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1、 硕士学位论文类弹性蛋白的分子设计、非色谱纯化及分子动力学模拟原创性声明本人声明兹呈交的学位论文是本人在导师指导下完成的研究成果。论文写作中不包含其他人已经发表或撰写过的研究内容，如参考他人或集体的科研成果，均在论文中以明确的方式说明。本人依法享有和承担由此论文所产生的权利和责任。学位论文作者签名： 日期： 学位论文版权使用授权声明本人同意授权华侨大学有权保留并向国家机关或机构送交学位论文和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅。论文作者签名： 指导教师签名： 签 名 日 期： 签 名 日 期： Dissertation Submitted to the Academic Degree Committ
2、ee of Hua Qiao UniversityMolecular design, non-chromatographic purification and dynamics simulations of elastin-like peptidesByKaizong HuangIn Candidacy for the Masters Degree of Biochemistry and Molecular BiologySupervised by Assistant Professor Guang-ya ZhangHua Qiao UniversityNovember 2011摘要类弹性蛋白
3、多肽(Elastin-like polypeptides，ELPs)，是一种非常重要的具有弹性功能的，且对环境温度有很大敏感性的生物高分子，利用类弹性蛋白的可逆相变特性，使其在蛋白纯化、作为药物载体、组织工程等方面得到广泛的应用。ELPs的相变温度是定量描述其相变温度性质最便利的参数，通过相变温度实测值探讨与其序列组成、每一单体的Xaa数量、浓度等因素间的关系具有重要意义。将伪氨基酸组成中的的相关系数部分作为类弹性蛋白的特征向量，从类弹性蛋白序列出发，利用最小中位方差回归，找出其序列相关系数的最佳阶数。运用均匀设计分别对支持向量机与BP神经网络参数进行优化，并进行交叉验证，结果表明BP神经网络
4、获得的预测模型最佳，其绝对误差为0.39，均方根误差为0.89.从头设计了类弹性蛋白多肽的序列并人工合成其编码基因片段，克隆至改造后的表达载体pET-22b中，构建重组表达载体，转化于大肠杆菌BL21(DE3)中并诱导表达，采用可逆相变循环经高速离心对其进行纯化，利用SDS-PAGE与色氨酸标准曲线对ELPs进行分析与定量，并考察了五种阴离子与三种阳离子及浓度对类弹性蛋白相变温度的影响。结果表明：0.4 mM的Na2CO3 能使25M ELPKV8F-20相变温度降低至19，此ELPs序列有望开发成一新型纯化标签，为今后重组蛋白的非色谱分离纯化奠定基础。通过分子动力学模拟探讨类弹性蛋白ELPs
5、发生可逆相变 (ITT， inverse temperature transition)的分子机理及预测ELPKV8F-20的相变温度。随着温度的升高，类弹性蛋白经历可逆相变，由舒展的构象过渡到折叠构象。在300K400k间5个不同的温度下，对ELPKV8F-20在水溶液与1M的NaCl溶液各进行9ns的模拟。模拟过程中，ELPKV8F-20 在水溶液与1M的NaCl溶液均发生疏水缩聚，推断在水溶液条件下，ELPKV8F-20在375K时发生相变，400K时ELPs已经变性；在水溶液条件下，ELPKV8F-20在350K时发生相变，375K时ELPs已经变性。通过分析，推断疏水作用与结合水的减
6、少在ELPKV8F-20的相变过程中起到关键作用。此外，比较不同温度下蛋白的缩聚程度，并结合实验结果，推断出蛋白的相变温度在102左右。本论文完成了一次从ELPs的相变温度预测到基因的从头合成并表达的过程，考察不同种盐对ELPKV8F-20相变温度的影响.使用NAMD对ELPKV8F-20进行分子动力学模拟，并与实验结果结合，完成了一次ELPs相变机理及盐离子降低相变温度机理的探讨。总结了相关结论，这可为今后利用ELPs纯化重组蛋白提供经验积累和理论依据。关键词：类弹性蛋白多肽，相变温度，非色谱纯化，分子动力学模拟，相变机理AbstractElastin-like polypeptides (
7、Elastin-like polypeptides, ELPs) are elasticity and environmentally responsive biopolymers. Due to their reversible phase transition characteristic, Elastin-like polypeptides (ELPs) have been used for a number of applications, such as protein purification, drug delivery, and tissue engineering.For t
