人SIRT6蛋白的原核表達及純化

羅沙柳，任鑫鑫，羅菲，梁迎春，馬超，劉坤，冉芳，施亞嬌，李玲，葉棋濃

1.貴州大學 醫學院，貴州 貴陽550025；2.軍事科學院 軍事醫學研究院 生物工程研究所，北京100850；3.山西醫科大學 第二醫院，山西 太原030000；4.大連醫科大學 腫瘤干細胞研究院，遼寧 大連，116044；5.中部戰區總醫院 衛勤部科訓科，湖北 武漢430072

Sirtuins（SIRT）家族中的沉默信息調節因子2（silent information regulator 2，Sir2）最早在酵母中被發現[1]。迄今，科學家們在哺乳動物中已經確定 了7種與Sir2 同 源的基因，即SIRT1～SIRT7[2]。人類的SIRT6基因位于染色體19P13.3 區域，包括8個外顯子，編碼的蛋白全長355個氨基酸殘基，相對分子質量39×103，等電點9.12[3]。SIRT6 最初被認為是單-ADP-核糖基轉移酶，可以通過分子內機制完成放射性標記的轉移，這表明SIRT6 可能利用ADP-核糖基化來自動調節自身活性，但是其最主要作用還是作為組蛋白脫乙酰酶[4-9]。

目前研究證明，SIRT6在基因組穩定性、代謝、染色質調控、端粒完整性、基因轉錄和糖脂代謝等方面都起關鍵調控作用，調節糖尿病、心臟病、肥胖、癌癥及壽命、衰老等相關病理生理的發生發展[10-12]。SIRT6在體內控制許多代謝途徑，包括糖酵解、糖異生、甘油三酯合成和LDL-膽固醇穩態，SIRT6 缺乏導致主要代謝缺陷[13-16]。對于癌癥，SIRT6 可以通過多種機制發揮抑癌作用，敲除SIRT6的小鼠胚胎成纖維細胞（MEF）比野生型MEF細胞生長增殖快，且敲除SIRT6 有促進腫瘤發生的作用[13]；敲除SIRT6基因的腫瘤細胞的乳酸生成、葡萄糖攝取等均增加[17]。對116例乳腺癌病人的組化分析顯示SIRT6 高表達的病人生存預后差，SIRT6 通過調控FOXO的表達降低腫瘤細胞對化療藥的敏感性；在前列腺腫瘤組織和前列腺癌細胞中SIRT6表達都高于正常或癌旁組織，且敲低SIRT6 降低細胞活力，增加藥物的敏感性等；這又從另外一個層面說明SIRT6 發揮致癌作用[17-20]。有文獻報道SIRT6 能與缺氧誘導因子HIF1α相互作用[17]，從而調控腫瘤的代謝重編程。

在本研究中，我們構建了帶GST 標簽的人SIRT6基因原核表達載體，表達純化獲得重組GST-SIRT6 蛋白，驗證了SIRT6與HIF1α之間的關系，有助于進一步探討SIRT6在腫瘤發生發展中的調控機制。

1 材料和方法

1.1 材料

大腸桿菌DH5α、BL21（DE3）感受態細胞購自北京博邁德科技發展有限公司；人乳腺文庫、帶GST 標簽的pGEX-KG 原核表達載體為本室保存；PCR 試劑、限制性內切酶及DNA 連接酶購自TaKaRa 公司；質粒提取、膠回收試劑盒購自Pro?mega 公司；GST-Sepharose 4B 珠購自Pharmacia 公司；HRP 標記的抗GST 單克隆抗體購自GE Healthcare Life Sciences 公司；引物合成及測序由北京博邁德科技發展有限公司完成。

1.2 人SIRT6基因編碼區的獲取

根據GenBank 中的人源SIRT6基因編碼序列設計上游引物5'-CGGGATCCATGTCGGTGAATT ACGCGGCGGGG-3'和下游引物，5'-CCGCTCGAG TCAGCTGGGGACCGCCTTGGCCT-3'。以本室保存的乳腺文庫為模板，用Primer Star DNA 聚合酶擴增目的基因片段（PCR 程序：95℃預變性5 min，95℃變性30 s，60℃退火30 s，72℃延伸75 s，共35個循環，72℃再延伸5 min）。瓊脂糖膠檢測PCR 產物，切出目的基因片段，用膠回收試劑盒回收目的片段。

