N-糖基化位点突变的人IFN-λ1在毕赤酵母中的表达、纯化及表征

IFN-λ1是Ⅲ型干扰素家族的一个成员,具有与Ⅰ型干扰素相似的功能。此前,我们已经从毕赤酵母表达获得了可溶性重组人干扰素-λ1。然而,毕赤酵母表达中的高糖基化带来了免疫原性,影响了蛋白质的生产纯化效率。为了克服这个缺点,文中构建了一种干扰素突变体 (rhIFN-λ1-Nm),定点突变潜在糖基化位点。AOX1启动子与α因子信号序列存在的情况下,用甲醇诱导成功地实现了rhIFN-λ1-Nm在毕赤酵母GS115胞外分泌表达。对rhIFN-λ1-Nm进行纯化,获得了纯度>98%的产品,并对糖化水平、分子量、二级结构、N末端序列等理化性质和生物活性进行了研究。研究结果表明,rhIFN-λ1-Nm糖基化水平明显降低,蛋白质生产纯化收率显著提高,而对结构和生物活性无影响;糖基化位点突变rhIFN-λ1可以被开发为IFN-λ1的替代品,有望发展成为未来的生物免疫制剂。     

鸡α干扰素在毕赤酵母中的表达及糖基化对其表达的影响

目的:实现鸡α干扰素(ChIFNα)在毕赤酵母GS115中的表达,并考察糖基化对其表达的影响。方法:人工合成按照毕赤酵母偏好密码子优化的ChIFNα基因,克隆至分泌表达载体pPIC9,电转到毕赤酵母GS115中进行表达。利用定点突变对ChIFNα基因序列中4个糖基化位点进行缺失,SDS-PAGE分析N-糖基化对毕赤酵母表达ChIFNα的影响。结果:ChIFNα在GS115中获得了表达,在摇瓶发酵条件下,表达量为35.2 mg/L;构建了缺失1~4个糖基化位点的4个突变体,在GS115中实现了表达,分析表达结果显示,与未突变的ChIFNα对照相比,突变体的糖基化程度和表达量都有大幅度下降。结论:N-糖基化对于毕赤酵母表达ChIFNα具有重要影响,无糖基化的ChIFNα在毕赤酵母中表达量极低。     

肠激酶轻链在毕赤酵母中的组成型表达

[目的]构建牛肠激酶轻链(EK_L)毕赤酵母组成型高效分泌表达系统。[方法]人工合成MF-α信号肽与EK_L融合基因,克隆于pGAPzα-A和野生毕赤酵母X-33。镍柱纯化EK_L,内切糖苷酶H(Endo H)消化法鉴定糖基化,软件分析糖基化位点,以含EK_L位点的融合蛋白作底物验证酶学活性。[结果]获得了8株EK_L的高抗性毕赤酵母转化子,其中7株可组成型分泌表达目的蛋白,在摇瓶中表达水平约为20 mg/L。分析表明,EK_L表达产物为分子量约43 kDa的N型糖基化蛋白,可有效切割含识别位点的融合蛋白。[结论]成功构建了EK_L毕赤酵母组成型高效分泌表达系统。     

重组人干扰素λ1的表达、纯化及生物活性研究

目的:利用大肠杆菌系统表达重组人Ⅲ型干扰素λ1(rhIFN-λ1),并进行纯化,以比较其与重组人干扰素-α2b(rhIFN-α2b)生物学活性的差异。方法:密码子优化的rhIFN-λ1基因与pET-44a载体连接构建原核表达质粒,在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,表达产物经系列层析纯化;采用细胞病变抑制法比较纯化的rhIFN-λ1与rhIFN-α2b、市售rhIFN-λ1的抗病毒活性;采用MTS法比较这些干扰素的抗肿瘤细胞增殖活性。结果:基因优化后的rhIFN-λ1在大肠杆菌中得以高效表达,用所建立的纯化工艺可制备得到纯度达95.7%的rhIFN-λ1;rhIFN-λ1的抗病毒比活性为3.2×105 U/mg,比市售rhIFN-λ1的比活性(1.1×105 U/mg)略高,抗肿瘤细胞增殖活性为rhIFN-α2b的1.7倍。结论:获得的rhIFN-λ1具有剂量依赖的抗病毒活性和抗增殖活性,其抗病毒活性比市售rhIFN-λ1略高,抗细胞增殖活性高于rhIFN-α2b,提示rhIFN-λ1有较大的应用前景。     