8、he ELPs, the transition temperature () is the most convenient parameters for quantificational description of the ELP properties. It is of great importance to explore the relationship between the transition temperature and the sequence characteristics, the number of Xaa of each monomer and the concen
9、tration of ELP. The best order of the correlation coefficient for pseudo-amino acid composition was obtained by using Least Median of Squares Regression from sequence. The uniform design was used to optimize the running parameters and leave-one out cross-validation was carried out to evaluate the mo
10、del of back propagation neural network (BPNN) and support vector machines, respectively. The results showed that the predicted model obtained by BPNN was the best, of which the mean absolute error and root mean squared error was 0.39and 0.89, respectively.Then, we de novo designed a novel ELPs gene
11、and cloned it into the modified expression vector pET-22b. Then, we transformed the recombinant expression vector pET-22b-ELPs into Escherichia coli BL21(DE3). Upon induction by Isopropyl -D-Thiogalactoside (IPTG), ELPs was expressed and purified by a non-chromatographic purification method named in
12、verse temperature cycling. The influences of salts types and concentrations on ELPs were also determined. The results showed that the transition temperature of the ELPKV8F-20 decreased to 19 by 0.4 mmol/L Na2CO3. Due to its small molecular weight and sensitivity to salt, the ELPs might be a useful p
13、urification tag, which can provide a reliable and simple non-chromatographic method for purification of the recombinant protein by inverse transition cycling.Finally，we concerned on the molecular mechanism for ITT(Inverse temperature transition) of ELPs(elastin-like peptides)，and prediction for the
14、transition temperature of ELPKV8F-20. As the temperature increased, ELPs undergoes changing from a extended to folded conformation. Molecular dynamic simulations were performed 9ns in explicit water and 1M NaCl solution for ELPKV8F-20 at five different temperature between 300 K and 400 K. During sim
15、ulation processing, ELPKV8F-20 had hydrophobic collapse in explicit water and 1M NaCl solution. According to simulation result,we concluded that ELPKV8F-20 had undergone phase transition at the 375K and suffered from denaturalization at 400 K when the ELPKV8F-20 was in inaqueous solutions; ELPKV8F-2
