厦门 361000)
摘要:基于亲和毛细管电泳,定性比较了血浆、肠道及细胞线粒体中所选的 9 种重要功能蛋白质与神经毒性生物毒
素———软骨藻酸(domoic acid,DA)的相互作用。以 DA淌度比变化量 ΔM与蛋白质浓度 L 作图,根据斜率值大
小可比较 DA与蛋白质作用的相对强弱。结果如下:可与 DA相互作用的有 6 种蛋白质,作用强弱为:人凝血酶>细
胞色素 C≈胰蛋白酶≈免疫球蛋白 E (Ig E)≈核糖核酸酶 A>λ 核酸外切酶;而铁蛋白、转铁蛋白、凝集素与 DA
未表现出相互作用和亲和力。实验表明,亲和毛细管电泳具有高效、快速、所需样品量低的优点,可用于 DA作用靶
蛋白的筛选,为 DA的毒性机制研究和毒性防护提供基础信息。
关键词:亲和毛细管电泳;软骨藻酸;蛋白质;相互作用
中图分类号:O658 文献标识码:A 文章编号:1000-8713(2015)07-0673-05
Affinity capillary electrophoresis for screening proteins
interacting with domoic acid
WANG Xiaoqian1,GAO Tie1,HONG Zhuan2,QU Feng1*
(1. School of Life Science,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China;2. Engineering Research Center
of Marine Biological Resource Comprehensive Utilization,State Oceanic Administration,Xiamen 361000,China)
Abstract:Domoic acid (DA)is a biological neurotoxin that causes amnesic shellfish poison-
ing. Study of the interactions between DA and important functional proteins contributes to
understand the toxicity mechanism of DA to biological macromolecules. In this paper,the in-
teractions between DA and nine important proteins in plasma,intestine and mitochondria were
qualitatively compared by affinity capillary electrophoresis. Proteins were used as affinity lig-
ands while DA as the affinity receptor. Proteins with the concentrations of 0,0. 2,0. 4,0. 6,
0. 8 μmol / L were added in the electrophoresis buffer and the migration times of 0. 2 mg / mL DA
were detected. Then the linear graphs of the variation of DA mobility ratio (ΔM)with the pro-
tein mass concentration (L)were drawn. According to the slope value,the relative strength of
the interactions between DA and proteins was compared. The results showed that six proteins
can interact with DA and the relative strength order was human thrombin>cytochrome C≈tryp-
sin≈immunoglobulin E (Ig E)≈ribonuclease A>λ exonuclease,while ferritin,transferrin and
lectin had no affinity with DA. With the advantages of high efficiency,fast analysis and less
sample consumption,affinity capillary electrophoresis is a convenient method for screening DA
target proteins,which will provide basic information for the toxic mechanism and defence of
DA.