大豆过氧化物酶在毕赤酵母中功能表达

【目的】大豆过氧化物酶(SBP)作用底物广泛、比活高、热稳定性好,使其在免疫检测、工业污染废水处理领域有着广泛的应用潜力。现有的生产方法主要是从大豆壳中提取,这种方法产量低,成本高,远不能满足于工业应用要求,本研究希望实现在毕赤酵母中高效表达有功能活性的大豆过氧化物酶。【方法】将大豆过氧化物酶基因以及C末端截短20个氨基酸的基因克隆pPIC-9K载体中,并在毕赤酵母X-33中诱导表达。同时还将糖基化位点的天冬酰胺突变成为谷氨酰胺,研究糖基化位点对表达的影响。【结果】全长SBP在毕赤酵母中表达是无活性的,只有截短的SBP△20在试管发酵的表达活力达23.5 U/mL,经过糖基化位点的突变表明130、144、185、197对酶活非常重要,不能突变;211和216位点去糖基化突变对酶活有所提高。【结论】经过发酵条件的优化,在5 L的发酵罐中发酵液上清最高酶活力达510 U/mL,是目前报道的最高水平。     

N-糖基化对毕赤酵母表达的DSPAα1分泌和活性的影响(英文)

溶栓剂DSPAα1正处于治疗急性缺血性中风的III期临床研究,临床结果显示DSPAα1具有良好的药理学和安全特性。将DSPAα1基因序列按照毕赤酵母偏好密码子进行优化,并在毕赤酵母菌株GS115和KM71中进行表达,同时利用定点突变对糖基化侧链进行缺失,考察糖基侧链对毕赤酵母表达DSPAα1的影响。结果表明,野生型DSPAα1在GS115和KM71中均获得高表达,在摇瓶发酵条件下,表达量分别为70mg/L和105mg/L;利用SDS-PAGE对DSPAα1三种突变体(N117Q、N362Q和N117Q/N362Q)进行分析,与野生型蛋白质相比较,3种突变体的表达水平显著下降,同时纤溶平板测活数据显示,纯化后的突变体N117Q和N362Q比活性均低于野生型蛋白质的25%。这表明,N-型糖链(N117和N362)对毕赤酵母表达的DSPAα1分泌和酶活性具有重要作用。     

毕赤酵母木糖还原酶定点突变改善其对双辅酶的亲和力

通过毕赤酵母(Pichia stipitis)木糖还原酶(xylose reductase, XR)基因定点突变,获得NADH高亲和力的毕赤酵母木糖还原酶(PsXR),改善了辅酶不同而导致的酿酒酵母胞内氧化还原失衡.同时克隆了PsXR编码基因,通过BLAST工具进行同源性搜索,并用生物软件进行序列比对和结构分析,确定突变位点.用融合PCR方法进行定点突变,并在大肠杆菌表达系统中进行融合表达,且对表达产物进行HIS-TAG亲和纯化,分光光度法检测酶活性,计算比活力.本研究成功获得突变XR编码基因,并收集了纯化的突变蛋白.酶活性检测和比活力计算显示,3种突变酶对2种辅酶的亲和力在一定程度上都发生了变化.与未突变的PsXR相比,3种突变酶对辅酶NADPH的亲和力均显著下降,突变酶M3对辅酶NADH的亲和力未发生变化,而突变酶M1和M4对辅酶NADH的亲和力显著升高,其中突变酶M1对NADH的亲和力明显提高,对NADPH的亲和力明显下降,其活性主要依赖辅酶NADH,提示K270R位点在XR与辅酶结合中起关键作用.     

