开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
一、研究背景
遗传密码扩充技术,是将非天然氨基酸通过特殊密码子(例如 UAG)添加到蛋白质链中的技术。在蛋白质表达过程中,氨酰tRNA合成酶使对应的tRNA氨酰化(携带上其对应的氨基酸)。氨酰化的tRNA对应于mRNA上特定密码子,把氨基酸送入核糖体内以添加到正在增长的肽链中。遗传密码扩充技术就是模拟上述过程,通过在生命活体内引入与非天然氨基酸对应的tRNA及tRNA合成酶,并使它们与特殊的密码子对应,从而将非天然氨基酸通过基因表达结合到蛋白质中。对于大肠杆菌的3个终止密码子,UAG(琥珀密码子)的使用最少,且在大肠杆菌中已发现能够抑制UAG的天然tRNA,而选用终止密码子UAG也不会对宿主造成明显的干扰。因此,通过将生物体中mRNA上任意一个遗传密码取代为UAG,就可以在蛋白质中相应位置插入非天然氨基酸。遗传密码扩充技术打破了生命体基因只编码天然氨基酸的限制,改变了蛋白质合成的传统思路,对基因进化及变异、新型蛋白质的合成与研究具有重要意义。
大肠杆菌等原核生物有RF1和RF2两种内源性释放因子,RF1识别终止密码子UAA和UAG,RF2识别终止密码子UAA和UGA。一般情况下,RF1与抑制性tRNA竞争结合UAG密码子,引起肽链和核糖体从mRNA上释放,使翻译终止。因此,这项技术的关键在于获得一对正交的氨酰tRNA合成酶/tRNA分子对,特异性识别UAG,利用其高特异性反应将非天然氨基酸定点引入蛋白质分子中。已有文献报道:原始细菌Methanococcusjannaschii(Mj)与酪氨酸对应的tRNA合成酶/tRNA分子对是较好的选择。然而,由于释放因子RF1的竞争作用,导致翻译提前终止,产生截短型蛋白,使其表达的效率大大降低。为了提高UAG处非天然氨基酸的表达效率,之前所做的研究大约有以下四个方向:
1.增加抑制性tRNA拷贝;
2.优化抑制性tRNA来增强Uaa-tRNA对EF-Tu的结合力;
3.强化的共表达质粒来提高aaRS表达量;
4.降低RF1与抑制性tRNA的竞争作用。
以上这些改进虽然有所成效,却不能同时表达含有三个以上框内琥珀密码子的目的蛋白。而为了消除RF1的竞争作用,最有效的方法是从大肠杆菌中彻底敲除RF1的编码基因prfA。但是有报道表明,对于大肠杆菌来说,RF1是生存所必需的,RF1缺失对菌株生长有致命性伤害。因此,在敲除基因prfA的同时,需要对另一个释放因子RF2的编码基因prfB进行改造,弥补RF1缺失造成的影响,提高非天然氨基酸的引入效率。
二、研究目的及意义
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