Leigh综合征等疾病中易发的PDHE1α突变体结构、功能与稳定性研究

摘要

丙酮酸脱氢酶系(Pyruvate dehydrogenase complex，PDHC)是线粒体基质中的一类多酶复合物。其作用是催化丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶A、CO2、 NADH和H+。乙酰辅酶A进入三羧酸循环产生NADH和FADH2，与氧化磷酸化相偶联，在细胞线粒体能量代谢中起着至关重要的作用。丙酮酸脱氢酶系由丙酮酸脱氢酶(PDHE1)、二氢硫辛酸乙酰转移酶(PDHE2)、二氢硫辛酸脱氢酶(PDHE3)三个酶组成，这三个酶协同完成相应的催化过程。Leigh综合征是婴幼儿期亚急性、进行性、遗传性神经退行性疾病。患者死亡率极高，其发病机制尚不明确，但在患者体内发现有PDHA1基因突变。PDHA1基因突变会造成PDHE1α结构发生改变，导致PDHEα失活从而影响人体正常的物质与能量代谢。研究发现，在阿尔兹海默症、癫痫以及肿瘤中都存在PDHE1α功能缺失，而各种点突变对其结构、功能、稳定性的影响目前还知之甚少。因此，我们构建文献已报道的在各种疾病中发生频率较高的不同PDHE1α突变体，并将这些突变体在HEK293T细胞中过表达，以期通过分析不同的突变对PDHE1α结构、功能与稳定性的影响，深入理解PDHE1α突变引起的疾病发生的作用机理。
　　本研究通过基因克隆、重叠PCR与测序等方法成功构建野生型及11个定点突变(D258A、D315N、F205L、L216F、M282L、R10P、R263G、R288H、R302C、 R378H、Y243N)的哺乳细胞pCMV6-PDHE1α重组表达载体。在此基础上，我们在HEK293T细胞中通过瞬时转染的方法过表达PDHE1α（包括野生型与突变体），检测突变对酶活力和代谢（葡萄糖与乳酸含量）造成的影响，以及缺氧条件对野生型与突变体表达的影响。其次通过免疫共沉淀检测分子伴侣HSP90与PDHE1α的相互作用，并用HSP90抑制剂17-AAG处理过表达野生型与突变体PDHE1α的HEK293T细胞，Wenstern检测HSP90抑制对野生型与突变体PDHE1α蛋白降解的差异，以此分析突变对其稳定性的影响。通过生物信息学同源模型构建，分析突变对PDHE1α结构的影响，并和17-AAG抑制HSP90的结果进行相互验证与比对。结果表明：与野生型PDHE1α相比，各突变体在HEK293T细胞中过表达水平存在明显差异;PDHE1α突变后，其酶活力均降低，细胞中葡萄糖含量降低，乳酸含量部分升高;免疫共沉淀结果显示HSP90与PDHE1α存在相互作用;与野生型PDHE1α相比较，17-AAG抑制HSP90功能后，各种点突变导致PDHE1α构象发生程度不一的变化，且过表达的突变体出现相应的降解，表明突变导致蛋白稳定性下降。这些研究结果表明不同的PDHE1α点突变对其构象与功能的影响存在明显差异，从而提示不同的点突变对相关疾病发生的作用机制可能也不尽相同，靶向HSP90对于这些疾病的治疗可能是一个值得考虑的策略。

目录

声明

论文说明

摘要

缩略语

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 研究进展

1．3 小结

2 实验设计方案

2．1 实验目的与意义

2．2 研究内容

2．3 技术线路图

第二章 哺乳细胞PDHE1α-pCMV6野生型与突变体表达载体的构建

1 实验材料

1．1 材料与试剂

1．2 溶液配制

2 实验方法与结果

2．3 质粒的提取

2．4 目的片段扩增

2．5 重组表达载体PDHE1α-pCMV6(WT)的构建

2．6 PDHE1α突变体的构建

3 分析与讨论

第三章 在HEK293T细胞中过表达PDHE1α野生型与突变体

1 实验材料

1．1 材料与试剂

1．2 溶液配制

2 实验方法与结果

2．1 实验方法

2．2 实验结果

第四章 点突变对PDHE1α功能的影响

1 实验材料

1．1 实验材料与试剂

1．2 主要溶液配制

2．1 酶活力测定

2．2 葡萄糖含量测定

2．3 乳酸含量测定

2．4 缺氧对PDHE1α的影响

3 分析与讨论

第五章 PDHE1α突变体的模拟结构分析

1 实验材料

2 实验方法与结果

3 分析与讨论

第六章 PDHE1α突变体稳定性分析

1 实验材料

2 实验方法与结果

2．1 免疫共沉淀(Co-IP)

2．2 药物处理

3 分析与讨论

第七章 结论

参考文献

硕士期间发表论文

致谢