16、0 had undergone phase transition at the 350K and suffered from denaturalization at 375 K when the ELPKV8F-20 was in 1M NaCl solutions. We believed that hydrophobic collapse and decreasing quantity of combinational water played a key role for ITT. At addition,analysed degree of hydrophobic collapse a
17、t different temperature,and combining with experiment result,which indicated the transition temperature for ELPKV8F-20 is about 102.In this paper, we completed predicting the transition temperature of ELPs, and de novo synthesis and expressed a ELPs gene (ELPKV8F-20), determined effection of differe
18、nt kinds of salt on transition temperature for ELP KV8F-20. Did molecular dynamics simulations on the ELPKV8F-20 by NAMD, whose result combined with experimental results, discussed mechanism that the ELPs undergone Inverse temperature transition and decreased transition temperature by NaCl. Our resu
19、lts can provide the theoretical basis of experience about using ELPs tag to purify the recombinant protein.Keywords: elastin-like peptides；transition temperature；non-chromatographic purification; molecular dynamics simulations ;transition principle摘要IABSTRACTII第一章 绪论11.1类弹性蛋白多肽的概述11.1.1类弹性蛋白多肽简介11.1
20、.2类弹性蛋白多肽的相变机理11.1.3影响Tt的各种因素21.1.4类弹性蛋白多肽的合成方法41.1.5类弹性蛋白多肽的应用51.1.6动力学模拟方法的应用81.2课题来源及研究意义9第二章 使用伪氨基酸组成和BP神经网络预测类弹性蛋白多肽的相变温度102.1引言102.2实验材料102.2.1数据来源与预测工具102.3结果与分析122.3.1 氨基酸相关系数的阶数的选择122.3.2利用支持向量机预测相变温度132.3.3利用神经网络预测相变温度152.4小结16第三章 类弹性蛋白多肽的从头设计、非色谱纯化及盐效应研究173.1 ELPSKV8F-20的表达策略173.1.1 ELPs的
21、命名173.1.2表达载体及宿主的选择173.1.3表达质粒pET-22b-KV8F-20的构建183.2实验材料183.2.1菌种和质粒183.2.2培养基193.2.3工具酶、DNA Marker和试剂盒193.2.4主要试剂193.2.5主要仪器203.2.6试剂的配制203.3实验方法213.3.1 ELPKV8F-20的克隆213.3.1.1重组克隆质粒与表达载体的双酶切213.3.2 ELPsKV8F-20的表达与纯化233.4结果与讨论263.4.1 pUC-19-ELPs的酶切及ELPs基因片段回收263.4.2 ELPKV8F-20的诱导表达与纯化273.4.3 ELPKV8
22、F-20相变温度的影响因素考察273.5本章小结31第四章 类弹性蛋白多肽的分子动力学模拟324.1 NAMD模拟方法324.1.1 NAMD软件324.1.2基本流程324.1.3结果分析方法334.2研究内容与意义334.2.1 ELPsKV8F-20的MD模拟的建立344.3动力学模拟的结果与分析364.3.1 RMSD值分析364.3.2 氢键数目分析384.3.3 末端距值分析424.3.4 溶剂可及性表面积分析434.4本章小结45第五章 结论46第六章 研究展望47参考文献48攻读硕士学位期间发表学术论文情况52致谢53附图54 第一章 绪论1.1类弹性蛋白多肽的概述1.1.1类
23、弹性蛋白多肽简介类弹性蛋白多肽(Elastin-like polypeptides，ELPs)是一种具有弹性功能且对环境温度非常敏感的人造基因工程蛋白质聚合物。其结构主要由五肽重复序列单元构成，即（Val-Pro-Gly-Xaa-Gly, VPGXG），源自于弹性蛋白的疏水区域，其中 Xaa可以是除 Pro以外任一氨基酸1。ELPs有一个可逆相变过程，称之为反转变温度（inverse temperature transition，ITT），若环境温度低于该相变温度（transition temperature，），该多肽在水溶液中为高度可溶，聚合物链保持无序结构，且相当伸展。相反，当温度高于
