Nghiên cứu biểu hiện insulin người ở E. coli

Insulin là một hormone quan trọng có vai trò điều hòa đường huyết do các tế bào beta trong đảo Langerhans của tuyến tụy sản xuất [9]. Hàm lượng đường (glucose) trong máu là nguồn năng lượng thiết yếu cho cơ thể, nếu không duy trì ở mức bình thường có thể gây ra những căn bệnh nguy hiểm.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu biểu hiện insulin người ở E. coliTẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆTập 48, số 1, 2010Tr. 55-62NGHIÊN CỨU BIỂU HIỆN INSULIN NGƯỜI Ở E. coliBÙI THỊ HUYỀN, LÊ VĂN PHỦNG, PHAN VĂN CHI1. ĐẶT VẤN ĐỀInsulin là một hormone quan trọng có vai trò điều hòa đường huyết do các tế bào beta trongđảo Langerhans của tuyến tụy sản xuất [9]. Hàm lượng đường (glucose) trong máu là nguồnnăng lượng thiết yếu cho cơ thể, nếu không duy trì ở mức bình thường có thể gây ra những cănbệnh nguy hiểm [3]. Khi đường huyết tăng có thể gây ra sự bài tiết đường qua nước tiểu, dẫn đếnmất/thiếu hụt glucose, hiện tượng này còn gọi là bệnh đái tháo đường [7, 5]. Nguyên nhân là dosự thiếu hụt insulin hoặc vì một lí do nào đó cơ thể không thể sử dụng được insulin dẫn đếnđường huyết tăng cao và gây đái tháo đường [8]. Bệnh đái tháo đường được chia làm hai loại làtype I và type II [10]. Đái tháo đường type I là loại bệnh phụ thuộc insulin, thường gặp ở ngườitrẻ tuổi (< 35 tuổi), lứa tuổi hay gặp nhất là 10 - 16 tuổi. Đây là một dạng bệnh nặng trong đócác tế bào của tuyến tụy có nhiệm vụ tiết insulin bị khiếm khuyết nên cơ thể không có insulin đểsử dụng. Nếu không điều trị bằng cách tiêm insulin, bệnh nhân sẽ hôn mê và tử vong [8]. Đáitháo đường type II là loại đái tháo đường không phụ thuộc insulin, bệnh thường gặp ở người> 40 tuổi, người béo phì, trong đó cơ thể vẫn sản xuất insulin nhưng vì một lí do nào đó khôngthể sử dụng được nó [4].Về cấu trúc, ở người phân tử insulin bao gồm hai chuỗi polypeptide: chuỗi A gồm 21 axitamin và chuỗi B gồm 30 axit amin [1, 2]. Hai cầu nối disulfide (vị trí A7 - B7, và A20 - B19)đồng hóa trị như hai sợi dây buộc chặt hai chuỗi với nhau, trong chuỗi A còn có một cầu nốidisulfide giữa gốc A6 và A11 đảm bảo phân tử khá ổn định trong không gian. Đặc biệt là cả 3cầu nối này đều bất biến ở tất cả các dạng insulin của động vật.Hiện nay, tình hình phát triển bệnh đái tháo đường ở Việt Nam cũng như trên thế giới đangcó xu hướng tăng nhanh. Insulin là hormon đầu tiên được tổng hợp nhân tạo, được sản xuất bằngcông nghệ DNA tái tổ hợp phục vụ điều trị bệnh này [14]. Năm 2005, nhu cầu insulin dùngtrong trị bệnh đái tháo đường ước tính khoảng 4 đến 5 tấn và dự kiến năm 2010 là 16 tấn [12].Nhu cầu về insulin của thế giới vượt qua con số vài tấn/năm và vì thế nguồn cung cấp insulincho trị bệnh tiểu đường đang ngày càng thiếu hụt [13]. Trong bài báo này, chúng tôi trình bàymột số kết quả nghiên cứu biểu hiện và xác định insulin người từ vector pET 32c (+).2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP2.1. Vật liệuNguồn gen mã hóa cho insulin chuỗi A và B đã được dòng hóa trong vector pET14bInsA/Bdo nhóm của PGS.TS Lê Văn Phủng (Đại học Y Hà Nội) cung cấp.Các hóa chất sử dụng cho điện di SDS-PAGE từ BioRad; Acetonitrile (ACN) từ J.T Barker(Mỹ); acid formic (FA), trifluroacetate (TFA) mua từ Fluka (Thụy Sĩ); dithiothreitol (DTT),55iodoacetamide (IAA), ammonium bicarbonate (NH4HCO3), trypsin từ Sigma-Aldrich (Mỹ) vàmột số hóa chất thông dụng dùng trong sinh học phân tử.2.2. Phương pháp nghiên cứu2.2.1. Thiết kế vector biểu hiện cho hai chuỗi A và B insulinGen mã hóa cho chuỗi A của insulin gồm 63 cặp nucleotide (tương ứng với 21 amino acid)đã được dòng hóa vào vector pET-14b có chứa điểm cắt của hai enzyme giới hạn NdeI vàBamHI ở hai đầu gen và đoạn His-Tag (6xHis) ở đầu N của chuỗi A. Gen mã hóa cho chuỗi Bgồm 90 cặp nucleotide (tương ứng với 30 amino acid) cũng được thiết kế tương tự. Do kíchthước mỗi gen rất nhỏ (60 và 90 bp) nên protein dạng dung hợp His-Tag chain A và B biểu hiệnrất khó khăn và hầu hết tồn tại ở trạng thái không tan. Để khắc phục nhược điểm này, các đoạngen lần lượt được chuyển vào vector pET-32c(+) bằng hai enzyme giới hạn NcoI và BamHI tạora protein dạng dung hợp mới Trx.Tag-His.Tag-Thrombin- S.Tag-Eterokinase-Chain A/BHis.Tag. Theo tính toán lí thuyết dung hợp protein mới có kích thước 22 và 23 kDa. Cấu trúcnày làm tăng khả năng hòa tan nhờ nối ghép với Thioredoxin (Trx) và tăng kích thước phân tử,tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình tinh chế tiếp theo (hình 1).Hình 1. Mô hình quy trình thiết kế, biểu hiện và xác định insulinQuy trình thí nghiệm được mô tả tóm tắt như sau:Plasmid tái tổ hợp pET14bInsA/B có chứa gen mã hóa cho chuỗi A/B của insulin và vectorbiểu hiện pET 32c(+) được xử lí lần lượt bằng hai enzim giới hạn NcoI và BamHI. Phản ứngđược thực hiện ở 37oC trong 3 giờ. Điện di sản phẩm thu được trên gel agarose 1,5% sử dụng kítthôi gel QIAGEN để thu lại băng DNA mã hóa cho chuỗi A, B. Sau đó đoạn gen mã này nốighép với vector pET 32c(+) đã mở vòng với sự có mặt của enzim nối T4 ligase, phản ứng đượcthực hiện ở 22oC trong khoảng thời gian 16 giờ. Sản phẩm phản ứng được biến nạp vào tế bàokhả biến DH5α, được nuôi cấy, tách chiết plasmid. Kết quả của quá trình biến nạp được kiểm tralại bằng phản ứng cắt bởi enzim giới hạn NdeI, khẳng định đoạn gen mong muốn đã được đưavào vectơ.562.2.2. Đọc tr ...