一種來源于籃子魚的δ4脂肪酸去飽和酶及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種來源于籃子魚的Δ4脂肪酸去飽和酶及其應用。本發明公開的一種蛋白，為如下（1）或（2）所示：（1）SEQ?ID?No.2所示的蛋白；（2）將SEQ?ID?No.2所示的氨基酸序列經過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且功能相同的蛋白質。本發明公開的一種Δ4脂肪酸去飽和酶可以促進哺乳動物中生產高水平的DHA等重要的長鏈多不飽和脂肪酸，同時也能將哺乳動物細胞或動物中利用各種方法產生的DPA轉化為DHA。
【專利說明】一種來源于籃子魚的Δ4脂肪酸去飽和酶及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種來源于籃子魚的λ 4脂肪酸去飽和酶及其應用。
【背景技術】
[0002]脂肪酸分為飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸(PUFAs)。其中，PUFAs對人體具有更為獨特的作用和意義，是一類被廣泛研究和備受關注的脂肪酸。PUFAs包括ω-3和ω-ePUFAs兩種類型，每一種類型又包括多個碳鏈長度不同、不飽和鍵數量不等的成員。碳鏈長度≥20的PUFAs被稱為長鏈多不飽和脂肪酸(LCPUFAs)，最重要的LCPUFAs包括DHA (22:6n-3)、EPA (20:5n_3)和ARA (20:4n_6，即花生四烯酸)，它們是生物體內生物活性最強的三種不飽和脂肪酸，已經被證實在促進大腦發育和功能維持以及在預防和治療心血管疾病、炎癥、癌癥等多種疾病方面有著重要作用。相對于其他一些生物，人類及其他哺乳動物自身合成PUFAs的能力很低，原因如下:首先，哺乳動物不能從乙酰輔酶A開始合成PUFAs，僅能夠以來源于食物的LA (18:2n-6，即亞油酸)和ALA (18:3n-3,即α-亞麻酸)為底物，利用自身的脂肪酸去飽和酶及延長酶活性合成相應的PUFAs ;其次，哺乳動物中這些脂肪酸去飽和酶及延長酶活性是很有限的，故只能最終合成有限的一小部分PUFAs ；再次，哺乳動物中還缺失一些其他生物擁有的脂肪酸去飽和酶及延長酶活性而使得一些重要的長鏈多不飽和脂肪酸尤其是DHA的合成極為困難。因此，人體對更多的PUFAs需求主要依靠從食物來源獲取。但是自然界中o-6PUFAs豐富而o-3PUFAs稀缺,從而致使人體中攝入和積累的o-6PUFAs過多而co-3PUFAs過少。而哺乳動物中不存在使co-6PUFAs轉變為o-3PUFAs的酶活性，故人體中co-6PUFAs和ω-3PUFAs的比例嚴重失衡。co-6PUFAs雖然對人體也不可或缺，但其過量的攝入反而危害人體健康。
[0003]現代人的生活和飲食模式導致了脂肪酸的攝取嚴重不平衡。這種不平衡體現在以下幾個層次。第一個層次是飽和脂肪酸與不飽和脂肪酸之間的不平衡，即大多數情況下人體攝入了過多的飽和脂肪酸(主要來自動物油脂)，而不飽和脂肪酸不足；第二個層次是攝入的不飽和脂肪酸中ω-6系不飽和脂肪酸與ω-3系不飽和脂肪酸之間的不平衡，即ω-6系不飽和脂肪酸過多而ω-3系不飽和脂肪酸過少；第三個層次是攝入的不飽和脂肪酸中，短鏈不飽和脂肪酸(18C)與長鏈不飽和脂肪酸(20C~22C)的不平衡，即短鏈不飽和脂肪酸多，長鏈不飽和脂肪酸少。大多數常用植物油如大豆油、花生油、葵花籽油等都含有很高水平的短鏈的ω-6不飽和脂肪酸即LA (18:2n-6，即亞油酸)，亞麻籽油、紫蘇籽油等，雖然含有高水平的短鏈的ω-3不飽和脂肪酸即ALA (18:3n-3，即α -亞麻酸)，但它們并非日常生活中常用油。深海魚油是長鏈多不飽和脂肪酸EPA和DHA的主要提供者，但價格昂貴，資源稀少，食用人群有限，所以它并沒有在大范圍內改變人類脂肪酸攝入不平衡的狀態。由此可見，脂肪酸的不平衡正好體現在DHA (22:6n-3)、ΕΡΑ (20:5n_3)和ARA (20:4n_6)這三種最具生物活性的長鏈多不飽和脂肪酸的缺乏。也就是說，如果能夠獲得豐富的DHA (22:6n-3)、ΕΡΑ (20:5n_3)和ARA (20:4n_6)資源供人類攝取就能夠改變目前人類脂肪酸攝取不平衡的現狀。