重组小鼠血管内皮生长因子在毕赤酵母菌中的表达和纯化

目的：建立毕赤酵母重组小鼠血管内皮生长因子（mVEGF）的制备方法,为研究mVEGF的生物活性、抗原性等提供基础。方法：通过全基因合成方法获得编码mVEGF的基因片段,将其克隆至表达载体pPICZaA上,电转化整合到毕赤酵母GS115基因组中,用甲醇诱导表达目的蛋白,表达上清经硫酸铵沉淀、SephadexG25柱脱盐、阳离子交换层析三步纯化获得目的蛋白;用还原型和非还原型SDS-PAGE检测目的蛋白的聚体状态,用Westelqq印迹验证纯化蛋白;通过PNGaseF酶切分析目的蛋白的N-糖基化修饰;通过人脐静脉内皮细胞（HUVEC）增殖实验检测目的蛋白的生物活性。结果：获得mVEGF的重组毕赤酵母表达菌株,SDS-PAGE分析可见GSll5表达的重组mVEGF在还原状态下表观相对分子质量约为20×10^3,在非还原状态下约为40×10^3;经Western印迹检测,这些条带均为目的蛋白条带,能被兔抗mVEGF抗体特异性结合,PNGase F酶切后相对分子质量降至18×10^3左右,证明目的蛋白发生了Ⅳ-糖基化修饰;细胞测活实验表明,mVEGF具有刺激HUVEC增殖的生物活性。结论：利用毕赤酵母菌制备了具有生物活性的重组mVEGF。     

人内皮细胞抑制生长素在毕赤酵母中的高效表达

根据人胶原蛋白ⅩⅧNC结构域C末端编码内皮细胞抑制生长素 (Endostatin)的成熟多肽序列 ,人工合成了由毕赤酵母 (Pichiapastoris)中偏爱密码子组成的内皮细胞抑制生长素基因序列。该基因以N端融合的方式正确插入毕赤酵母诱导型表达载体pPICZαA中。通过电激将线性化的重组质粒转化到毕赤酵母SMD1 1 68细胞中 ,筛选获得表达具有生物活性的内皮细胞生长抑制素的高产菌株。在摇瓶发酵水平上 ,产量达到 80mg L。而利用生物反应器进行高密度发酵 ,Endostatin的产量可达 1 2 5mg L。纯化后的Endostatin具有抑制小鼠血管内皮细胞增殖的活性     

酵母糖基化改造工程研究进展

酵母真核表达系统是常用的安全性较高的外源蛋白表达系统。酵母细胞内存在翻译后糖基化修饰过程,对其糖基化修饰系统进行改造可用于生产人源糖蛋白。研究表明,可以通过基因工程手段消除酵母特有的内源糖基化反应、引入哺乳动物细胞表达系统中糖基化类型等方法对酵母糖基化路径进行改造。近年来许多研究通过对酵母菌株糖基化位点突变、基因缺失等方法对酵母糖基化系统进行改造,探究糖基化修饰对蛋白质功能的影响,这为利用酵母生产治疗性蛋白和新型糖基化疫苗提供了新的思路。本综述将对近年来酵母糖基化改造成果及研究进展进行综述。     

α-1,6-甘露糖转移酶基因敲除的毕赤酵母菌株构建及其用于融合蛋白HSA/GM-CSF 表达的研究

酵母对蛋白的糖基化修饰过程不同于哺乳动物,其特点为产生高甘露糖型糖基且易发生过度糖基化。本研究通过两步基因重组敲除目标基因的方法成功敲除了毕赤酵母中的α-1,6-甘露糖转移酶(och1p)基因,获得了och1敲除的菌株。以此为基础,构建了高效表达人血清白蛋白与粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子融合蛋白(HSA/GM-CSF)的工程酵母,与野生型毕赤酵母表达的过度糖基化HSA/GM-CSF不同,och1敲除菌表达的该融合蛋白糖基化程度明显降低,这为该融合蛋白的开发提供了重要基础。och1敲除菌株的构建不仅提供了一个对糖蛋白进行低糖基化修饰的毕赤酵母表达系统,而且为进一步的酵母糖基工程改造提供了基础。     

