SMC蛋白结构和功能的研究进展

华中科技大学硕士学位论文SMCC法抗体定向偶联技术的优化与应用研究姓名：冯燕申请学位级别：硕士专业：生物医学工程指导教师：杨祥良2011-05-24华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文摘要蛋白质偶联技术是采用一定的技术手段将具有生物活性的蛋白质与其它载体分子或标记物结合在一起的一种方法，在生命科学和医学领域有着广泛的应用。

在标记免疫分析方法中，抗体与酶等标记物的偶联效果会直接影响到免疫方法的灵敏度和可靠性。

常用的偶联方法如戊二醛法、碳二亚胺法、过碘酸钠氧化法法等不可避免地会产生酶或抗体的自身交联产物或多聚物，致使偶联效率降低、结合物活性减弱。

在此基础上发展起来的异性双功能偶联剂虽然可以克服这一不足，但酶在抗体上的连接位点具有随机性，导致抗体和酶的活性会受到影响。

因此，在实际应用中，需建立一种能定向偶联的抗体偶联技术。

本研究采用SMCC法，研究优化了免疫球蛋白IgG与辣根过氧化物酶HRP的偶联条件，主要研究内容包括：1) 采用体内诱生腹水法制备氯霉素单克隆抗体，并对其活性进行测定，建立竞争曲线。

2) 从投料比、反应温度、反应时间三个方面对抗体的DTT还原反应过程进行了研究，探讨了还原条件对免疫球蛋白的结构、活性等方面的影响。

3) 采用SMCC法将抗体与HRP偶联，并对其活性进行鉴定，并将其用于酶联免疫吸附实验。

研究结果表明，DTT还原反应的温度和时间对抗体结构和活性影响不大，而DTT 的加入量则有明显影响：在封闭巯基的条件下，投料比小于为600时，还原产物以大分子片段居多，当投料比大于600后，产物主要为小分子片段，且抗体活性开始下降，到6000时活性几乎完全丧失；在未封闭巯基条件下，由于游离巯基会重新聚合，当投料比在600～12000之间，抗体活性与产物的组成差异均不明显。

在将其应用于羊抗小鼠二抗与HRP的偶联中，确定优化的SMCC法偶联条件为DTT与抗体华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 投料的比为8000，反应温度为25℃，反应时间在20～30min。

基金项目：国家自然科学基金（82072714，81972263）；广东省自然科学基金（2018A030310118）作者单位：中山大学孙逸仙纪念医院肝胆外科，广州510120*通讯作者：陈亚进，Email ：***************SMC 基因家族在肝癌中的表达及其预测肝癌预后的临床意义霍励耘，魏英城，谭文亮，商昌珍，陈亚进*［摘要］目的研究SMC 基因家族在肝癌组织中的表达水平，及其与肝癌分期和预后的相关性。

方法应用UALCAN 和Human Protein Atlas 数据库，分析SMC 基因家族在肝癌组织和正常肝组织的表达水平，并进一步分析其在肝癌不同分期中的转录水平。

利用GEPIA 数据库完成对SMC 家族各成员基因与肝癌的生存预后相关性分析。

结果与正常肝组织比较，SMC 基因家族成员在肝癌组织中高表达（肝癌vs .正常肝组织，P <0.0001），其转录水平也与肿瘤的分期有关。

SMC1A 、SMC1B 、SMC2、SMC3、SMC4、SMC5和SMC6在Ⅲ期肝癌中的表达显著高于Ⅰ期肝癌（Ⅲ期vs.Ⅰ期，P <0.05），SMC1A 和SMC2在Ⅱ期肝癌患者中的表达高于Ⅰ期肝癌（Ⅰ期vs .Ⅱ期，P <0.05）。

此外，在肝癌的生存分析中显示，SMC1A 、SMC2、SMC3、SMC4、SMC6高表达患者的预后较差（P <0.05），其总生存期（OS ）或无瘤生存期（DFS ）明显短于低表达组。