[0004]如何獲取豐富的DHA (22:6n_3)、EPA (20:5n_3)和 ARA (20:4n_6)資源是當今世界范圍內人們所關心的一個問題。在深海魚油面臨資源枯竭以及污染日益嚴重的現狀下，利用一些海洋藻類和真菌類等EPA (20:5n-3)、DHA (22:6n_3)的初始生產者獲取這些長鏈多不飽和脂肪酸成為很好的選擇，目前開發也獲得很大的成功。然而，這些產品通常作為食品添加劑使用有一定的局限性，其保存需要嚴格的措施、其口味不佳難以長期使用?？梢栽O想，如果陸地動物如豬牛羊等家畜能夠像深海魚一樣可以提供DHA (22:6n-3)、EPA(20:5n-3)和AM (20:4n_6)等不飽和脂肪酸的話，那么其資源的豐富性將產生革命性的變化，而且在不影響和改變人們生活習慣的情況下就能獲取這些重要的脂肪酸，這對人類健康的將產生深遠的影響。但是，正如前面所提及的，哺乳動物合成DHA (22:6n-3)、EPA(20:5n-3)和ARA (20:4n_6)是極為有限的，要提高其含量，就必須從相應的多不飽和脂肪酸合成酶著手。相關的研究基礎已經顯示，通過轉基因動物技術在哺乳動物中來生產這些長鏈多不飽和脂肪酸是有可能的。1997年，James P等從線蟲C.elegans中篩選克隆了第一個動物Λ 15去飽和酶基因，命名為fat-Ι，在后續的研究發現fat-Ι基因可以將16~20碳co-6PUFAs去飽和變成co-3PUFAs。Zhao B.Kang等將fat_l基因轉入哺乳動物細胞，co-6/co-3PUFAs比從15:1下降到1:1，使哺乳動物吸的ω-3PUFAs含量顯著地提高。之后又于2004年將fat-Ι基因轉入小鼠，使得ALA、EPA、DPA等co-3PUFAs均顯著提高。2006年，Lai等制備的fat-Ι的轉基因豬，也表現出了與轉基因小鼠類似的情況。然而，這些轉基因動物體內所合成的o-3PUFAs中以18C、20C的co-3PUFAs為主，而更為重要的22C的DHA (22:6n-3)總量仍然很少。事實上，后續的一些研究表明fat_l的Λ 15去飽和酶活性并不能增加這些動物體內的DHA (22:6η-3)含量。因此，fat_l基因用于提高哺乳動物長鏈多不飽和脂肪酸含量的實踐中，關鍵性的缺憾就是不能增加DHA (22:6n-3)的含量。
[0005]事實上，DHA (22:6n-3)在哺乳動物中的合成很復雜，相應經過一個所謂的“ Sprecher通路”，EPA (20: 5n_3 )延長生成一個中間產物DPA (22: 5n_3 )后，再進一步延伸為24:5n-3，然后迅速被Λ 6去飽和酶作用生成24:6η_3，之后進一步經β-氧化作用產生DHA (22:6η-3)，這種復雜的機制可能是哺乳動物難以合成高水平DHA (22:6η_3)的原因。有關多不飽和脂肪酸生物合成途徑如圖1所示。`
【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種來源于籃子魚的Λ 4脂肪酸去飽和酶及其應用。
[0007]本發明提供的一種蛋白，為如下(I)或(2)所示:
[0008](I) SEQ ID N0.2 所示的蛋白；
[0009](2)將SEQ ID N0.2所示的氨基酸序列經過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且功能相同的蛋白質。
[0010]上述蛋白的編碼基因也屬于本發明的保護范圍。
[0011]上述編碼基因中，所述編碼基因為如下中至少一種:
[0012]I) SEQ ID N0.1中自5’末端起第10位至第1347位核苷酸所示的DNA分子；
[0013]2)在嚴格條件下與I)限定的DNA分子雜交且編碼所述蛋白質的DNA分子；
[0014]3)與I)或2)限定的DNA分子具有90%以上的同一性且編碼所述蛋白質的DNA分子。[0015]含有上述任一所述編碼基因的重組載體、表達盒、轉基因細胞系或重組菌也屬于本發明的保護范圍。
[0016]一種蛋白組合物也屬于本發明的保護范圍，由SEQ ID N0.2所示的蛋白和SEQ IDN0.4所示的蛋白組成。
