毕赤酵母蛋白质糖基化途径的改造

【背景】以酵母为宿主生产的蛋白往往发生过糖基化，形成高甘露糖型的N-糖基化。高甘露糖型的结构易在人体中引起免疫反应，这是酵母不能用于绝大部分糖蛋白药物生产的主要限制因素。因此，构建表达人源糖基化糖蛋白的酵母底盘细胞将为糖蛋白药物的生产提供强有力的工具。库德里阿兹威氏毕赤酵母(Pichia kudriavzevii)具有极强的抗逆性且生长迅速，是一种近年来备受关注的非典型性酵母，对其进行糖基化途径的改造将具有巨大的应用前景。【目的】对酵母N-糖基化途径的改造，首先要使其N-糖基化转变为Man₅GlcNAc₂核心结构，本研究对P. kudriavzevii的och1基因进行敲除并引入源自曲霉的msd S基因，以改变其分泌糖蛋白N-糖链的糖型结构。【方法】通过基因编辑对P. kudriavzevii的N-糖基化途径进行改造，获得P. kudriavzeviiΔura3Δoch1::msd S菌株，分析P. kudriavzeviiΔura3Δoch1::msd S菌株分泌糖蛋白上N-糖组的变化。【结果】与野生型P. kudriavzevii相...     

毕赤酵母X-33OCH1基因敲除菌株的构建及其表达低糖基化蛋白GM-CSF

【目的】酵母表达外源糖蛋白时会对蛋白进行过度N-糖基化修饰,产生高甘露糖型糖链,影响蛋白的活性,其中α-1,6-甘露糖转移酶(och1p)在这一过程中起着关键作用。通过敲除毕赤酵母X-33的α-1,6甘露糖转移酶(och1p)基因,获得一个对糖蛋白进行低糖基化修饰的毕赤酵母表达系统。【方法】采用双交换同源重组敲除目的基因的方法,首先敲除毕赤酵母X-33的URA3基因,获得一个尿嘧啶营养缺陷型的X-33(ura3-)菌株;然后用URA3基因作为选择标记,敲除X-33(ura3-)的α-1,6甘露糖转移酶(och1p)基因,获得OCH1基因敲除的X-33(och1-)菌株。用X-33(och1-)菌表达糖蛋白GM-CSF,分析GM-CSF蛋白糖链的变化。【结果】首次成功敲除了X-33的URA3和OCH1基因,与野生型相比,X-33(och1-)菌表达的GM-CSF蛋白过度糖基化修饰程度明显降低。【结论】X-33(och1-)菌株的构建提供了一个对蛋白低N-糖基化修饰的毕赤酵母表达系统,也为进一步的糖基化改造提供了良好的基础。     

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。     

毕赤酵母X-33OCH1基因敲除菌株的构建及其表达低糖基化蛋白GM-CSF

摘要: 【目的】酵母表达外源糖蛋白时会对蛋白进行过度N-糖基化修饰,产生高甘露糖型糖链,影响蛋白的活性,其中α-1,6-甘露糖转移酶(och1p)在这一过程中起着关键作用。通过敲除毕赤酵母X-33的α-1,6甘露糖转移酶(och1p)基因,获得一个对糖蛋白进行低糖基化修饰的毕赤酵母表达系统。【方法】采用双交换同源重组敲除目的基因的方法,首先敲除赤酵母X-33的URA3基因,获得一个尿嘧啶营养缺陷型的X-33(ura3-)菌株;然后用URA3基因作为选择标记,敲除X-33(ura3-)的α-1,6甘露糖转移酶(och1p)基因,获得OCH1基因敲除的X-33(och1-)菌株。用X-33 (och1-)菌表达糖蛋白GM-CSF,分析GM-CSF蛋白糖链的变化。【结果】首次成功敲除了X-33的URA3和OCH1基因,与野生型相比,X-33(och1-)菌表达的GM-CSF蛋白过度糖基化修饰程度明显降低。【结论】X-33(och1-)菌株的构建提供了一个对蛋白低N-糖基化修饰的毕赤酵母表达系统,也为进一步的糖基化改造提供了良好的基础。     