结论SMC 基因家族在肝癌组织中高表达，其中SMC1A 、SMC2、SMC3、SMC4、SMC6的表达与肝癌患者预后不良呈正相关，可以作为肝癌预后预测因素。

［关键词］SMC 基因家族；肝癌；预后；生物信息学分析doi ：10.3969/j.issn.1009⁃976X.2021.01.005中图分类号：R735.7文献标识码：AThe clinical significance of SMC gene family in the diagnosis and prognosis of hepatocellular car⁃cinomaHUO Li⁃yun ，WEI Ying⁃cheng ，TAN Wen⁃liang ，SHANG Chang⁃zhen ，CHEN Ya⁃jinDepartment of Hepatobiliary Surgery ，Sun Yat⁃sen Memorial Hospital ，Sun Yat⁃sen ，University ，Guang⁃zhou 510289，ChinaCorresponding author ：CHEN Ya⁃jin ，***************［Abstract ］ObjectiveTo explore the relationship between SMCs and the progression of hepatocellularcarcinoma （HCC ）by bioinformatics analysis ，and to explore the clinical significance of SMCs in the diagnosis and prognosis of HCC.MethodsIn this study ，UALCAN and Human Protein Atlas datasetswere used to analyze the expression of SMCs in hepatocellular carcinoma and normal liver tissues ，as well as its transcriptional level in various stages of hepatocellular carcinoma.After that ，we used the GEPIA database to explore the survival curves of SMCs in HCC patients.ResultsWe found that SMCswere highly expressed in HCC tissues （tumor vs.normal ，P value <0.0001），and their transcriptional levels were also related to the tumor stages.The transcriptions of SMC1A ，SMC1B ，SMC2，SMC3，SMC4，SMC5and SMC5in stage 3liver hepatocellular carcinoma were significantly higher than those instage1（stage 1vs .stage3，P value <0.05）.The expression levels of SMC1A and SMC2in stage 2liverhepatocellular carcinoma were stimulated ，comparing to their transcription levels in stage 1（stage 1vs .stage 2，P value <0.05）.In addition ，the survival analysis showed that higher expression of SMC1A ，SMC2，SMC3，SMC4and SMC6was significantly related to poorer prognosis （P value <0.05）.ConclusionSMCs were highly expressed in HCC tissues and were associated with tumor stages.SMC1A ，SMC2，SMC3，SMC4and SMC6showed significant value in the diagnosis and prognosis of HCC.［Key words ］SMC gene family ；hepatocellular carcinoma ；prognosis ；bioinformatics analysis·论著与临床研究·原发性肝癌是全球第六大常见恶性肿瘤和第二大癌症相关死亡原因［1］。