[0017]一種蛋白組合物也屬于本發明的保護范圍，由SEQ ID N0.2所示的蛋白、SEQ IDN0.6所示的蛋白和SEQ ID N0.8所示的蛋白組成。
[0018]一種提高哺乳動物細胞中DHA (22:6n-3)合成能力的方法也屬于本發明的保護范圍，包括如下步驟:將所述蛋白的編碼基因導入到出發細胞中，得到轉基因細胞；與出發細胞相比，轉基因細胞的DHA (22:6n-3)合成能力提高。
[0019]上述方法中，所述編碼基因是通過重組表達載體導入的，所述重組表達載體是將所述編碼基因插入出發載體PCDNA3.1(_)的多克隆位點得到的。
[0020]上述蛋白在制備促進DHA (22: 6n_3 )合成的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍；
[0021]或，
[0022]上述任一所述的蛋白組合物在制備促進DHA (22:6n_3)合成的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍。
[0023]上述蛋白在制備促進0?么(22:511-3)轉化成0撤(22:611-3)的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍；
[0024]或，
[0025]上述任一所述的蛋白組合物在制備促進DPA (22:5n-3)轉化成DHA (22: 6n_3)的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍；
[0026]或，
[0027]上述蛋白在制備促進Λ 15脂肪酸去飽和酶將DPA(22:5n-3)轉化成DHA(22:6n_3)的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍；
[0028]或，
[0029]上述蛋白在制備促進Λ 15脂肪酸去飽和酶將LA(18:2n-6)和/或ARA (20: 4n_6)轉化成DHA(22:6n-3)的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍；
[0030]由SEQ ID N0.2所示的蛋白和SEQ ID N0.4所示的蛋白組成的蛋白組合物在制備將LA(18:2n-6)和/或ARA(20:4n_6)轉化成DHA(22:6n_3)的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍；
[0031]所述Λ 15脂肪酸去飽和酶的氨基酸序列如SEQ ID N0.4所示；
[0032]或，
[0033]上述蛋白在制備促進Λ6-脂肪酸去飽和酶和Λ5-脂肪酸去飽和酶將DPA(22:5n-3)轉化成DHA(22:6n_3)的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍；
[0034]上述蛋白在制備促進Λ6-脂肪酸去飽和酶和Λ5-脂肪酸去飽和酶將LA(18:2n-6)和/或ALA(18:3n_3)轉化成DHA(22:6n_3)的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍；
[0035]由SEQ ID N0.2所示的蛋白、SEQ ID N0.6所示的蛋白和SEQ ID N0.8所示的蛋白組成的蛋白組合物在 制備將LA(18:2n-6)和/或ALA(18:3n_3)轉化成DHA(22:6n_3)的產品中的應用也屬于本發明的保護范圍；
[0036]所述Λ 6-脂肪酸去飽和酶的氨基酸序列如SEQ ID N0.6所示；
[0037]所述Λ 5-脂肪酸去飽和酶的氨基酸序列如SEQ ID N0.8所示。
[0038]本發明提供的一種Λ4脂肪酸去飽和酶，通過配合或協同其他脂肪酸去飽和酶(Λ 15或Λ6/Λ5)的作用，可以促進基因轉染的哺乳動物細胞以及轉基因動物將添加的初始脂肪酸底物如LA(18:2n-6)或ALA(18:3n_3)轉化成為高水平的DHA (22:6n_3)等重要的長鏈多不飽和脂肪酸，同時也能將哺乳動物細胞或動物中利用各種方法產生的DPA轉化為 DHA。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1為多不飽和脂肪酸生物合成途徑。