24、时，该含水的多肽链结构就瓦解，并开始聚集，形成一个富含 ELPs的聚集物。利用类弹性蛋白的可逆相变特性,使其在蛋白纯化、作为药物载体、组织工程等方面得到广泛的应用21.1.2类弹性蛋白多肽的相变机理相变过程是 ELPs在水溶液中絮聚的过程，伴有伸展型多肽链的瓦解并与溶液相分离3-4。从构象变化上，Urry认为（VPGVG）重复单元在Pro-Gly处结构为-转角（- turn），而重复的-转角形成右手螺旋的-螺旋（right-handed helix termed-spiral），而-螺旋可用来解释效应与机理（-effect与 mechanism）；在分子水平上，当温度高于时，部分较为伸展且无序
25、的构象转变成较为紧凑的-螺旋5-6。Dybal 7认为发生相变时，在Pro与Val残基处会形成(II)-转角；但Gross 8等认为，在整个相变的过程中，聚合五肽(GVGVP)n并不存在-螺旋构像，而-折叠（- sheets）则是其最基本的规则构象（the basic regular part of conformation）；Serrano等9研究表明升高温度会使得-螺旋聚集在一起，在1的相变温度范围内，他们观测到有25的氨基酸在链内形成了-折叠。 Urry从振动熵的形成及疏水性聚集两方面来阐述(GVGVP)n的相变机理。在(GVGVP)n疏水区域内有序体运动链节会产生相互作用，由于疏水区域
26、内部运动链的阻尼作用，疏水性区域聚集会引起振动熵的上升，疏水性区域聚集的发生是伴随着蛋白疏水部位共振，而温度在一定范围内上升时有助于疏水作用加强。在相变发生时，增加温度会使在水环境中的聚合物有序性得到加强，而包围在疏水性残基的有序水分子变成无序状态，此时疏水性基团将与水溶液相分离，结果在整个变化过程中是趋于无序性的，这与热力学第二定律相吻合10-11。从能量变化角度来看，相变过程是一个复杂多步的转变，在该转变过程中，某些步骤是吸热的，这可能与疏水性水合作用的损耗有关；而其它步骤均是放热的，结果导致 ELPs多肽链以物理方式（范德华力）聚集在一起，但在这一过程中ELPs放热组份数量还不及吸热组份
27、数量三分之一12。1.1.3影响Tt的各种因素1.1.3.1重复序列次数、浓度对Tt影响Meyer D E等13利用递归定向连接(recursive directional ligation，RDL)技术，成功地表达出三种不同单体类弹性蛋白文库，结果发现，ELPs的可作为其五肽重复序列次数的函数。当五肽重复序列次数较少时，ELPs的随重复序列的重复次数的增加而下降较明显，当五肽重复序列次数较大时，ELPs的随重复序列重复次数的增加，其值变化不大。Meyer D E等14分析 ELPV5A2G3文库的与 ELPs浓度关系时，结果表明：随着 ELPs浓度的上升而下降，并且呈线性关系。即 ， 代表斜
28、率，ELPs单体不同，其值也不相同，为ELP浓度。1.1.3.2 Xaa对 Tt的影响Lim D W等15在 Xaa中选取可电离的 Lys，与疏水的 Phe相比，前者可以提高 ELPs的盐敏感度以降低 ELPs的。通常情况下，相似分子量的 ELPsKV2F家族的比 ELPs KV7F家族要高 1642C，这是因为 ELPsKV2F家族的赖氨酸含量比 ELPsKV7F家族高 2倍以上。1.1.3.3 盐浓度对Tt的影响对于所有的 ELPs，均随 NaCl浓度增加而下降。根据经验，每增加 1M的 NaCl浓度，就相应地减少 15左右。然而，这种影响效应会随着 ELPs分子中带电氨基酸的不同而变化，
29、在溶解液中，ELPs的的离子效应遵循 霍夫迈斯特离子序(Hofmeister series)。但有时一些盐离子可以提高，例如胍盐15。1.1.3.4 分子量对 ELPs的 Tt影响Girotti A等16对一系列的 ELPs模型进行研究时发现，随着分子量下降，ELPs的却逐渐上升。ELPs的长度与聚合物的疏水性存在一个平衡，由于受到 ELPs聚合物链末端的影响，这种影响对低分子量的 ELPs的效应更大，如果 ELPs分子量越低，疏水性就越小。然而，这种链末端的极性并不能有效说明这一情况，Girotti A认为，分子量对的影响更大部分取决于聚合物链内疏水性相互作用而产生的絮集作用。因而，如果 E
30、LPs链比较短时，就降低了聚合物链内部疏水性相互作用的效率，所以絮集作用就受抑制。1.1.3.5 pH对Tt的影响Girotti A等16通过实验表明，在相同 ELPs浓度下，ELPs(VPGVG)2VPGEG(VPGVG)2n（n分别为 5，9，15，30，45），它们的均显示出相同的趋势：当低于某一个给定的 pH时，值几乎保持常数，当高于这一特定的PH值时，就迅速增加。这一趋势可以这样解释：由于 pH增加，谷氨酸的-羧基团逐渐开始去质子化，去质子化导致其极性的增强，结果使得 Tt向更高的温度转变，以上这些因素主要取决于 ELPs的亲疏水性，而在带电的羧酸根附近不可能有这种水合状态（hydr