1.3 GST-SIRT6 重組質粒的構建及鑒定

將回收的目的基因片段及載體GST 分別用限制性內切酶BamHⅠ/XhoⅠ于37℃雙酶切4～6 h 或過夜，瓊脂糖凝膠電泳回收雙酶切后的PCR 產物及載體。將雙酶切的PCR 產物及載體用T4DNA連接酶于16℃連接6 h 以上后轉化大腸桿菌DH5α感受態，挑菌進行菌液PCR 鑒定，將鑒定得到的陽性克隆用質粒提取試劑盒提取質粒，雙酶切鑒定，并送北京博邁德生物公司測序。

1.4 重組質粒GST-SIRT6的誘導及表達鑒定

將測序正確的GST-SIRT6 重組質粒轉化大腸桿菌BL21 感受態并涂于含氨芐青霉素的LB 板上，37℃恒溫箱中培養過夜，挑取單菌落于裝有5 mL 含氨芐青霉素的LB 培養基的10 mL 試管中，于37℃、200 r/min 搖床上振蕩培養過夜，按1∶50 將菌液稀釋，30℃培養至D600nm約為0.6，用終濃度1 mmol/L的IPTG 小量誘導，調定溫度至20℃繼續振蕩培養4～6 h。收集誘導前、后的菌液，裂解后行Western 印跡，鑒定有無SIRT6 蛋白表達。

1.5 GST-SIRT6 融合蛋白的純化

挑選出能誘導GST-SIRT6 蛋白的重組大腸桿菌BL21 接種于5 mL 含氨芐青霉素的LB 中，37℃培養過夜，將菌液轉移到300 mL 含氨芐青霉素的LB 中，30℃、200 r/min 振蕩培養4～6 h，直至菌液D600nm為1.0～1.5，再 按1∶10 000的比例 加 入IPTG，20℃、200 r/min 培養16～24 h。離心收集菌體沉淀，加入裂解液重懸，冰浴30 min 使菌體充分裂解，再用超聲波裂解細菌，收集上清液，加入GST-Sepharose 4B 純化珠，4℃旋轉結合4 h 或過夜，離心收集結合蛋白后的GST-Sepharose 4B 純化珠，緩沖液洗脫未結合的蛋白后得到純化的融合蛋白，行SDS-PAGE，考馬斯亮藍染色鑒定。

1.6 GST-pulldown 實驗

用5 μg MYC-HIF1α真核表達載體分別轉染2個6 cm 皿的293T細胞系，24～48 h后收細胞，超聲波裂解半小時，4℃、12 000 r/min 離心5 min，取25 μL 上清，加入等量2×SDS 上樣緩沖液作為結合前的蛋白樣，將剩余上清與已純化的GST、GST-SIRT6 蛋白珠于4℃結合4～6 h，再用IP緩沖液洗滌蛋白珠，棄上清，加入2×SDS 上樣緩沖液，Western 印跡檢測。

2 結果

2.1 GST-SIRT6 重組質粒的構建與鑒定

以本實驗室保存的人乳腺文庫為模板，PCR擴增人SIRT6基因的編碼序列，獲得1059 bp的DNA片段，與預期大小一致（圖1）。將BamHⅠ/XhoⅠ酶切后的PCR 產物與GST 載體連接，轉化大腸桿菌DH5α感受態，挑菌后進行菌液PCR 鑒定，獲得與目的條帶1059 bp 大小接近（圖2）的克隆，初步認定是帶有人源SIRT6基因的陽性重組克隆。選取陽性克隆提質粒，酶切鑒定，可切出長度分別約為5000和1059 bp的條帶，而相應的空載體酶切后只見大條帶，與預期結果相符（圖3）。重組質粒測序結果表明，插入的DNA片段序列與人SIRT6基因的編碼序列一致（序列略）。