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。     

重构酿酒酵母N-糖基化途径生产人源化糖蛋白

【目的】为了在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中生产人源化的糖蛋白,必须对N-糖基化途径进行基因工程改造。作者通过敲除一些酵母N-糖基化途径中的特异性糖基转移酶,得到一株可以用于继续表达人类糖基转移酶的重组菌,并通过生长适应性进化技术回复其细胞生长能力。【方法】首先运用酵母遗传学和分子生物学技术敲除酿酒酵母的α-1,3-甘露糖基转移酶基因(ALG3)、α-1,6-甘露糖基转移酶基因(OCH1)和α-1,3-甘露糖基转移酶基因(MNN1)。采用蔗糖酶(invertase)活性染色实验初步检测N-糖链的变化,然后通过高效液相色谱和甘露糖苷酶酶切实验对其糖链结构进行鉴定。重组菌通过在高温条件下进行生长适应性进化,筛选出生长能力回复突变的菌株。【结果与结论】构建了Δalg3Δoch1Δmnn1菌株得到人类糖基化中间体Man5GlcNAc2,并对上述三缺陷型菌株进行适应性进化提高其细胞生长能力和环境适应能力。此外,作者还发现,该重组菌存在少量Man6GlcNAc2结构的糖链。经体外α-1,2-甘露糖苷酶切处理后,糖链Man5GlcNAc2和Man6GlcNAc2均转化为Man3GlcNAc2,表明形成Man3GlcNAc2之后的甘露糖之间均通过α-1,2-糖苷键连接。Δalg3Δoch1Δmnn1菌株的构建获得了生产人源化糖蛋白的酿酒酵母表达系统,为进一步糖基化改造和工业应用提供了良好的基础。     

酵母O-甘露糖转移酶的研究进展

随着糖蛋白类药物的需求量不断增加,酵母表达系统的人源化改造成为当务之急。其中,酵母蛋白的O-糖基化因O-糖链种类繁多、组分单一以及糖基化位点预测困难等因素,限制了酵母蛋白的O-糖基化人源化改造。从酵母蛋白的O-糖链结构、O-糖链发生过程及O-糖链的功能展开综述,重点介绍起始酵母蛋白O-糖基化过程的O-甘露糖转移酶家族(family of protein O-mannosyltransferases, PMTs)成员的研究现状,希望对酵母蛋白O-糖基化人源化改造研究提供参考。     

Man8GlcNAc2糖基化的酿酒酵母菌株的构建

酿酒酵母糖蛋白的N-糖基化经过高尔基体的修饰后形成聚合度约150-200的甘露寡糖,高尔基体N-糖基化的糖基转移酶Mnn1p和Och1p在甘露寡糖的形成过程中起关键作用。通过同源重组置换敲除了酵母中的MNN1和OCH1基因阻断高尔基体N-糖基化修饰,分离纯化了mnn1 och1突变株中的N-糖蛋白,糖酰胺酶PNGaseF酶解释放的N-糖链经过2-氨基吡啶衍生后,利用HPLC和MALDITOF/MS结合的方法分析了突变株糖蛋白上的N-糖链。结果显示mnn1 och1突变株中的糖蛋白的N-糖链为结构单一的糖链,分子量为1794.66,推测为Man8GlcNAc2。     

酵母N-糖基化工程研究进展

酵母表达系统可用来生产具生物活性的重组糖蛋白,但其在N-糖基化过程中会生成高甘露糖型糖链。通过引入相关的甘露糖苷酶和糖基转移酶基因、切断酵母自身的高甘露糖链形成通道能够改变酵母宿主N-糖基化的类型。本对酵母N-糖基化工程的研究状况、最新进展及存在问题作简要阐述。     

