T4噬菌體基因32編碼蛋白(T4 gene 32 protein,gp32)是一種單鏈DNA(ssDNA)結合蛋白,為T4噬菌體DNA復制和修復所必需。它被廣泛地用于穩定和標記ssDNA區域,以便用電子顯微鏡觀察細胞內DNA的結構、促進限制性內切酶的消化反應、提高RT-PCR中反轉錄的效率、增強T4 DNA聚合酶的活性和提高PCR的產量等。
T4 gene 32 protein由301個氨基酸組成,大小為34 kDa,包含三個不同的結構域:核心結構域、N端結構域(NTD)和C端結構域(CTD)。核心結構域:包含ssDNA的結合位點,并具區分單鏈、雙鏈DNA的能力;
C端結構域(CTD):涉及異型蛋白相互作用,帶負電荷,調節gp32與復制、修復和重組機制中其他成分的相互作用;
N端結構域(NTD):負責同型蛋白相互作用,帶正電荷,與鄰近的gp32單體的核心結構域之間通過蛋白-蛋白接觸,使gp32蛋白以頭-尾方向結合ssDNA。
T4 gene 32 protein介導的DNA重組修復DNA損傷時,后隨鏈合成岡崎片段,gp32與前導鏈結合當前導鏈聚合酶(紅色)在DNA損傷處(X)停滯時,前導鏈和后隨鏈的合成會解耦聯,后隨鏈的合成機制可以合成與受損部位重疊的岡崎片段(綠線),同時會在停滯的前導鏈聚合酶前面打開一個ssDNA缺口,該缺口被gp32覆蓋(橙色);
gp32單體簇通過阻止Dda解旋酶加載到后隨鏈上來阻止其對復制叉移動的刺激,并促進模板子鏈3 '端的解旋;
UvsX重組酶和Dda解旋酶催化模板轉換來恢復停滯的復制叉;

圖2. gp32介導的重組修復過程[2]
(Recombinase Polymerase Amplification,RPA)該技術可以在37~42 ℃條件下實現待測靶標的快速檢測,具有反應靈敏度高、特異性強、對儀器依賴程度低且可整合多種檢測模式等優點,特別適用于基層和現場即時檢測,可廣泛應用于體外診斷、獸醫、食品安全、生物安全、農業等領域。

圖3. 重組酶聚合酶擴增RPA技術擴增原理圖[3]
重組酶T4 UvsX在ATP的參與和定位因子(T4 UvsY)的幫助下與擴增引物結合形成重組酶引物復合體,并在雙鏈DNA中尋找同源序列;
重組酶引物復合體一旦定位到同源序列,則會插入雙鏈DNA形成D-環結構,啟動鏈置換反應,單鏈結合蛋白gp32會與解開的DNA鏈結合防止進一步被置換;
重組酶T4 UvsX從重組酶引物復合體中被水解,3'端引物暴露并與Bsu DNA聚合酶結合,DNA開始復制延伸,最終兩條母鏈分離,形成兩條新的互補雙鏈DNA。該反應在37-42℃下進行,可在30 min內實現目標序列1012倍的擴增。
(Nucleic Acid Sequence-Based Amplification,NASBA)該技術由一對引物介導,反應在42℃進行,可在2 h左右將模板RNA擴增約109~1012倍,不需特殊的儀器,具有較高的特異性和靈敏度。廣泛應用于病毒、細菌、霉菌、寄生蟲和細胞因子等的檢測,特別是用于艾滋病病毒、丙肝肝炎病毒等RNA病毒的檢測當中。在動物疫病預防控制方面,NASBA方法已成為診斷病毒的國家診斷標準方法之一(GB/T19440-2004 病毒NASBA 檢測方法)。
在NASBA中加入gp32,可以穩定逆轉錄形成的單鏈cDNA,減少NASBA中對熱退火步驟的依賴,提高NASBA程序的簡單性。
1)PCR擴增中,使用gp32可以顯著地提高片段的擴增長度及產量[5],并減輕血紅素、腐殖酸等抑制物的對PCR擴增的抑制作用[6]。如圖5所示,將濃度的抑制劑加入含有5 pg模板DNA的反應混合物中,另外在不添加抑制劑的情況下,檢測0.05、0.5和5 pg模板DNA的擴增情況。結果顯示在PCR體系種添加gp32可顯著減輕抑制劑對PCR擴增的抑制。