[0040]圖2 為 pcDNA3.1_sScD4 載體示意圖。
[0041]圖3為轉sScD4基因細胞中目的基因的表達鑒定。
[0042]圖4為GC-MS檢測結果。
[0043]圖5為實施例2中轉基因細胞的鑒定。
[0044]圖6為Λ 4脂肪酸去飽和酶與Λ 15脂肪酸去飽和酶的協同作用分析。
[0045]圖7為實施例3中轉基因細胞的鑒定。
[0046]圖8為Λ 4脂肪酸去飽和酶與Λ 6/ Λ 5脂肪酸去飽和酶的協同作用分析。
【具體實施方式】
[0047]下述實施例中所使用的實驗方法如無特殊說明，均為常規方法。
[0048]下述實施例中所用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業途徑得到。
[0049]中國倉鼠卵巢(CHO)細胞購自中國醫學科學院基礎醫學研究所基礎醫學細胞中心。
[0050]pEGFP-Nl 購自 Clontech 公司。
[0051]pcDNA3.1(-)購自 Invitrogen 公司。
[0052]pcDNA3.1-EGFP的構建方法如下:
[0053]一、以 pEGFP-Nl 為模板，用引物 fG-s:5' -TCTAGATCGCCACCATGGTGAGCAAGG-3'和fG-a:5' -CTCGAGCTTGTACAGCTCGTCCATGCCGAG-3'進行 PCR 擴增，得到 PCR 擴增產物，此產物為EGFP基因編碼區(725bp)；
[0054]二、Xba I和Xho I雙酶切步驟一得到的PCR擴增產物，得到基因片段；Xba I和Xho I雙酶切pcDNA3.1 (_)，得到載體大片段；將基因片段與載體大片段連接，得到重組質粒，將其命名為pcDNA3.1-EGFP。
[0055]pcDNA3.1-F2F1的構建方法在文獻“汪坤福，朱貴明，張莉等。脂肪酸合成酶系多基因表達載體的構建。中國老年學雜志，2013，33 (17)，4178-4180”中公開過，公眾可從佳木斯大學獲得。
[0056]實施例1、Δ4脂肪 酸去飽和酶基因(sScD4基因)的合成及其功能驗證
[0057]一、八4脂肪酸去飽和酶基因($(^4基因)的合成
[0058]對GenBank中提交的藍子魚(Siganus canaliculatus)的Δ4脂肪酸去飽和酶基因(GenBank號:⑶594278)的cDNA序列(編碼框全長為1338bp)進行密碼子優化，使之符合哺乳動物基因密碼子使用偏好。優化后使用軟件預測其mRNA的二級結構，驗證密碼子優化是否合理。
[0059]優化后的Λ 4脂肪酸去飽和酶基因(sScD4基因)的核苷酸序列如SEQ ID N0.1中自5’末端起第10位至第1347位核苷酸所示，其編碼的氨基酸序列如SEQ ID N0.2所示。
[0060]將優化后的序列在兩端加上EcoRI和HindIII酶切位點，然后進行全長基因的人工合成，全長序列如SEQ ID N0.1所示。
[0061]二、EcoRI和HindIII雙酶切SEQ ID N0.1所示的DNA分子，得到基因片段；EcoRI和HindIII雙酶切真核表達載體pcDNA3.1 (_)，得到載體大片段；將基因片段與載體大片段連接，得到重組表達質粒，將其命名為pcDNA3.1-sScD4。將pcDNA3.1_sScD4送測序，結果正確。pcDNA3.1_sScD4載體的示意圖如圖2所示。
[0062]三、Λ4脂肪酸去飽和酶基因(sScD4基因)的功能驗證
[0063](一)CHO細胞的培養
[0064]培養基組成:DMEM高糖培養基，10 %胎牛血清，I %青鏈霉素(100 X )，I %非必需氨基酸，lg/1OOml丙酮酸鈉，0.22 μ M濾膜過濾除菌，%均代表體積百分含量。
[0065]中國倉鼠卵巢(CHO)細胞以5X105/ml接種于培養瓶中，于37°C、5%C02及飽和濕度的培養箱中培養。
[0066](二)脂質體法瞬時轉染CHO細胞
[0067]1、轉染前的準備:`待轉染的質粒為pcDNA3.1_sScD4 (實驗組)，以含增強型綠色熒光蛋白的重組質粒pcDNA3.1-EGFP為對照進行轉染(對照組)，監測轉染效率。轉染前一天將培養的CHO細胞傳代至60mm培養皿，添加10 μ mo I/L的脂肪酸底物DPA(22:5n_3)，當細胞長至90%-95%進行轉染。