Key words:affinity capillary electrophoresis;domoic acid;protein;interaction
贝类毒素是有毒有害赤潮生物产生的生物活性
物质的总称。软骨藻酸(domoic acid,DA)是贝类
毒素的一种,它溶于水且具有强烈的神经毒性,是与
红藻酸(2-羧基-3-异丙烯基脯氨酸)相关的非蛋白
色 谱 第 33 卷
氨基酸类活性物质[1]。其分子结构见图 1。
图 1 软骨藻酸的化学结构式
Fig. 1 Chemical structure of domoic acid
水中的贝类和鱼类对 DA 有较强的耐受力,可
以富集藻类产生的 DA,再经食物链进行传递。人
类食用被 DA 污染的海产品后即可引起中毒。因
此,DA的毒理作用及检测对于海洋生物学和海洋
食品安全研究十分必要。目前 DA的研究多见于定
量分析检测,如酶联免疫法[2]、胶体金免疫层析
法[3]、高效液相色谱法[4,5]以及毛细管区带电泳
法[6-9]。DA与谷氨酸受体作用使细胞内 Ca2+蓄积
超载并进入线粒体,抑制氧化磷酸化,造成 ATP 合
成不足,导致细胞损伤和坏死[10,11]。DA 可影响某
些神经损伤与修复相关基因的表达及蛋白质的上调
与下调,如增强 WDR35 蛋白质的表达,也可直接导
致 DNA损伤[12-15]。上述毒理学研究大多采用动物
或细胞实验,检测与 DA 毒性作用相关的蛋白质。
由此可见,研究 DA 与重要功能蛋白质的相互作用
有助于了解 DA对生物大分子的毒性机制分析。建
立可与 DA作用的功能蛋白质的快速筛选方法,有
助于理解 DA的毒性机理,为 DA的解毒作用和 DA
毒性的防护提供基础信息。
目前 DA与其他重要功能蛋白质作用的研究鲜
见报道。本文选择血浆、肠道及细胞线粒体中 9 种
重要的功能蛋白质,基于亲和毛细管电泳,定性比较
了这些蛋白质与 DA的相互作用强弱。目的是将亲
和毛细管电泳用于 DA 作用靶蛋白的快速筛选,拓
展毛细管电泳在 DA 受体蛋白筛选中的应用,也为
其他受体蛋白的筛选提供高效,快速,低成本的方
法。目前关于 DA与上述功能蛋白质作用评价的研
究尚未见报道。
1 实验部分
1. 1 仪器和试剂
Agilent 7100 毛细管电泳仪,配备二极管阵列
(DAD)检测器(美国 Agilent公司)。
软骨藻酸(DA)由国家海洋局海洋生物资源综
合利用工程技术研究中心提供;人凝血酶(H-Thr)
购自 Enzo Life Sciences 公司;细胞色素 C(Cyt
C)、胰蛋白酶(Try)、免疫球蛋白 E (Ig E)、核糖核
酸酶 A(RNase A)、λ 核酸外切酶(λExo)、转铁蛋
白(Trf)、铁蛋白(Fer)、凝集素(Lec)均购自 Sigma
公司;二甲基亚砜(DMSO,纯度>99. 5%)购自北京
拜尔迪公司。
氢氧化钠、硼砂和硼酸(分析纯),购自北京化
工厂;实验室用水为蒸馏水。
熔融石英毛细管购自邯郸市鑫诺光纤色谱有限
公司。
1. 2 溶液的配制
将 50 mmol / L Na2B4O7 溶液和 200 mmol / L
H3BO3 溶液以 6 ∶ 4 的体积比混合,配制 200
mmol / L(pH 8. 7)硼酸盐储备液,并稀释为 50
mmol / L(pH 8. 7)硼酸盐溶液作为电泳缓冲液,经
0. 22 μm滤膜过滤后使用。
精确称量软骨藻酸纯品 0. 001 0 g,加水 1 mL
溶解,摇匀,作为储备液,质量浓度为 1 mg / mL,-20
℃保存。
1. 3 毛细管电泳实验条件
熔融石英毛细管(有效长度 /总长:40 cm / 48. 5
cm,内径 75 μm);进样压力:5 kPa;进样时间:5 s;
分离电压:+20 kV;分离温度:25 ℃;检测波长:214
nm(亲和毛细管电泳),242 nm(毛细管区带电泳)。
新毛细管在使用前分别用 1 mol / L NaOH、0. 1
mol / L NaOH、H2O 各冲洗 30 min。两次实验进样
间用 0. 1 mol / L NaOH、H2O 和缓冲液各冲洗 3
min。毛细管不用时两端水封,于室温下保存。
2 结果与讨论
2. 1 蛋白质的特性及生理功能
本文选用 9 种重要的功能蛋白质作为 DA作用
