大腸菌の異種タンパク質産生に対するシグナルペプチドとシャペロンの共発現の影響

組換えタンパク質の収率を増加させるために、さまざまな宿主システムが採用されています。ただし、一部の組換えタンパク質は、高収量で成功裏に生成されましたが、機能的な活性はありませんでした。高いタンパク質収量と高い活性の両方を達成するために、分子生物学的戦略が継続的に開発されてきました。この研究は、大腸菌における活性組換えタンパク質の産生に対するシグナルペプチド（SP）と分子シャペロンの共発現の効果を説明しています。β-1,4-キシラナーゼ、β-1,4-グルカナーゼ、およびシグナルペプチドとβ-マンナナーゼを含む亜種の細胞外酵素は、ベンゾールフォーマル酸デカルボキシルヘッド（Bffdc）、ベンゾルゼアムーダーゼを含むシグナルペプチドと細胞内酵素を含む、または細胞内酵素を含みませんでした。デヒドロゲナーゼ（BADH）、およびD-フェニルグリシンアミノトランスフェラーゼ（D-PHGAT）をクローン化し、大腸菌BL21（DE3）で過剰発現しました。研究されたすべての酵素との分子シャペロンの共発現も調査されました。β-1,4-キシラナーゼ（XYN）、β-1,4-グルカナーゼ（CEL）、およびβ-マンナナーゼ（MAN）の収率は、N末端シグナルペプチドなしで構築された場合、1112.61-、1.75-、および1.75-、および増加しました。それぞれ、Spxyn、Spcel、およびSpmanのものと比較して、それぞれ1.12倍、信号ペプチドで構築された場合。天然の細胞内酵素、シャペロン、グロエルグローズ複合体の場合、それぞれ最大1.31-、4.94-および37.93倍までの活性BFDC、BADH、およびD-PHGATの収量の増加、およびMANおよびXYNの収率の増加も増加しました。それぞれ1.53および3.46倍に、DNAK-DNAJ-GRPEおよびトリガー因子（TF）を含む他のシャペロンは、これらの酵素でさまざまな効果を示しました。この研究は、大腸菌BL21（DE3）の細胞外および細胞内酵素をクローニングし、過剰発現しました。分泌酵素のシグナルペプチド領域を除去した場合、活性酵素の収量は無傷のシグナルペプチドを持つものよりも高かった。さらに、一般に、これらの酵素が適切なシャペロンと共発現されたときに、活性酵素のより高い収率が得られました。したがって、大腸菌は、シグナルペプチドのない酵素コーディング配列のみが使用され、正しい折りたたみを支援するために適切なシャペロンを共発現する場合、細胞質および分泌酵素を効果的に生成できます。

Various host systems have been employed to increase the yield of recombinant proteins. However, some recombinant proteins were successfully produced at high yields but with no functional activities. To achieve both high protein yield and high activities, molecular biological strategies have been continuously developed. This work describes the effect of signal peptide (SP) and co-expression of molecular chaperones on the production of active recombinant protein in Escherichia coli. Extracellular enzymes from Bacillus subtilis, including β-1,4-xylanase, β-1,4-glucanase, and β-mannanase constructed with and without their signal peptides and intracellular enzymes from Pseudomonas stutzeri ST201, including benzoylformate decarboxylase (BFDC), benzaldehyde dehydrogenase (BADH), and d-phenylglycine aminotransferase (d-PhgAT) were cloned and overexpressed in E. coli BL21(DE3). Co-expression of molecular chaperones with all enzymes studied was also investigated. Yields of β-1,4-xylanase (Xyn), β-1,4-glucanase (Cel), and β-mannanase (Man), when constructed without their N-terminal signal peptides, increased 1112.61-, 1.75-, and 1.12-fold, respectively, compared to those of spXyn, spCel, and spMan, when constructed with their signal peptides. For the natural intracellular enzymes, the chaperones, GroEL-GroES complex, increased yields of active BFDC, BADH, and d-PhgAT, up to 1.31-, 4.94- and 37.93-fold, respectively, and also increased yields of Man and Xyn up to 1.53- and 3.46-fold, respectively, while other chaperones including DnaK-DnaJ-GrpE and Trigger factor (Tf) showed variable effects with these enzymes. This study successfully cloned and overexpressed extracellular and intracellular enzymes in E. coli BL21(DE3). When the signal peptide regions of the secretory enzymes were removed, yields of active enzymes were higher than those with intact signal peptides. In addition, a higher yield of active enzymes was obtained, in general, when these enzymes were co-expressed with appropriate chaperones. Therefore, E. coli can produce cytoplasmic and secretory enzymes effectively if only the enzyme coding sequence without its signal peptide is used and appropriate chaperones are co-expressed to assist in correct folding.