[0068]2、轉染:向1.5ml EP管中加500 μ I DMEM基礎培養基，再加入8 μ gpcDNA3.1-sScD4 或 pcDNA3.1-EGFP 后輕輕混勻，標為 A 液；向另一 1.5ml EP 管中加 500 μ IDMEM基礎培養基，再加入20 μ I轉染試劑Lipofectamine?2000后混合均勻，標為B液，室溫孵育5min。將A和B加到一個管中混勻，室溫靜置20min。然后將此混合液加到步驟I的CHO細胞的60_培養皿輕輕混勻，37°C，5%C02培養4_6h后，吸棄孔中的液體，換新鮮培養基(同樣含10 μ mol/L的DPA)培養。轉染后次日開始可用突光顯微鏡觀察轉染情況,48h后收集得到的實驗組和對照組的細胞用于后續檢測和實驗。
[0069](三)RT-PCR進行轉基因細胞的鑒定
[0070]1、總RNA的提取:取轉染48h后的實驗組和對照組的細胞用TRizol試劑提取總RNA,并測定RNA濃度，最后將提取的RNA置于_80°C超低溫冰箱保存備用。
[0071]2、mRNA的反轉錄:將實驗組和對照組的mRNA反轉錄為cDNA，反轉錄反應條件為420C 30min ；95°C 5min ；5°C 5min ;4°C保存。反轉錄結束后，將cDNA置于_20°C保存備用。
[0072]3、PCR檢測目的基因sScD4的表達，并以β-actin為內參基因
[0073]①sScD4基因的檢測引物:
[0074]D4-s: 5 ’ -TCGGGCATCTGAGCGTGTTC-3， Tm:64.TC
[0075]D4-a:5’-ATACTCCACGGGCTGGGTCTCC-3’ Tm:66.2°C
[0076]目的產物長度為203bp。[0077]②β -actin內參基因檢測引物:
[0078]Bact-s:5，-CTGAGAGGGAAATCGTGCGTGAC-3， Tm:65.7°C
[0079]Bact-a:5，-TGCCACAGGATTCCATACCCAAG-3’ Tm:65.7°C
[0080]目的產物長度為2IObp。
[0081]以步驟2制備的實驗組的cDNA為模板，以D4_s和D4_a為引物進行PCR擴增，得到PCR擴增產物I。
[0082]以步驟2制備的對照組的cDNA為模板，以Bact-s和Bact_a為引物進行PCR擴增，得到PCR擴增產物2。
[0083]取PCR擴增產物I和2進行1%瓊脂糖凝膠電泳，結果如圖3所示。
[0084]圖3中，I為PCR擴增產物2 ;2為PCR擴增產物I。
[0085]圖3表明，pcDNA3.1_sScD4轉染的CHO細胞中檢測到目的基因sScD4的轉錄，而轉染含增強型綠色熒光蛋白的重組質粒pcDNA3.1-EGFP的CHO細胞中無法檢測到目的基因sScD4的轉錄，證明實驗組轉sScD4基因細胞構建成功。
[0086](四)氣相色譜-質譜聯用分析技術(GC-MS)檢測脂肪酸的組成變化
[0087]1、總脂肪酸的提取:將轉染48h后的實驗組和對照組的培養皿中的細胞分別用
0.4ml胰蛋白酶37°C消化3min，用Iml含血清培養基終止胰蛋白的作用，用去離子水漂洗一次，lOOOrpm，離心5min，加入Iml體積百分含量為2.5`%H2S04的甲醇溶液，輕輕混勻，80°C水浴90min，待冷卻至室溫，加入1.5ml0.9g/100ml的NaCl溶液和Iml正己烷，震蕩，2000rpm，離心5min，將脂肪酸萃取到有機相(即正己烷)中，吸取實驗組或對照組的有機相萃取物經氮氣吹干濃縮后用于GC-MS檢測分析，或于_80°C保存備用。
[0088]2、GC-MS檢測:檢測時使用儀器為ΗΡ_5890/ΗΡ_5971氣質聯用分析儀，實驗條件按照常規不飽和脂肪酸的檢測分析要求進行，具體參考文獻“Kang ZB, Ge Y, Chen Z, etal.Adenoviral gene transfer of Caenorhabditis elegans n-3fatty acid desaturaseoptimizes fatty acid composition in mammalian cells.Proc Natl Acad SciUSA, 2002，98 (7): 4050 - 4054”。