的靶标,其中人凝血酶、lgE、转铁蛋白、铁蛋白和凝
集素为血浆蛋白;核糖核酸酶 A和 λ 核酸外切酶为
核酸酶;还有位于肠道中的胰蛋白酶及与生物氧化
相关的细胞色素 C。
2. 2 亲和毛细管电泳分析法
亲和毛细管电泳通常可用于亲和配体和受体间
结合常数的计算。将不同浓度的配体加入背景电泳
溶液中,受体因与溶液中的配体发生亲和作用导致
受体的迁移时间随配体浓度的增加而发生改变,即
淌度迁移法。具体公式如下[16]:
ML =
μi
μeof
=
μapp-μeof
μeof
=
teof
ti
-1 (1)
ΔM=ML-M0 (2)
·476·
第 7 期 王晓倩,等:软骨藻酸作用蛋白质的亲和毛细管电泳筛选
1
ΔM
= 1Kb·ΔMmax
· 1L +
1
ΔMmax
(3)
ML:溶液中蛋白质配体浓度为 L时受体与电渗流的
淌度比;μi:受体的有效淌度;μapp:表观淌度;μeof:
电渗流淌度;teof:电渗流迁移时间;ti:受体迁移时
间;M0:溶液无蛋白质配体时的淌度比;ΔM:淌度
比的差值;ΔMmax:形成复合物达到饱和时淌度比的
变化量;Kb:结合常数。以 1 / ΔM与 1 / L作线性图,
Kb 为截距与斜率之比。
图 2 DA与 6 种蛋白质的亲和毛细管电泳图
Fig. 2 Affinity capillary electropherograms of domoic acid (DA)and six proteins
DA:0. 2 mg / mL;dimethyl sulfoxide (DMSO):0. 1% (v / v). H-Thr:H-thrombin;Cyt C:cytochrome C;Try:trypsin;Ig E:immu-
noglobulin E;RNase A:ribonuclease A;λExo:λ exonuclease.
淌度迁移法一般可用于亲和力较强时受体配体
相互作用的结合常数计算。但实验中,当亲和作用
较弱时,结合常数为负值,故不能直接计算结合常
数。因此,亲和作用弱时,可通过淌度比的变化量
ΔM随蛋白质配体浓度 L的变化来定性比较亲和作
用[17]。当配体浓度 L 增加时,ΔM 的增量越大,则
受体与配体的相互作用越强。以 ΔM 与 L 作线性
图,斜率越大,表明相互作用越强。本实验中,以中
性二甲基亚砜(DMSO)为电渗流标记物,将 0、0. 2、
0. 4、0. 6、0. 8 μmol / L的 9 种配体蛋白质(H-Thr、Ig
E、Try、Cyt C、RNase A、λExo、Trf、Fer、Lec)分别
加入电泳缓冲液,检测 0. 2 mg / mL DA 随蛋白质浓
度增加的迁移时间改变。
2. 3 DA与蛋白质作用的比较
2. 3. 1 与 DA作用的蛋白质
图 2 和图 3 为亲和毛细管电泳图。图 2 电泳图
中 DA峰随蛋白质浓度增加,其迁移时间明显延长。
由于蛋白质浓度增大,同时导致溶液黏度增大,通过
电渗流变化进行校正,DA 相对 DMSO 的迁移时间
也增加。且 6 种蛋白质加入溶液时,DA 峰随蛋白
质浓度增加变矮展宽(见图 2),表明 DA 和 6 种蛋
白质之间存在相互作用。其中,以图 2 H-Thr 谱图
中峰迁移最明显,H-Thr 的浓度达 0. 6 μmol / L 时,
30 min 已不能检测到 DA 的峰。相比之下,λExo
的峰迁移最小,相互作用最弱。
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色 谱 第 33 卷
2. 3. 2 不与 DA作用的蛋白质
Trf、Fer 和 Lec 作为配体时,蛋白质浓度增加
并未引起 DA迁移时间的趋势性增加,DA也无明显
的峰展宽(见图 3),说明 Trf、Fer和 Lec与 DA无明
显相互作用。
图 3 DA与 3 种蛋白质的亲和毛细管电泳图
Fig. 3 Affinity capillary electropherograms of domoic acid and three proteins
DA:0. 2 mg / mL;DMSO:0. 1% (v / v). Trf:transferring;Fer:ferritin;Lec:lectin.