2.2 GST-SIRT6 重組質粒的表達鑒定

分別用HRP 標記的抗GST 單克隆進行West?ern 印跡，結果見圖4。泳道4 相對分子質量68×103左右有抗體特異結合條帶，即GST-SIRT6 融合蛋白（谷胱甘肽轉移酶GST 相對分子質量26×103左右，SIRT6 為42×103左右）。泳道4 相對分子質量26×103～42×103是蛋白降解帶。結果與預期一致，說明GST-SIRT6 融合蛋白表達正確。

2.3 融合蛋白GST-SIRT6的純化

圖1 PCR 擴增人SIRT6的編碼序列

圖2 重組質粒GST-SIRT6的菌液PCR 結果電泳圖譜

圖3 重組質粒GST-SIRT6的BamHⅠ/XhoⅠ雙酶切電泳圖譜

利用GST-Sepharose 4B 親和珠對GST-SIRT6進行純化，行SDS-PAGE，考馬斯亮藍染色，泳道2可見相應蛋白條帶出現（圖5）。

2.4 GST-pulldown 實驗

將MYC-HIF1α轉染293T細胞，所提取的蛋白和純化的GST、GST-SIRT6 蛋白珠結合，進行SDS-PAGE，分別用MYC-HRP和GST-HRP 抗體檢測，結果如圖6。結合后孵育MYC-HRP 抗體，泳道2 出現特異蛋白條帶，證明MYC-HIF1α與GSTSIRT6 融合蛋白有相互作用。

3 討論

圖4 Western 印跡檢測融合蛋白的表達

圖5 重組蛋白GST-SIRT6的純化

目前研究發現SIRT6在腫瘤中的作用具有爭議。SIRT6 最近被證明是一種明顯的腫瘤抑制因子，在人類多種癌癥中SIRT6 蛋白水平偏低，如在肝癌、胰腺癌、卵巢癌和結直腸癌等中都下調或突變[18-20]。在卵巢癌中，SIRT6 通過降低Notch3 抑制腫瘤增殖[21]。SIRT6 還通過控制Lin28b 抑制胰腺癌的發生發展。然而，SIRT6在前列腺癌、皮膚癌和乳腺癌等其他一些癌癥類型中高表達，并作為癌基因發揮作用，在小細胞肺癌中也有類似的現象[22]。在癌癥發生發展中，增加蛋白質合成對癌細胞的存活、增殖、發展和轉化至關重要[23-24]。Ravi 等發現SIRT6 可以通過與轉錄因子SP1 結合，一起轉錄調控mTOR 信號通路，從而調控蛋白質合成來影響腫瘤的發生發展[25]。另有報道，SIRT6通過ERK1/2/MMP9 通路調控骨肉瘤的遷移和侵襲[26]。SIRT6 通過抑制糖酵解相關基因的表達來調節葡萄糖代謝的穩態。SIRT6 通過在HIF1α靶基因啟動子上使H3K9 脫乙酰化而起到HIF1α轉錄活性的共抑制劑的作用，當SIRT6 失活時，HIF1α被激活，糖酵解基因啟動子的乙酰化與多個代謝基因的表達增加，并最終導致糖酵解的增加和線粒體呼吸的減少[17]。SIRT6與SIRT1 直接結合后可以去乙酰化hnRNPA1，從而抑制肝癌細胞糖酵解和增殖[27]。綜上所述，SIRT6在腫瘤的發生發展中都起到了關鍵作用。

SIRT6 通過一些酶反應尤其是去乙酰化，可以模擬染色質在致密狀態（如SREBP1和PCSK9）來抑制基因表達[28]。有報道發現SIRT6 可以通過HIF1α來調控Pdk1、Ldha、Pfkl1 等糖酵解相關基因[13]，從而調控腫瘤代謝重編程[17]。在此我們進一步驗證了SIRT6與HIF1α在體外有相互作用，為后續研究SIRT6與HIF1α在腫瘤中對腫瘤糖代謝的影響進而影響腫瘤的發生發展奠定了基礎。

圖6 GST-pulldown 驗證GST-SIRT6與MYC-HIF1α的體外相互作用

本研究構建了帶GST 標簽的SIRT6 原核表達載體，并在IPTG誘導下表達了GST-SIRT6 融合蛋白，Western 印跡鑒定證實了目的蛋白的表達。該重組質粒的構建，為后續研究SIRT6在腫瘤中的發生發展制備了材料。