Man5GlcNAc2哺乳动物甘露糖型糖蛋白的毕赤酵母表达系统构建

蛋白的糖基化对蛋白的活性、高级结构及功能都有重要的影响。酵母表达的糖蛋白不同于哺乳动物表达的杂合型或复杂型糖蛋白,而是高甘露糖型或过度甘露糖化糖蛋白。在前期成功敲除毕赤酵母α-1,6-甘露糖转移酶(Och1p)基因、阻断毕赤酵母过度糖基化,获得毕赤酵母过度糖基化缺陷菌株GJK01 (ura3、och1) 的基础上,通过表达不同物种来源的α-1,2-甘露糖苷酶I (MDSI) 的活性区与酵母自身定位信号的融合蛋白,并通过DSA-FACE (基于DNA测序仪的荧光辅助糖电泳) 分析筛选报告蛋白HSA/GM-CSF (人血清白蛋白与粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子融合蛋白) 的糖基结构,发现当编码酿酒酵母α-1,2-甘露糖苷酶 (MnsI) 基因的内质网定位信号与带有完整C-端催化区的拟南芥MDSI基因融合表达时,毕赤酵母工程菌株能够合成Man5GlcNAc2哺乳动物甘露糖型糖蛋白。这为在酵母体内合成类似于哺乳动物杂合型或复杂型糖基化修饰的糖蛋白奠定了基础。     

昆虫神经毒素LqhIT2的表达、抗血清制备及活性分析

根据毕赤酵母密码子偏爱性,不改变毒素蛋白质一级结构,设计合成了昆虫神经毒素LqhIT2基因,并分别克隆至大肠杆菌融合表达载体pPET30-a( )和毕赤酵母分泌表达载体pPIC9K.在IPTG的诱导下,神经毒素在大肠杆菌中融合表达,表达产物经镍亲和层析纯化后,用于免疫BALB/c小鼠,制备了特异性较高的抗血清,抗体滴度超过1:128 000.利用制备的抗血清,采用斑点杂交,筛选得到了较高水平分泌表达重组LqhIT2的酵母转化子,摇瓶条件下,毒素表达量约9 mg/L.大肠杆菌表达产物没有生物活性,酵母表达产物经注射蝗虫表现出杀虫活性.     

毕赤酵母表达外源基因研究进展

毕赤酵母表达系统作为一种新型酵母表达系统,它既有原核生物的特点,又有真核生物的特性,可以对目的蛋白质进行糖基化、二硫键形成等翻译后修饰。在过去的20年中已经有200多种不同蛋白在毕赤酵母中实现了成功表达,其中许多已被广泛应用于临床诊断治疗或科研工作中。随着一系列新型酵母表达载体及菌株的构建及发酵技术的不断提高,毕赤酵母越来越吸引着科学家的关注,毕赤酵母己被发展成为一种细胞生物学研究及基因工程生产的模式真核生物。本文总结了毕赤酵母的载体与菌株构建及发酵技术和糖基化等方面近年的主要研究进展。     

蛇毒素蛋白毕赤酵母表达进展

蛇毒是许多具有独特生物活性的蛋白质与酶的混合物,在基础科学研究和临床上有重大应用价值,但是通过从蛇毒中分离获取活性组分具有局限性。巴斯德毕赤酵母表达系统是最为常用的真核表达系统之一,其真核加工、折叠、翻译后修饰等能力使得所表达的重组蛋白具有与天然蛋白近似的生物活性,因而该系统在富含二硫键或糖基化的蛇毒素蛋白表达中被广为采用。迄今为止,已经有12个属的25种蛇毒素蛋白(包括蛇毒丝氨酸蛋白酶、金属蛋白酶/去整合素、L-氨基酸氧化 酶、C-型凝集素和神经毒素、血管收缩因子、神经生长因子等家族)在毕赤酵母中获得成功表达,蛇毒富半胱氨酸蛋白、缓激肽增强肽(BPP)等至今尚未见酵母表达的报道。毕赤酵母表达蛇毒素蛋白失败的原因可能在于,有关密码子偏爱性、目的基因转录出的RNA二级结构特征、糖基化程度不均一及糖型差异、所表达毒素对酵母细胞的毒性等方面,并对解决的方法进行了讨论。     