人朊蛋白不同N-糖基化修饰突变体的构建及其在哺乳动物细胞中表达

构建并表达人朊蛋白N-糖基化修饰位点突变的真核表达载体,有助于进一步研究朊蛋白N-糖基化修饰的生物学功能。定点突变野生型人朊蛋白基因PRNP,将获得的突变体亚克隆至真核表达载体pcDNA3.1中,并在人宫颈癌细胞株HeLa中瞬时表达各种朊蛋白糖基化修饰位点突变体,利用免疫印迹和糖苷酶消化等糖蛋白分析方法鉴定表达产物的糖基化形式。经Western blot鉴定,野生型和突变型朊蛋白表达产物出现不同形式的泳动特征,分别出现特异性糖基化修饰的多个条带,单糖基化修饰的两条条带和无糖基化修饰的一条条带。经PNGase F糖苷酶消化,野生型和糖基化单点突变型表达产物均能被糖苷酶消化,其分子量下移,去糖基化突变型表达产物的分子条带位置不变。通过突变野生型人朊蛋白基因PRNP的N-糖基化修饰位点,获得单糖基化修饰和去N-糖基化修饰的6种人朊蛋白突变体,并能够在HeLa细胞株中瞬时表达单糖基化修饰和去N-糖基化修饰朊蛋白,为进一步研究朊蛋白的相关功能建立良好基础。     

血管内皮生长因子全长抗体在毕赤酵母中的表达与活性鉴定

目的:构建血管内皮生长因子(VEGF)全长抗体表达载体pPICZαA-VH-CH-VL-CL,评价其在毕赤酵母中的表达产物与抗原的结合特性,及其抑制细胞增殖的活性。方法:利用基因合成分别获得VEGF抗体CL和CH序列,分别构建pPICZαA-CH和pPICZαA-CL重组质粒,再利用同尾酶特性构建双启动子表达盒的重组pPICZαA-CH-CL载体,用Westen印迹对其进行表达鉴定后将VH和VL序列插入该载体,获得VEGF的全长抗体表达载体pPICZαA-VH-CH-VL-CL;通过膜筛和ELISA进行菌株筛选,并对VEGF抗体表达阳性菌株进行小量表达和纯化,采用CCK-8法对其抑制人脐静脉内皮细胞(HUVEC)增殖的活性进行初步评价。结果:获得表达轻、重链的VEGF抗体表达载体,ELISA实验证明pPICZαA-VH-CH-VL-CL具有一定的VEGF抗原结合特性;体外增殖实验表明,该抗体可以以剂量依赖性抑制HUVEC增殖。结论:在毕赤酵母中表达、纯化了具有一定功能活性的VEGF全长抗体,为后续比较研究酵母糖基化改造对VEGF抗体的药效学和药代学的影响提供了基础。     

甲型H1N1流感病毒血凝素HA1在糖基工程毕赤酵母中的表达

目的:建立用糖基工程酵母制备流感血凝素的方法 ,研究其免疫原性,为酵母表达流感疫苗提供基础。方法:通过PCR的方法扩增编码H1N1流感病毒血凝素HA1(1～330 aa)的基因片段,将HA1基因克隆到表达载体pPIC9质粒上,电转化到糖基工程酵母中,甲醇诱导表达并用镍亲和层析柱纯化重组蛋白,N-糖苷酶F(PNGF)酶切分析N-糖链,Western印迹验证纯化蛋白,免疫小鼠并测定HA1诱导抗体的滴度。结果:获得HA1基因的酵母重组表达菌株,SDS-PAGE分析可见野生型GS115表达的重组HA1相对分子质量约为100×103,而糖基工程酵母GJK01表达的HA1约为60×103,PNGF酶切后相对分子质量均降至45×103左右;经Western印迹检测,这些条带均为目的蛋白条带,野生型和糖基工程酵母表达的HA1分子大小不同是由于不同的N-糖基化修饰引起的。重组HA1免疫小鼠可产生抗HA1抗体,随着抗原剂量的增加,其产生的抗体滴度相应增加;3次免疫后,4μg HA1诱导小鼠产生的抗体滴度最高。结论:利用糖基工程酵母表达制备了低糖化的流感病毒血凝素HA1,该重组蛋白可以诱导小鼠产生HA1抗体,且产生的抗体滴度具有HA1剂量依赖性。     