[0089]結果如圖4所示，圖4中，A為對照組GC-MS檢測結果；B為實驗組GC-MS檢測結
果O
[0090]圖4表明，添加DPA (22: 5n_3)底物后，實驗組較對照組DHA (22: 6n_3)的合成量顯著增加、差異極顯著，說明sScD4基因表達厶4脂肪酸去飽和酶在合成0撤(22:611-3)的過程中發揮了作用，將DPA (22: 5n-3)直接轉化成為DHA (22: 6n_3)。
[0091]實施例2、在哺乳動物細胞中sScD4基因編碼的Λ 4脂肪酸去飽和酶與Λ 15脂肪酸去飽和酶的協同作用
[0092]一、根據研究報道，來源于線蟲C.elegans的fat-Ι基因(GenBank號:NM_001028389)的表達產物具有Λ 15脂肪酸去飽和酶活性，將fat_l基因進行密碼子優化設計、人工合成的序列如SEQ ID N0.3所示。
[0093]該Λ 15脂肪酸去飽和酶的編碼基因序列如SEQ ID N0.3中自5’末端起第13位至第1221位核苷酸所示，Δ 15脂肪酸去飽和酶的氨基酸序列如SEQ ID N0.4所示。
[0094]按照實施例1步驟二的方法得到重組表達質粒pcDNA3.l_sD15。
[0095]二、按照實例I中步驟三的細胞轉染方法，分別將表達質粒pcDNA3.1-EGFP,pcDNA3.l-sD15、pcDNA3.l-sD15+pcDNA3.1_sScD4 轉染鋪板于 60mm 平皿的 CHO 細胞，每個轉染組所用質粒均為8 μ g (pcDNA3.l_sD15+pcDNA3.1_sScD4中兩種質粒各4 μ g),并與細胞培養基中添加lOymol/L的底物亞油酸LA(18:2n_6)及10 μ mol/L花生四烯酸ARA(20:4n-6)培養48h后，收集細胞，一部分用于提取總RNA，進行RT-PCR鑒定和檢測基因表達的轉錄水平，方法同實施例1中步驟三的(三)，結果如圖5所示；另一部分用于提取細胞中脂肪酸，進行GC-MS分析脂肪酸組成，方法同實施例1中步驟三的(四)，結果如圖6所
/Jn ο
[0096]圖5中，I代表pcDNA3.1-EGFP轉染組(對照組)；2代表pcDNA3.l_sD15轉染組；3代表 pcDNA3.l-sD15+pcDNA3.1_sScD4 轉染組。
[0097]圖5表明，目的基因sD15、sD15和sScD4按照預期在相應的細胞中實現了表達，不含目的基因表達質粒的pcDNA3.1-EGFP轉染組(對照組)則檢測不到目的基因的轉錄產物。
[0098]圖6 中，EGFP 代表 pcDNA3.1-EGFP 轉染組(對照組)；sD15 代表 pcDNA3.l_sD15 轉染組；sD15+sScD4 代表 pcDNA3.l_sD15+pcDNA3.1_sScD4 轉染組。
[0099]Δ 15脂肪酸去飽和酶將添加的一部分LA(18:2n-6)轉化為ALA(18:3n_3)(這部分ALA(18: 3n-3)按ω -3途徑經兩步代謝后成為EPA(20: 5η_3))，另一部分LA(18: 2η_6)被細胞內本身所擁有的去飽和酶和延長酶活性通過兩步轉化而成為ARA(20:4n-6)。這部分ARA(20:4n-6)同添加的ARA(20:4n_6) —起被Λ 15脂肪酸去飽和酶部分轉化為ΕΡΑ(20:5η-3)。仍然有一部分ARA(20:4η_6)未被轉化成為EPA(20:5η_3)則被細胞內本身所擁有的延長酶活性轉化為ADA(22:4n-6)。Λ 15脂肪酸去飽和酶此時可將ADA (22: 4η_6)轉化為DPA(22:5n-3)，還有一部分DPA (22: 5n_3)由EPA (20: 5n_3)經過細胞內延長酶作用而產生。經過Sprecher通路將DPA(22:5n-3)轉化成為DHA(22:6n_3)的量并不顯著，但在sD15+sScD4轉染組中由厶4脂`肪酸去飽和酶則可以進一步將積累的0?么(22:511-3)直接轉化為DHA(22:6n-3)，其數量的增加是非常顯著的。上述多不飽和脂肪酸的代謝轉化過程可參見圖1。