31、ation mode）。1.1.3.6 其它与Tt有关的因素ELPsKV2F-8 和 ELPsKV7F-9，分别只有 40和 45个氨基酸，是到目前为止最短的ELPs纯化标签，这两种 ELPs（free ELPs）是不能通过反相转换循环(Inverse transition cycling ITC)纯化出来，但这两种 ELPs的融合蛋白是可以通过 ITC被提纯的，因为 ELPs的融合蛋白的比纯粹的 ELPs（free ELPs）的低14。ELPs的重复序列次数、浓度、Xaa、盐浓度、pH及分子量是影响类弹性蛋白主要因素，由于 ELPs是一种对环境有很大敏感性的生物高分子，影响类弹性蛋白还有其它
32、多种因素。1.1.4类弹性蛋白多肽的合成方法 ELPs合成方式主要有两种：一种是化学法，另一是基因重组合成法，后者为目前主流方法。前者的优势是可以在 ELPs序列特定的位点导入一些非天然氨基酸，但进行大规模生产却比较困难。与化学合成法相比，使用基因重组合成法具有以下优势：可通过基因模板控制ELPs序列、立体化学、分子量；且ELPs的转化菌株可以永久性生产 ELPs；细胞内折叠机制可帮助ELPs折叠成正确的二级或三级结构2。基因重组合成法更是由于RDL(recursive directional ligation，RDL)技术13的使用而被推向新的高度，其原理如图1所示。使用基因重组合成法，并通
33、过一系列条件优化后，ELPs的纯化产量可达1.6克/升17。但使用重组的方法合成 ELPs也有一些缺点：由基因编码的 ELPs存在一个很重要的滞后期（lead-time），这主要是由于需要在理想的载体中对基因进行组装及需要对宿主细胞进行优化表达所导致的 2。图1.1 RDL技术的分子生物学步骤13Fig1.1 The molecular biology steps of RDL13（续图1.1）（A）人工合成的ELPs单体基因插入到克隆载体中。（B）ELPs单体基因序列的两端设计成可被两个限制性内切酶RE1与RE2（即分别为pflM 与Bgl）识别的序列。（C）分别用RE1与RE2的限制性内切
34、酶酶切含有ELPs基因的克隆载体，产生含有RE1与RE2酶切后粘性末端的片段；用RE1酶切含有ELPs克隆载体，产生线性克隆载体。（D）含有RE1与RE2酶切后粘性末端的片段与线性载体严格地进行头对尾连接。（E）通过此方式，进行新一轮的ELPs基因序列延长13。(A) A synthetic monomer gene is inserted into a cloning vector. (B) The gene is designed to contain recognition sites for two different restriction endonucleases， RE1 an
35、d RE2（ pflM and Bgl respectively）， at each of the coding sequence. (C)An insert is prepared by digestion of the vector with both RE1 and RE2 and subsequently ligated into the vector that has been linearized by digestion with only RE1. (D) The product contains two head-totail repeats of the original
36、gene， with the RE1 and RE2 sites maintained only at the ends of the gene. (E) Additional rounds of RDL proceed identically， using products from previous rounds as starting materials13.1.1.5类弹性蛋白多肽的应用1.1.5.1 在纯化蛋白方面的应用ELPs的应用目前研究最多的是在纯化蛋白质方面。当 ELPs与目标蛋白进行融合表达， ELPs融合蛋白也有可逆阶段，这使得通过 ITC开发一种非层析法来纯化融合蛋白成
37、为可能。在 ITC中，ELPs融合蛋白经过多次的絮集、离心、再溶解等步骤可以分别从溶菌液中的生物大分子中分离出来18。表1.1 五种纯化方法成本比较Tabl e 1.1 The cost of five purification methods项目 pMAL fusion w/tag removal His-tag w/ tag removal IMPACT-CN PHB纯化体系 ELPs纯化体系常规产量 40 Mg/L 74 Mg/L 4.5 Mg/L 36 Mg/ 85 Mg/L树脂吸附力 3 Mg/ml 8 Mg/ml 2 Mg/ml 生长培养基 44,198.38 23,101.67
38、379，894 123,257 58,699诱导成本 35,373.35 19,101.61 314,115.30 39,304.03 缓冲成本 51,900.11 5,921.45 103.596 27，212.63 15,810树脂成本 624,375.00 790,000.00 192,000 复性成本 428,835.99 蛋白酶成本 8,480,000.00 总计 9,664,682.82 838,124.73 989,606 153,470 74,509对于大规模生产融合蛋白及高通量生产多肽的蛋白质组学研究来说，发展一种简单且可靠的纯化方式是一个重要目标。Banki M R等19设