新型蛋白质来源和蛋白质结构与功能研究蛋白质是生命体内极其重要的一类分子，具有不同的结构形态和功能。

随着人类对于蛋白质研究领域的深入，新型蛋白质来源以及相关的蛋白质结构与功能研究逐渐成为热门话题。

1. 新型蛋白质来源传统的蛋白质来源主要是动物、植物和微生物等。

但随着环境污染和气候变化等因素的影响，一些蛋白质来源变得越来越稀缺。

为了满足不断增长的蛋白质需求，研究人员近年来开始关注一些新型蛋白质来源。

（1）昆虫蛋白在一些欧美国家，昆虫被视作一种有潜力的蛋白质来源。

比如，昆虫中的干燥体含有高比例的蛋白质，且这些蛋白质的质量与肉类和豆类相似。

目前，昆虫蛋白已经被用于开发高蛋白质能量棒和面条等食品。

另外，昆虫蛋白也被用于饲料和化妆品等领域。

（2）细胞自噬相关蛋白自噬是一种细胞内部分解和再利用不需要的或者受损细胞器等成分的过程。

细胞自噬相关蛋白是自噬过程中的关键成分之一。

最近的研究表明，这一类蛋白不仅可以用于开发治疗自噬相关的疾病的药物，还可以被用于生产高效的肉类替代品。

（3）非常规植物蛋白除了传统的植物蛋白来源，一些非传统的植物蛋白也被发现具有潜在的商业价值。

比如，荞麦和杜鹃花籽等不常见的植物种类，其蛋白质含量和质量都很高。

这些植物蛋白可以用于制作高蛋白的饮品和营养棒等健康食品。

2. 蛋白质结构与功能研究蛋白质的结构与功能是相互关联的。

通过研究蛋白质的结构和功能，可以开发出功能更加优越的蛋白质，同时也可以更好地理解生命体的基本运作机制。

（1）蛋白质结构预测蛋白质的三维结构决定了它的功能。

但是，实验方法预测蛋白质的结构往往十分耗时和复杂。

因此，研究人员开始开发计算机模拟和数据挖掘等方法来预测蛋白质的结构，并且取得了一定的成果。

（2）蛋白质功能的挖掘蛋白质的功能非常丰富，其中许多功能都还未被完全发掘。

通过基因编辑技术和高通量筛选技术等方法，研究人员正在挖掘一些之前未知的蛋白质功能。

例如，CRISPR-Cas9技术可以用于从环境中筛选出具有特定功能的蛋白质序列。

蛋白质科学研究的新进展蛋白质是构成生命体的重要组成部分之一，对于人体的正常运作和健康至关重要。

如今，随着科技的进步和研究的深入，蛋白质科学研究也在不断推进。

本文将介绍一些近年来蛋白质科学研究的新进展。

一、蛋白质结构的高清晰度成像蛋白质结构是指蛋白质分子中氨基酸残基之间的空间关系。

目前，蛋白质结构的高清晰度成像是蛋白质科学研究的热点之一。

科学家们利用X射线晶体学方法，成功解析了多种生物体系中蛋白质的三维结构，从而为药物设计和疾病治疗方面的研究提供了新的依据。

不仅如此，近年来出现了一种叫做“单颗粒电子显微镜”(cryo-EM)的新技术，能够在无需制备晶体的情况下直接解析蛋白质的结构。

该技术能够成功解析具有高度结构异质性的生物分子，这对于理解生物分子在不同环境下的行为具有重要意义。

二、蛋白质交互作用的全景分析蛋白质交互作用是指一种蛋白质与其他蛋白质或分子之间的相互作用。

如今，科学家们可以借助先进的技术手段，对蛋白质交互作用进行全景分析。

例如，质谱法是一种用于检测蛋白质与其他分子之间相互作用情况的技术。

利用这种方法，科学家们可以快速地鉴定蛋白质与其他生物分子的相互作用关系，有助于揭示蛋白质间的相互作用网络和细胞中信号传递通路的机制。

三、定点修饰方法的发展蛋白质在人体内发挥各种生物学功能的行为往往需要与其他蛋白质或小分子相互作用。

而这些交互作用往往可以通过对蛋白质进行定点修饰来实现。

在近几年的研究中，科学家们不断探索新的定点修饰方法，这些方法包括瑞利多肽修饰(RADICA)、紫外线活化氨基酸修饰(UAAC)等。

这些技术为研究蛋白质修饰、药物发现和疾病治疗提供了新的手段。

四、蛋白质结构预测的概率计算方法蛋白质结构预测是一项关键的任务，因为其结构与功能紧密相关。

随着计算方法的进步，预测精度不断提高。

但是，从蛋白质多样性和复杂度来看，预测任务仍然具有很大的挑战。

为了解决这一问题，研究者们逐渐采用基于概率计算的方法，如重重随机重构(multi-template modeling)和石墨烯垂直扫描(generalized ranking)。