[0100]圖6表明，與對照組相比，sD15、sD15+sScD4兩組轉染組中ω -6系PUFAs如 LA(18:2n-6), ARA(20:4η-6)及 ADA(22:4η-6)均顯著降低，而 ω-3 系 PUFAs 中ALA(18:3n-3)及 EPA(20: 5n_3)均顯著增加。但是，DPA(22:5n_3)和 DHA(22:6n_3)情況完全不同:與對照組相比，sD15轉染組中DPA(22:5n-3)顯著增加，而sD15+sScD4轉染組中DPA(22:5n-3)含量基本與對照組持平；sD15轉染組中DHA(22:6n_3)含量基本與對照組持平，而sD15+sScD4轉染組中DHA(22:6n-3)含量則顯著增加(其含量占多不飽和脂肪酸總含量的近10%)。
[0101]結果表明，sScD4基因編碼的Λ 4脂肪酸去飽和酶可與Λ 15脂肪酸去飽和酶協同作用，在哺乳動物細胞內，利用sScD4基因編碼的Λ 4脂肪酸去飽和酶可以促進Λ 15脂肪酸去飽和酶活性，將添加的亞油酸及花生四烯酸轉化為較高水平的DHA(22:6n-3)，與只添加Λ 15脂肪酸去飽和酶相比，含量提高約I倍。
[0102]實施例3、在哺乳動物細胞中sScD4基因編碼的Λ 4脂肪酸去飽和酶與Λ 6/ Δ 5脂肪酸去飽和酶的協同作用
[0103]pcDNA3.1-F2F1為含有來源于小鼠的Λ 6_脂肪酸去飽和酶基因fads2 (GenBank號:BC057189)和Λ 5-脂肪酸去飽和酶基因fadsl (GenBank號:BC063053)的雙基因表達載體。
[0104]Λ 6-脂肪酸去飽和酶的編碼基因序列如SEQ ID N0.5所示，該蛋白的氨基酸序列如 SEQ ID N0.6 所示。
[0105]Λ 5-脂肪酸去飽和酶的編碼基因序列如SEQ ID N0.7所示，該蛋白的氨基酸序列如 SEQ ID N0.8 所示。
[0106]按照實例I中步驟三的細胞轉染方法，分別將表達質粒PCDNA3.1-EGFP,pcDNA3.1-F2F1、pcDNA3.l-F2Fl+pcDNA3.1_sScD4 轉染鋪板于 60mm 平皿的 CHO 細胞，每個轉染組所用質粒均為8μ g (pcDNA3.l-F2Fl+pcDNA3.1_sScD4中兩種質粒各4 μ g)，并于細胞培養基中添加10 μ mol/L的脂肪酸底物亞油酸LA (18:2n-6)和10 μ mol/L α -亞麻酸ALA(18:3n-3)培養48h后，收集細胞，一部分用于提取總RNA，進行RT-PCR鑒定和檢測轉基因表達的轉錄水平，方法同實施例1中步驟三的(三)，結果如圖7所示；另一部分用于提取細胞中脂肪酸，進行GC-MS分析脂肪酸組成，方法同實施例1中步驟三的(四)，結果如圖8所示。
[0107]圖7中，I代表pcDNA3.1-EGFP轉染組(對照組)；2代表pcDNA3.1-F2F1轉染組；3代表 pcDNA3.l-F2Fl+pcDNA3.1_sScD4 轉染組。
[0108]圖7表明，轉染的目的基因fads2和fadsl、fads2、fadsl和sScD4按照預期在相應的細胞中實現了超表達，其轉錄水平顯著高于對照組；不含目的基因表達質粒的pcDNA3.1-EGFP轉染組(對照組)則檢測不到sScD4基因的轉錄產物。
[0109]圖8 中，EGFP 代表 pcDNA3.1-EGFP 轉染組(對照組)；F2F1 代表 pcDNA3.1-F2F1 轉染組；F2Fl+sScD4 代 表 pcDNA3.l_F2Fl+pcDNA3.1_sScD4 轉染組。
[0110]圖8中各物質的轉化過程如實施例2中所述。
[0111]圖8表明，與對照組相比，pcDNA3.1-F2F1轉染組中，Λ 6/Λ 5脂肪酸去飽和酶活性的增加能夠促使添加的脂肪酸底物LA (18: 2η-6)顯著地轉變為ARA (20: 4η_6)。Λ 6/ Λ 5脂肪酸去飽和酶活性的增加使添加的脂肪酸底物ALA (18: 3η-3)轉變為更多的EPA (20: 5η_3)和DPA(22:5n-3)，但Λ 6/Λ 5脂肪酸去飽和酶活性并沒有顯著地提高DHA (22: 6n_3)的含量。與 pcDNA3.1-F2F1 轉染組相比，在 pcDNA3.l_F2Fl+pcDNA3.1_sScD4 轉染組中，sScD4 基因編碼的Λ 4脂肪酸去飽和酶協同Λ 6/Λ 5脂肪酸去飽和酶的活性，將DPA (22:5η-3)直接轉化成為更高水平的DHA(22:6n-3)，DHA(22:6n-3)的含量較pcDNA3.1-F2F1轉染組提高了約1.5倍，占多不飽和脂肪酸總含量近30%。