圖5. T4 gene 32 protein解除抑制劑對PCR的干擾[6]。A:不含gp32的標準PCR條件;B:含有150 ng/mL gp32的PCR條件
2)Gp32通過阻止模板ssDNA和RNA二級結構的形成,分別增強T7 RNA聚合酶和逆轉錄酶的活性,從而增加體外轉錄和逆轉錄的產量[7]。
翌圣的T4 gene 32 protein由ZymeEditor酶改造平臺重組表達而來,蛋白純度高,核酸酶殘留水平低,批次間穩定性優異,宿主DNA殘留水平極低,適用于RPA、NASBA技術、PCR、NGS文庫構建等應用。

圖5.客戶測試翌圣重組酶聚合酶核心酶原料擴增結果圖
注:2、4為陽性實驗組;1、3為陰性對照組
客戶采用翌圣Bsu DNA polymerase (Large fragment, 5 U/μL)、T4 UvsX Recombinase (2 μg/μL)、T4 UvsY protein (2 μg/μL)、T4 gene 32 protein (gp 32)、肌酸激酶Creatine Kinase (2 μg/μL) 進行RPA擴增反應,得到正確的目的條帶,且條帶清晰、明亮,結果表明,翌圣重組酶聚合酶擴增核心酶原料可實現高效RPA等溫擴增。
產品名稱 | 產品貨號 | 產品作用 |
Bsu DNA polymerase (Large fragment, 5 U/μL) | 11078ES | 結合引物與原始靶核酸序列互補合成新的DNA模板 |
T4 UvsX Recombinase (2 μg/μL) | 11079ES | 具有配對和鏈轉移活性的重組酶 |
T4 UvsY protein (2 μg/μL) | 11080ES | 重組酶輔助因子,刺激T4 UvsX的單鏈DNA依賴性ATP酶活性并降低活性所需的T4 UvsX臨界濃度 |
T4 gene 32 protein (gp 32) T4噬菌體基因32編碼蛋白 | 11081ES | 參與DNA復制、修復、重組與解鏈后的單鏈DNA結合,防止自雜交 |
Creatine Kinase (2 μg/μL) 肌酸激酶 | 14502ES | 刺激ATP和肌酸分解為磷酸肌酸和ADP,釋放能量 |
Exonuclease III (100 U/μL) | 14525ES | 具有3’→5’外切酶活性,切斷熒光探針中淬滅基團,釋放熒光 |
[1] Cashen BA, Morse M, Rouzina I, Karpel RL, Williams MC. Dynamic structure of T4 gene 32 protein filaments facilitates rapid noncooperative protein dissociation [published online ahead of print, 2023 Jul 14]. Nucleic Acids Res. 2023;gkad595.[2] Jordan CS, Morrical SW. Regulation of the bacteriophage T4 Dda helicase by Gp32 single-stranded DNA-binding protein. DNA Repair (Amst). 2015;25:41-53.[3] 王亞楠, 陳昌國. 重組酶聚合酶擴增技術研究進展[J]. 醫學雜志, 2021, 46(5):8.[4] Nai YH, Doeven EH, Guijt RM. An improved nucleic acid sequence-based amplification method mediated by T4 gene 32 protein. PLoS One. 2022;17(3):e0265391. Published 2022 Mar 24.[5] Schwarz K, Hansen-Hagge T, Bartram C. Improved yields of long PCR products using gene 32 protein. Nucleic Acids Res. 1990;18(4):1079.[6] Kreader CA. Relief of amplification inhibition in PCR with bovine serum albumin or T4 gene 32 protein. Appl Environ Microbiol. 1996;62(3):1102-1106.[7] Piché C, Schernthaner JP. Optimization of in vitro transcription and full-length cDNA synthesis using the T4 bacteriophage gene 32 protein. J Biomol Tech. 2005;16(3):239-247.