2. 3. 3 相互作用的定性比较
进一步比较淌度比变化量 ΔM与 9 种蛋白质浓
度 L的线性图斜率,可知蛋白质与 DA 的相互作用
强弱为:H-Thr >Cyt C≈Try≈ Ig E≈RNase A >
λExo (见图 4a)。而 Fer、Trf、Lec未能表现出一定
的亲和力(见图 4b)。此处,亲和电泳图的直观比较
与淌度比变化量 ΔM-蛋白质浓度 L 线性关系的斜
率值判断结果一致。
根据以上结果初步推断,人体摄入 DA 后,DA
有可能与胰蛋白酶结合,减少 DA 吸收入血。入血
的 DA又可与凝血酶较强结合,从而影响正常的凝
血功能。DA还有可能在一定程度上减轻或抑制由
血清 Ig E含量过高而引起 I型过敏反应。此外,DA
与核酸酶 RNase A,λExo也存在一定的亲和作用,
可能引起 DNA的损伤。细胞色素 C 存在于线粒体
中,DA不易进入线粒体,但 DA 毒性可导致线粒体
功能紊乱,诱发细胞色素 C 释放到细胞质,诱导细
胞凋亡[11]。因此,体内 DA能否与细胞色素 C发生
作用,作用后是否产生生理影响等尚不得而知,需要
进一步探讨。
图 4 淌度比的变化量(ΔM)与蛋白质配体浓度(L)的关系
Fig. 4 Relationships between variation of mobility ratio (ΔM)and protein ligand concentration (L)
a. six proteins interacting with DA;b. three proteins without interacting with DA.
目前尚未见到 DA 的亲和毛细管电泳研究报
道。为了验证所建立的亲和毛细管电泳方法可靠,
在 1. 3 节所述实验条件下,进行了 DA 的毛细管区
带电泳分析,并将此实验结果与李大志等[8]采用
BioFocus 3000 全自动毛细管电泳仪的 DA 检测结
果对比。由表 1 可知,本文的 DA 检测结果与文
献[8]基本吻合,且 DA 峰的迁移时间和峰面积的精
密度和重现性更优。因此,利用亲和毛细管电泳法,
根据 DA迁移时间变化来定性分析 9 种蛋白质与
DA的亲和作用可行。
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第 7 期 王晓倩,等:软骨藻酸作用蛋白质的亲和毛细管电泳筛选
表 1 软骨藻酸的线性范围、回归方程、相关系数、检出限、精密度及重现性
Table 1 Linear ranges,regression equations,correlation coefficients (R2),limits of detection (LODs),
precisions and repeatabilities of domoic acid
Method
Linear range /
(μg / mL)
Regression equation R2
LOD /
(μg / mL)
Precisions (RSDs / %,n=6)
Peak area Migration time
Repeatabilities(RSDs / %,n=6)
Peak area Migration time
This research 0. 2-100. 0 y=2. 8342 x+1. 0845 0. 9996 0. 1 4. 36 0. 70 2. 17 0. 17
Ref. [8] 0. 2-50. 0 y=102414 x+55531 0. 9990 0. 063 - - 1. 90 1. 60
y:peak area;x:mass concentration,μg / mL.
3 结论
基于亲和毛细管电泳法,将蛋白质作为配体加
入电泳缓冲液,通过 DA 在电泳图中的淌度迁移可
直观判断蛋白质与 DA 的相互作用强弱。通过 DA
淌度比与蛋白质浓度线性关系可定性比较相互作用
强弱。由于 DA具有强烈的神经毒性,对于可与 DA
作用的多种蛋白质的筛选,亲和电泳毛细管无疑是
一种高效、快速、所需 DA 样品量极低的筛选方法。
方法具有一定的普适性。
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