重组人小分子抗体ScFv-Fc发酵条件的优化及纯化

目的：研究重组人小分子抗体ScFv—Fc在毕赤酵母中分泌表达的最佳条件,以及ScFv—Fc的纯化方法。方法：分别从甲醇浓度、pH、诱导时间等方面对毕赤酵母重组菌株产生ScFv-Fc的发酵过程进行了优化;通过硫酸铵沉淀结合proteinA亲和层析柱,对ScFv—Fc的纯化方法进行了研究。结果：确定ScFv—Fc在毕赤酵母中分泌表达的最佳条件为：在pH5．2的条件下,以0．5％甲醇诱导72h。经过proteinA亲和层析柱纯化后,ScFv—Fc纯度可达94％以上。结论：确定了ScFv-Fe在毕赤酵母中分泌表达的最佳条件以及纯化方法,为重组抗体分子诊断、治疗试剂的开发以及抗体的人源化奠定了物质基础。     

人源抗狂犬病毒糖蛋白稳定型抗体精氨酸密码子突变株的构建及其在巴斯德毕赤酵母中的分泌表达

目的：对人源抗狂犬病毒糖蛋白（GPRV）单链二硫键稳定抗体（ScdsFv）进行精氨酸密码子修饰,实现其在酵母中的分泌表达,并检测其生物学活性。方法：参照巴斯德毕赤酵母偏好密码子,对抗GPRV ScdsFv原核表达基因进行密码子修饰,并通过点基因融合技术构建ScdsFv重组酵母表达基因,连接pPIC9K构建重组表达质粒pPIC9K-ScdsFv,电转化毕赤酵母GS115,经筛选后进行甲醇诱导表达。结果：SDS-PAGE及Western blot检测到重组表达质粒在30℃经甲醇诱导表达的蛋白相对分子质量为30000;荧光抗体试验验证ScdsFv能靶向结合GPRV;MTT试验说明ScdsFv能中和狂犬病毒,具有一定的细胞保护作用。结论：重组ScdsFv在酵母系统中可以有效表达。具有较好的生物学活性。     

甲醇-山梨醇混合碳源诱导提高抗HER2抗体在糖基工程毕赤酵母中的表达

目的：以抗HER2抗体为模型,研究抗体在糖基工程酵母菌中的表达及工程菌发酵技术。方法：首先通过摇瓶试验分析诱导用甲醇浓度对抗体表达的影响,并用高表达HER2的SK-BR-3细胞分析抗HER2抗体的抗原结合活性。以此为基础,在5 L发酵罐中研究甲醇-山梨醇混合碳源流加诱导对抗HER2抗体表达水平的影响;收集发酵培养液,采用阳离子交换层析对目标产物进行纯化;利用SDS-PAGE、Western印迹、Lowry法对抗体的相对分子质量、浓度等进行分析。结果：摇瓶试验结果表明,甲醇浓度为0.5%时抗体表达量最高,且糖基工程毕赤酵母菌表达的抗HER2抗体具有与SK-BR-3细胞抗原结合的活性;在5 L发酵罐中,利用甲醇和山梨醇混合诱导方式发酵表达抗体,其表达量可提高至0.6 g/L,比摇瓶诱导表达的抗体产量提高了近10倍;非还原SDS-PAGE及Western印迹表明抗体相对分子质量为1.5×105,与商业化抗体Herceptin的大小一致;经过一步阳离子交换层析纯化,纯化后抗体浓度为0.365 g/L。结论：采用甲醇-山梨醇混合碳源诱导方式在5 L发酵罐中进行发酵表达,能够提高抗HER2抗体在糖基工程酵母菌中的表达量,本研究可为抗体在酵母中的规模发酵技术提供重要参考。     