蛋白质结构与功能研究的新进展蛋白质是细胞内最重要的生物大分子之一，扮演着许多重要生理过程的关键角色。

因此，对于蛋白质结构与功能的研究一直是生命科学领域的重点之一。

在最近的研究中，科学家们利用新技术和新方法，取得了一些重要进展，本文将简要介绍其中一些。

1.单细胞蛋白质组学的新突破单细胞技术的迅速发展带来了研究单个细胞的新机会。

利用单细胞蛋白质组学技术，科学家们可以获取每个细胞的蛋白质组成，以深入研究单个细胞的生物学特性。

目前，单细胞蛋白质组学已经应用于肝细胞、肺癌细胞、胚胎干细胞和单个人体免疫细胞等多个细胞类型的研究。

该技术为了解个体细胞特异性生理功能和病理状态提供了新的手段。

2.人工智能在蛋白质结构分析中的应用随着深度学习技术的迅速发展，人工智能在蛋白质结构分析中的应用也越来越成熟。

科学家们训练神经网络来预测蛋白质结构，并在此基础上进行蛋白质设计和工程改造。

这种方法已经被成功应用于抗体和酶的优化设计中。

同时，该技术还在大规模的蛋白质结构预测和分析中取得了许多成功的应用。

3.新相互作用分析方法的发展相互作用是蛋白质功能发挥的重要机制。

过去，研究蛋白质相互作用大多采取基于结构的方法。

而现在，新的技术发展使得科学家们能够采取更高效的技术来进行相互作用的分析。

例如，近年来已经发展出许多高通量的方法来探索蛋白质相互作用网络，如亲和性质谱技术、Y2H技术、TAP-MS技术等，这些技术有效地促进了蛋白质相互作用的研究。

4.分子动力学模拟的新进展分子动力学模拟是一种用于模拟蛋白质分子内部原子运动和反应的计算方法。

最近，湖北大学的科学家们利用机器学习技术对分子动力学模拟进行了改进，提高了其计算精度，并将其用于预测蛋白质间的相互作用。

该方法巧妙地结合了计算机科学和生命科学，为生物学家研究蛋白质的内部结构和功能提供了新的方式。

综上所述，蛋白质结构与功能研究在不断发展，新技术、新方法的应用不仅使其速度和效率提高，同时创造了更多的机会和前景。

蛋白质结构与功能的研究与应用蛋白质是生物体内一类重要的基本有机分子，承担着许多重要的生物学功能。

了解蛋白质的结构和功能对于深入研究生命过程、药物开发以及解决许多生物理论和实践问题具有重要意义。

本文将探讨蛋白质结构与功能的研究进展以及其在生物学和医学中的应用。

一、蛋白质结构的研究蛋白质的结构是其功能的基础，因此研究蛋白质结构一直是生物学领域的热点之一。

随着科技的进步，科学家们提出了许多研究蛋白质结构的方法，其中X射线晶体学是最常用和有效的方法之一。

通过将蛋白质晶体暴露于X射线下，科学家们可以通过测量X射线在晶体中的散射模式来确定蛋白质的结构。

此外，核磁共振（NMR）和电子显微镜（TEM）等技术也被广泛应用于蛋白质结构的研究领域。

二、蛋白质结构与功能的关系蛋白质的结构和功能之间存在着密切的关系。

蛋白质的结构决定了其功能表现形式，包括催化性、结合性、识别性等。

例如，酶蛋白质通常具有特定的结构域，这些结构域能够与底物结合并催化特定的化学反应。

另外，抗体蛋白质通过其结构域可以识别和结合到特定的抗原，从而发挥免疫应答的功能。

因此，蛋白质的结构与功能的研究对于揭示生命活动的基本机制及开发新型药物具有重要意义。

三、蛋白质研究的应用1. 药物开发蛋白质结构与功能的研究在药物开发领域起着重要作用。

结构生物学的发展使得科学家们能够解析病原体蛋白质的结构，从而寻找特定的靶点用于药物设计。

此外，蛋白质工程技术的应用可改变蛋白质的结构和功能，从而提高药物的效力和选择性。

2. 食品工业蛋白质在食品工业中有着广泛的应用。

了解蛋白质的结构，可以优化食品的制备工艺，改善产品的质地和口感，同时增加产品的营养价值。

例如，通过改变蛋白质结构，可以制备出具有特殊功能性质的食品添加剂，如具有乳化、稳定性或发泡性能的蛋白质分子。

3. 生物工程蛋白质的结构与功能研究在生物工程领域也具有重要应用。

通过对蛋白质结构的深入了解，可以设计合成出具有特定功能的蛋白质。

