开发铁蛋白

大连工业大学杜明教授课题组:牡蛎铁蛋白高效解除铅离子中毒效应

2022-05-05

大连工业大学杜明教授课题组:牡蛎铁蛋白高效解除铅离子中毒效应

 团队投稿 科学私享 2022-05-05 08:19 


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牡蛎铁蛋白高效解除铅离子中毒效应

导  读

2022年4月,大连工业大学杜明教授课题组在国际期刊International Journal of Biological Macromolecules(Q1,IF=6.953,即时IF=7.96)(点击查询最新食品SCI即时IF)发表题为“Oyster (Crassostrea gigas) ferritin can efficiently reduce the damage of Pb2+ in vivo by electrostatic attraction”的研究性论文。国家自然科学基金项目(31730069、31771926)资助。

在国家自然科学基金重点项目等课题资助下,大连工业大学杜明教授课题组首次解析了重组牡蛎(Crassostrea gigas)铁储藏蛋白(PDB:6LIJ)和其耐热型突变体(PDB:6LJG)的晶体结构,并在PDB数据库(https://www.rcsb.org/)上注册了它们三维晶体结构数据。基于上述结果,开展了牡蛎铁储藏蛋白与Pb2+、Cd2+、Cr3+等重金属离子的相互作用研究。研究发现,牡蛎铁蛋白(GF1)能够抵抗Pb2+、Cd2+、Cr3+三种重金属离子诱导的蛋白质变性,且其笼形结构和自组装特性可以稳定保持。与人源重链铁蛋白相比,牡蛎铁蛋白可以结合更多的Pb2+、Cd2+ 和Cr3+,且与Pb2+的结合更为显著,每个GF1分子在溶液中可以结合约51.42个Pb2+。牡蛎铁蛋白三重轴对称通道外端Cys和Met等氨基酸残基与Pb2+具有较强的结合能力,应用Lewis软硬酸碱离子作用规则可以解释这一现象。同时,该研究发现,经GF1预保护的细胞可以有效抵抗重金属离子诱导的损伤,GF1能降低小鼠血液中铅离子水平,在体内起到缓解铅中毒效应。综上所述,牡蛎铁蛋白与重金属离子具有较强的结合能力,它在降低食品基质中重金属离子水平、缓解体内铅中毒效应等方面具有一定的应用潜力。

研究亮点

  • 牡蛎铁蛋白在Pb2+、Cd2+、Cr3+作用下保持一定的结构稳定性和生理活性。

  • 相比于人源重链铁蛋白,牡蛎铁蛋白分子能结合更多的Pb2+,它与Pb2+的结合比约为1:50。

  • 牡蛎铁蛋白能有效保护细胞抵抗重金属离子损伤,显著降低小鼠高血铅水平。


研究结论

  • 在相同浓度的重金属离子处理下,牡蛎铁蛋白比重组人源重链铁蛋白更加稳定,二级结构和氨基酸残基变化较小。牡蛎铁蛋白仍可以保持一定的中空笼形结构,聚集程度较弱,部分铁蛋白仍以单分散形式存在。

  • 牡蛎铁蛋白结合重金属离子的能力更强,并对Pb2+、Cd2+、Cr3+损伤的细胞具有较好的保护作用,并通过软硬酸碱理论进一步验证铁蛋白与重金属离子之间的结合能力。

  • 动物实验验证了铁蛋白与Pb2+结合的生物学效应,并证明其能显著降低小鼠高血铅水平。

  • 本研究可以使铁蛋白作为一种新型纳米材料去除食物中的重金属离子,降低重金属离子在体内的毒性。


图文赏析

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摘要流程图

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图1 牡蛎铁蛋白与重组人源重链铁蛋白与Pb2+、Cd2+、Cr3+的结合含量。

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图2 牡蛎铁蛋白与重组人源重链铁蛋白与Pb2+结合作用的量热滴定等温曲线。

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图3 铁蛋白对Pb2+处理的MC3T3-E1 Subclone 14细胞的预保护作用。

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图4 不同时间下牡蛎铁蛋白对小鼠高血铅水平的缓解作用。虚线表示变化趋势。

李  晗

李 晗,大连工业大学食品学院/国家海洋工程技术研究中心博士研究生。以第一作者在Critical Reviews in Food Science and Nutrition,Food Chemistry等国际TOP期刊发表论文5篇。主要从事的研究领域:(1)铁蛋白构效关系及活性机制研究;(2)纳米材料的靶向递送与作用研究。

杜  明

杜 明,博士,教授,博士生导师,大连工业大学食品学院/国家海洋食品工程技术研究中心朱蓓薇院士团队“蛋白质科学与技术”研究方向负责人。荣获国家万人计划科技创新领军人才、科技部中青年科技创新领军人才、2011年教育部新世纪优秀人才、兴辽计划领军人才(辽宁省特聘教授)、辽宁省优秀专家、省农业创新团队首席、辽宁省“百千万人才工程”(百人层次)、大连市杰出青年科技人才等荣誉称号。兼任中国食品科学技术学会青年委员会委员、中国畜产品加工研究会常务理事、中国农学会农产品贮藏加工分会理事、中国营养学会骨营养与健康专业委员会副主任等职务;学术兼职包括eFood共同主编(ISSN: 2666-3066)、Food Science and Human Wellness、Protein and Peptide Letters、《食品科学》、《食品工业科技》等期刊编委。

主要从事的研究领域:(1)食源性蛋白构效关系及活性机制;(2)专用功能性蛋白质配料加工技术;(3)民族特色食品加工及产业化。主持国家十三五重点研发专项项目、国家十四五重点研发专项项目、国家自然科学基金重点项目等科研课题30余项。在Biotechnol. Adv.等期刊以第一或通讯身份发表SCI收录论文80余篇, ESI高被引文章3篇(Food Chemistry等);参编Springer等出版著作《Mineral Containing Proteins》、《Biologically Active Peptides》等13部,第一发明人授权国家发明专利11项。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2022.04.175



什么是铁蛋白

铁蛋白于 1937 年被发现,由于其空腔内部含有大量的铁且具有稳定的铁储藏特性,故又称铁储藏蛋白。铁蛋白在古生菌、 细菌、植物和动物体内广泛存在,具有调节机体铁稳态平衡的功能,能够使机体内的铁以可溶、无毒的形式存在。动物铁蛋白一般存在两种类型的亚基:H型亚基(重链)和L型亚基(轻链), 分子量分别为21 kDa和19.5 kDa。

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