Purification of Neuronal Cell Surface Proteins and Generation of Epitope-Specific Monoclonal Antibodies Against Cell Adhesion Molecules

To establish a procedure for the purification of a broad spectrum of cell surface proteins, three separate methods based on different principles were compared with the aid of four marker proteins. Membrane preparation by sedimentation-flotation centrifugation, temperature-induced phase separation with Triton X-114, and lectin affinity chromatography were used separately as well as in combination. The two-step procedure of membrane preparation and lectin affinity chromatography provided by far the best enrichment of cell surface marker proteins. This result was further substantiated by screening greater than 6,600 hybridoma cultures that originated from mice that had been immunized with protein fractions obtained by different purification protocols. In addition, it was found that solubilized glycoproteins used as immunogens led to many more cell surface-specific monoclonal antibodies than glycoproteins immobilized on lectin-agarose beads. Three monoclonal antibodies that recognize distinct epitopes of cell adhesion molecules (CAMs) were isolated. Monoclonal antibody C4 bound to a detergent-labile epitope of G4 (neuron-glia CAM). Monoclonal antibody D1 recognized specifically nonreduced neural CAM (N-CAM) with intact disulfide bridges, and monoclonal antibody D3 recognized only the 180-kilodalton isoform of N-CAM. Because of these specificities, these monoclonal antibodies promise to be useful tools for the elucidation of the structural organization of adhesion molecules.     

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。     

一种两步基因同源重组敲除酵母靶标蛋白基因的方法

目的:建立一种在代谢工程改造的毕赤酵母菌中高效敲除靶标蛋白基因的方法。方法:构建敲除载体,以粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)基因为靶基因,以尿嘧啶合成关键酶URA3基因为营养缺陷型筛选标记,第一步重组利用ura3正筛选获得敲除载体在酵母染色体中的定点整合,第二步通过5-氟乳清酸(5-FOA)筛选到表型为ura3-的克隆,ura3基因被剔除的同时,目的基因GM-CSF也随之丢失,实现第二次重组;利用基因组PCR和蛋白电泳进行鉴定。结果:通过两步基因同源重组,敲除了毕赤酵母GJK01的报告蛋白GM-CSF的编码基因388 bp,PCR结果显示该基因已完全丢失,SDS-PAGE分析无GM-CSF表达。结论:仅通过2周时间的筛选、鉴定,在毕赤酵母GJK01中敲除了报告蛋白GM-CSF的编码基因,突变菌株的阳性率达到50%,最终建立了以URA3为筛选标记的两步基因同源重组敲除目的基因的方法。     

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。     

基于上转磷光颗粒的AFP免疫层析定量检测

目的：建立了上转磷光免疫层析快速定量检测AFP的方法,用于原发性肝癌的诊断。方法：利用上转磷光标记的双抗夹心免疫层析技术检测血清中AFP的含量。将AFP单克隆抗体分别标记上转磷光颗粒并包被硝酸纤维膜,制成免疫层析检测试纸。评价该试纸的灵敏度、特异性和精密度。并通过临床50例血清样本,探讨上转磷光技术与化学发光检测方法的一致性。结果：该方法能在20min内完成,检测灵敏度达5ng/ml。浓度范围从5-1000ng/ml作标准曲线,呈现较好的线性。通过三组平行实验探讨其精密度,变异系数都在10%以内。应用于其它肿瘤标志物如CEA、CA199、AFU和NSE的检测,无交叉反应。与化学发光相比,决定系数R2=0.9692,一致性较好。结论：该方法简便、快速、廉价,可以实现定量,尤其适合基层门诊和体检现场使用。