[0112]結果表明，在哺乳動物細胞內，sScD4基因編碼的Λ 4脂肪酸去飽和酶可以協同Λ6/Λ5脂肪酸去飽和酶的作用將ω-3系的α -亞麻酸ALA (18: 3η_3)轉化為高水平DHA(22:6n-3)。
【權利要求】
1.一種蛋白，為如下(I)或(2)所示: Cl) SEQ ID N0.2所示的蛋白； (2)將SEQ ID N0.2所示的氨基酸序列經過一個或幾個氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且功能相同的蛋白質。
2.權利要求1所述蛋白的編碼基因。
3.根據權利要求2所述的編碼基因，其特征在于:所述編碼基因為如下中至少一種: 1)SEQ ID N0.1中自5’末端起第10位至第1347位核苷酸所示的DNA分子； 2)在嚴格條件下與I)限定的DNA分子雜交且編碼權利要求1所述蛋白質的DNA分子； 3)與I)或2)限定的DNA分子具有90%以上的同一性且編碼權利要求1所述蛋白質的DNA分子。
4.含有權利要求2或3所述編碼基因的重組載體、表達盒、轉基因細胞系或重組菌。
5.一種蛋白組合物，由SEQ ID N0.2所示的蛋白和SEQ ID N0.4所示的蛋白組成。
6.一種蛋白組合物，由SEQ ID N0.2所示的蛋白、SEQ ID N0.6所示的蛋白和SEQ IDN0.8所示的蛋白組成。
7.一種提高哺乳動物細胞中DHA (22:6n-3)合成能力的方法，包括如下步驟:將權利要求I所述蛋白的編碼基因導入到出發細胞中，得到轉基因細胞；與出發細胞相比，轉基因細胞的DHA (22:6n-3)合成能力提高。
8.根據權利要求7所述的方法，`其特征在于:所述編碼基因是通過重組表達載體導入的，所述重組表達載體是將所述編碼基因插入出發載體PCDNA3.1(_)的多克隆位點得到的。
9.權利要求1所述的蛋白在制備促進DHA(22:6n-3)合成的產品中的應用； 或， 權利要求5或6所述的蛋白組合物在制備促進DHA (22:6n_3)合成的產品中的應用。
10.權利要求1所述的蛋白在制備促進DPA(22:5n-3)轉化成DHA(22:6n_3)的產品中的應用； 或， 權利要求5或6所述的蛋白組合物在制備促進DPA (22:5n-3)轉化成DHA (22: 6n_3)的產品中的應用； 或， 權利要求1所述的蛋白在制備促進Λ 15脂肪酸去飽和酶將DPA(22:5n-3)轉化成DHA(22:6n-3)的產品中的應用； 或， 權利要求1所述的蛋白在制備促進Λ 15脂肪酸去飽和酶將LA(18:2n-6)和/或ARA(20:4n-6)轉化成DHA (22: 6n_3)的產品中的應用； 權利要求5所述的蛋白組合物在制備促進LA(18:2n-6)和/或ARA(20:4n_6)轉化成DHA(22:6n-3)的產品中的應用； 所述Λ 15脂肪酸去飽和酶的氨基酸序列如SEQ ID N0.4所示； 或， 權利要求1所述的蛋白在制備促進Λ 6-脂肪酸去飽和酶和Λ 5-脂肪酸去飽和酶將DPA(22:5n-3)轉化成DHA (22: 6n_3)的產品中的應用； 或， 權利要求1所述的蛋白在制備促進Λ6-脂肪酸去飽和酶和Λ5-脂肪酸去飽和酶將LA(18:2n-6)和 / 或 ALA (18: 3n_3)轉化成 DHA (22: 6n_3)的產品中的應用； 權利要求6所述的蛋白組合物在制備促進LA (18:2n-6)和/或ALA (18: 3n_3)轉化成DHA(22:6n-3)的產品中的應用； 所述Λ 6-脂肪酸去飽和酶的氨基酸序列如SEQ ID N0.6所示； 所述Λ 5-脂肪酸去飽和酶的氨基酸序列如SEQ ID N0.8所示。
【文檔編號】C12N15/53GK103820403SQ201410048201
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月12日 優先權日:2014年2月12日
【發明者】朱貴明, 王淑秋, 王迪迪, 孫潔, 葛堂棟, 樸金花, 江旭東 申請人:佳木斯大學