39、计一种自我剪接的 ELPs，这种能自我剪接的 ELPs由 ELPs基因与能自我剪接的内含肽基因进行融合表达，其中内含肽是在生物裂解过程中必要的工具。当加热到 3040C时，这一 ELPs能够利用 ITC而被纯化，而另一优点是在一定温度及一定 pH下，利用自我剪接的 ELPs中的内含肽中自我剪接的特点，进行生物裂解。采用 ELPs和内含肽进行蛋白分离优势明显，Wood DW等计算了采用目前常用的蛋白纯化方法纯化 1kg蛋白质所需原材料的费用见表1.120。可见，每纯化1kg蛋白质所需原材料的费用分别为：利用 His尾巴亲和层析 $838124.73，使用 IMPACT-CN纯化系统 $98960
40、6.23，而采用 ELPs体系仅 $74509.75，不到前两者的 10。1.1.5.2 ELPs在组织工程上应用 ELPs本身具有良好的生物相容性、可在体内进行自然降解成氨基酸、无毒、且可通过基因工程进行高通量生产等优势。因而作为一种人工高聚物，近年来，ELPs已成为生物医学材料领域的新宠。组织工程是一跨学科的领域，它覆盖了细胞工程材料和相关的生物化学方面的知识与技术，其目标是创造出人工器官组织或再生受损的组织，因此它可帮助成千上万患者摆脱组织损伤与组织丧失的困扰21。作为生物材料的 ELPs已广泛当作可再生及修缮的医药。ELPs在水溶液中具有良好的生物相容性；在体内有很好的生物适应性；且可
41、在体内降解成氨基酸，这些氨基酸可在体内进行代谢；此外ELPs基本无毒、无免疫反应、不会产生炎症等 2。ELPs在组织工程中可作为一种注射药物，它可以在体内以化学或物理的方式形成凝胶体。因而 ELPs可作为运载几微米的组织支架。使用前，ELPs的液态前体（precursors）易于操作且可在组织受伤处直接注射。注射之后，ELPs可迅速形成一种水凝胶，这种水凝胶可作为三维人工胞外基质，以提供有完整结构及功能的外植细胞，外植细胞可用来组织修复。ELPs根据环境刺激如温度、pH、离子强度等引发其自组装成水凝胶。在基因水平上可对 ELPs进行优化设计，ELPs可被设计成在室温下成液体状，当注射物的温度增
42、加到一定范围时，ELPs可以形成胶状物质，还可在基因水平上对多化学物理耦连位点进行控制，这样可使 ELPs形成网状物，其反应活性位点可设计为可控降解，添加特定的配体可以促进细胞的固定与组织的生长2。Urry等通过实验表明植入 ELPs后仅导致极微小的毒性与免疫反应22。ELPs的水凝胶体已成功应用于软骨、椎骨的组织修复，血管的移植，膀胱干细胞基体神经引导干细胞薄片及手术后的伤口治愈2。Betre等23-24研究表明，软骨细胞可被装入由ELPs聚集形成的凝胶状胶囊中，在胶囊中的软骨细胞，可在体外15天内保持其独特形态及与表型，这表明ELPs的凝聚层能支持软骨细胞的增长，这些软骨细胞能够产生并积累
43、硫酸粘多糖和型胶原，此外在没有外生软骨细胞补充时，ELPs凝聚层还可促进来源自于脂肪的成体干细胞（adipose-derived adult stem cells）分化成软骨细胞。Lim等25设计合成了能在水溶液中快速交联的ELPs多嵌块共聚物（block copolymers），结果表明植入到ELPs水凝胶的纤维原细胞至少能够在ELPs多嵌块共聚物交联过程中存活三天。Martn等26研究表明ELPs的水凝胶可促进人脐静脉内皮细胞固定，并且人脐静脉内皮细胞易于渗透到多孔ELPs水胶体中。Osorio等27认为由基因工程生产的ELPs与视角面（ocular surface）的细胞外基质相类似，因
44、而ELPs可作为视角面细胞在体外培养的一种基质（substratum）。Annabi 28等以戊二醛为交联介质以及高浓度的 CO2，制作出的ELPs水凝胶在孔径大小与机械性能均能得到较大改善。在三维结构上小孔相互连接（interconnected）的 ELPs胶体可促进纤维原细胞生长，提高渗透性，利用该特性，ELPs胶体还可应用于外科整形。从上述报道可见，ELPs通过凝聚能产生稳定性较好的 ELPs水凝胶，在组织工程有巨大潜力。通过基因重组的方式生产 ELPs并以物理化学法引发 ELPs相变以制作胶体将是一个非常令人振奋的领域29。1.1.5.3 ELPs在药物载体上的应用1.1.5.3.1
45、在靶向肿瘤上应用很多理疗实验在体外显示出有很高活性，但在体内效果却很低，这往往是由于药物在运输过程导致的30。由于药物动力学的分化或者是系统性毒性，大多数治疗效果受到限制31。过去几十年中，利用 ELPs作为可溶性载体并应用于靶向肿瘤，众多学者作了大量研究。通过设计一 ELPs序列并与药物蛋白进行融合表达，在生理温度下，当向身体某一组织注射ELPs融合蛋白时，ELPs药物融合蛋白可在人体循环系统保持溶解状态或者是从循环系统被清除；且当对人体特定部位如肿瘤组织进行局部温和地加热，ELPs药物融合蛋白经循环系统最终将会聚集于肿瘤部位32-34。把ELPs作为药物的载体，具有如下优势：ELPs是生物大分子，具有良好的生物相容性、无毒、可在体内自然降解、可增加药物的溶解性、能有效延长药物的半衰期、减少药物的毒理作用、定向在肿瘤部位累积35-37；ELPs序列长度以及氨基酸组成可在基因水平上进行精确控制；与ELPs融合表达的药物蛋白可以通过可逆热循环 (inverse thermal cycling，ITC)直接纯化出来，因为基于 ELPs融合蛋白也有相变温度特性；采用ELPs作为为药物载体可以直接将载体与药物注射到体内；无需寻找病害