蛋白质结构实验研究现状及发展趋势蛋白质是生命体系中极为重要的分子，它们参与了细胞的组成与功能调控，是生物体内的重要基本结构。

由于蛋白质广泛存在于生物体内，因此对蛋白质结构的研究一直是科学研究的热点之一。

随着科技的发展，蛋白质结构实验研究也取得了长足的进步。

本文将从实验研究现状和发展趋势两个方面，对蛋白质结构实验研究进行探讨。

一、蛋白质结构实验研究现状1. X射线衍射技术X射线衍射是一种常用的蛋白质结构研究方法，利用X射线的散射原理对蛋白质的晶体进行分析，从而得到其三维结构信息。

这种方法已经被广泛运用于蛋白质结构的研究中，对一些蛋白质结构的解析发挥了重要作用。

2. 核磁共振技术核磁共振技术是另一种常见的蛋白质结构研究方法，它通过探测原子核在外加磁场下的共振现象来获取蛋白质结构的信息。

相比X射线衍射技术，核磁共振技术对蛋白质的溶液样品也具有较好的适用性。

3. 电子显微镜技术近年来，随着电子显微镜技术的不断发展，其在蛋白质结构研究中的应用也越来越广泛。

电子显微镜技术能够直接观察到蛋白质的超分子结构，为蛋白质结构的解析提供了重要手段。

4. 质谱技术质谱技术能够对蛋白质的质量和结构进行准确分析，已经成为蛋白质研究中不可或缺的手段之一。

通过质谱技术，可以揭示蛋白质的修饰情况和结构特征，为蛋白质结构实验研究提供了重要支持。

以上几种方法都在一定程度上为蛋白质结构的研究提供了重要技术支持，然而，随着蛋白质研究的深入，这些技术也不断面临着挑战和改进的空间。

接下来，我们将探讨蛋白质结构实验研究的发展趋势。

二、蛋白质结构实验研究发展趋势1. 多技术综合应用随着各种蛋白质结构研究方法的不断发展，将多种技术进行有机结合，综合应用成为未来的发展趋势。

这样不仅能够弥补各种技术的局限性，还能够提高蛋白质结构研究的准确性和全面性。

2. 结构动力学研究除了对蛋白质的静态结构进行研究外，对蛋白质的动态结构也变得越来越重要。

未来的研究将更加注重蛋白质在不同条件下的结构动态变化，这对揭示蛋白质功能和调控机制具有重要意义。

蛋白质结构的新方法与进展蛋白质是生命体中至关重要的分子之一，它们在细胞机体中扮演着极为重要的角色。

了解蛋白质的结构及其功能对于揭示生命的奥秘以及药物研发具有重要意义。

随着科技的发展，越来越多的新方法被用于研究蛋白质的结构，推动了该领域的进展。

本文将介绍一些新的方法并探讨其对蛋白质结构研究的影响。

一、冷冻电镜传统的蛋白质结构研究方法中，X射线晶体学是主要手段。

然而，对于某些大分子或者复合物，难以得到高质量的晶体提供足够的结构信息。

而冷冻电镜技术的出现填补了这一空缺。

冷冻电镜能够在冰冻状态下捕捉蛋白质的中间态，从而提供了高分辨率的结构信息。

借助冷冻电镜，科学家们能够研究更多具有生物学意义的蛋白质复合物，并解析其结构与功能之间的关系。

二、机器学习与人工智能蛋白质的结构决定其功能，同时蛋白质的结构也受到其序列的影响。

传统的方法在解析蛋白质的结构时往往需要大量的实验数据和计算。

而近年来，机器学习与人工智能的兴起为研究蛋白质结构带来了新的希望。

通过将大量的实验和计算数据输入到机器学习算法中，科学家们可以预测蛋白质的结构，并加速该领域的研究进展。

机器学习与人工智能的应用不仅可以帮助研究者快速解析蛋白质结构，还可以辅助设计全新的蛋白质及药物。

三、液态核磁共振液态核磁共振（NMR）作为一种强大的工具用于解析蛋白质的结构。

传统的NMR技术主要用于研究小分子的结构，而液态NMR已逐渐被应用于蛋白质研究。

它能够在生理条件下，通过蛋白质溶液中的核磁共振信号，得到关于蛋白质结构的信息。

液态NMR技术在研究蛋白质的动态结构方面具有独特的优势，可以帮助我们更好地理解蛋白质与其环境之间的相互作用。

四、单分子力谱学单分子力谱学是一种新兴的研究手段，通过拉伸蛋白质，可以研究蛋白质的结构、力学性质及其相互作用。

这种方法通过测量蛋白质在微观尺度上的机械性质，可以提供关于蛋白质结构的重要信息。

通过对单个蛋白质分子的拉伸实验，科学家们可以研究其结构、稳定性以及与其他生物分子的相互作用。