鸡白介素18成熟蛋白突变体在毕赤酵母中的高效表达及其生物活性检测

【目的】通过目的基因克隆,表达获得高产量具有生物活性的鸡白介素18成熟蛋白(maturechickeninterleukin-18,mChIL-18)。【方法】根据毕赤酵母密码子偏嗜性,通过引物设计来定点突变鸡白介素18基因,构建了重组质粒pPIC9K-mChIL-18。将线性化的重组阳性质粒电转到毕赤酵母GS115中,经筛选多拷贝阳性子后进行诱导表达。用MTT法和微量细胞病变抑制法检测其生物活性。【结果】筛选的多拷贝重组菌在诱导温度为28℃,培养液pH值为6.5,甲醇的诱导浓度为2%,诱导时间为120h时表达量最高,约为480mg/L。表达的mChIL-18蛋白能够刺激SPF鸡淋巴细胞大量增殖,用400μg/L的mChIL-18诱导淋巴细胞产生γ-干扰素(IFN-γ),其生物活性最高可达1.7×104U/mL,且能有效抑制水泡性口炎病毒(VSV)在鸡胚成纤维细胞(CEF)上的生长。【结论】毕赤酵母能够高效表达具有生物活性的鸡白介素18,有望作为免疫佐剂运用到工业化生产和兽医临床中。     

用毕赤酵母组成型分泌表达Canstatin-N

目的:用毕赤酵母的GAP启动子调控组成型表达Canstatin-N。方法:将canstatin-N基因重组于毕赤酵母表达载体pGAP9K的多克隆位点获得pGAP9K-can-N。用电转法将pGAP9K-can-N转化毕赤酵母GS115。筛选高G418抗性的克隆作为工程菌GS115(pGAP9K-can-N)。发酵GS115(pGAP9K-can-N)分泌表达Canstatin-N,用离子交换法纯化目标蛋白。结果:以葡萄糖为碳源,发酵48h分泌表达人血管能抑素蛋白56 mg/L。结论:用毕赤酵母的GAP启动子调控组成型表达的人血管能抑素蛋白具有诱发血管内皮细胞凋亡的生物活性。     

毕赤酵母表达gp96-scFv抗体及生物活性测定

旨在利用毕赤酵母分泌表达gp96-scFv抗体,纯化后得到能特异性结合gp96抗原的小分子抗体片段(scFv)。根据gp96-scFv抗体基因序列,合成gp96-scFv抗体基因序列,将gp96-scFv抗体序列克隆到毕赤酵母表达质粒pPICZα-A,线性化的重组表达载体电转化到毕赤酵母X33,甲醇诱导目的蛋白表达,通过亲和层析法纯化目的蛋白,并以SDS-PAGE和Western blotting进行鉴定。通过Western blotting、Immunofluorescence、ELISA、FACS方法对gp96-scFv抗体的生物活性进行了检测。结果成功地构建了分泌表达抗gp96蛋白scFv抗体的毕赤酵母菌,每升毕赤酵母菌培养上清经纯化可获约50 mg gp96-scFv抗体,所获抗体其分子量大约为15 kDa,具有与gp96抗原特异性结合的活性。本研究通过毕赤酵母菌成功表达了gp96-scFv抗体,生物活性Western blotting、Immunofluorescence、ELISA、FACS分析表明该抗体能特异性结合gp96。     

猪瘟病毒流行毒株E2基因密码子优化及在酵母中的高效表达

密码子的偏嗜性是影响基因异源表达的重要参数之一,优化密码子序列能够提高外源基因的表达水平。野生型猪瘟病毒E2基因在毕赤酵母中的表达量较低,为了提高E2基因在毕赤酵母中的表达水平,利用PCR基础上的定点突变技术将E2基因上的毕赤酵母低利用密码子突变为其高利用率的简并密码子。结果表明,替换野生型E2基因上24个酵母低利用密码子后,E2基因在酵母中表达水平有较显著提高,表明通过密码子优化提高E2基因在毕赤酵母中的表达这一策略是成功的。     

毕赤酵母高效表达策略概述

毕赤酵母表达系统是外源蛋白表达的较为理想的系统,但是并不是所有蛋白都能利用此系统获得高效表达,不同来源的蛋白,其表达水平、生物活性和稳定性均存有明显差别。概述了影响毕赤酵母高效表达的主要因素以及外源蛋白在毕赤酵母中的高效表达策略。