Kim, Deuk-Su;Shao, Yingxue;Lee, Jeong-Hwan;Yoon, Joon-Sik;Park, Se-Ra;Choo, Young-Kug;Hwang, Kyung-A;Ko, Ki-Sung
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.30
no.4
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pp.390-394
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2011
BACKGROUND: Plant expression system for mass production of recombinant proteins has several advantages over other existing expression systems with economical and safety issues. Breast cancer is a cancer originating from breast tissue and comprises almost 25% of all cancers in women world widely. Lewis-Y antigen is difucosylated oligosaccharide and is carried by glycoconjugates at cancer cell surface. In this study, the anti-breast cancer mAb BR55, which recognizes the epitope Lewis-Y, was expressed in the plant expression system. METHODS AND RESULTS: We have developed plant system for production of mAb BR55 with or without KDEL (the ER retention signal). This ER retention signal was attached to C-terminus of protein to help retain the recombinant glycoprotein carrying oligomannose glycans and enhance glycoprotein accumulation. PCR analysis was performed and confirmed the presence of recombinant genes. Western blot validated that the recombinant proteins mAb BR55 with or without KDEL were expressed in transgenic plants, moreover, the expression level of the mAb BR55 with KDEL was higher compared to the mAb BR55 without KDEL. CONCLUSION: These results indicate that KDEL fusion is a good way to produce proteins and plant can be an ideal expression system to obtain proteins and enhance accumulation of proteins.
Song, Ilchan;Lee, Young Koung;Kim, Jin Wook;Lee, Seung-Won;Park, Se Ra;Lee, Hae Kyung;Oh, Soyeon;Ko, Kinarm;Kim, Mi Kyung;Park, Soon Ju;Kim, Dae Heon;Kim, Moon-Soo;Kim, Do Sun;Ko, Kisung
Molecules and Cells
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v.44
no.10
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pp.770-779
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2021
Transgenic Arabidopsis thaliana expressing an anti-rabies monoclonal antibody (mAb), SO57, was obtained using Agrobacterium-mediated floral dip transformation. The endoplasmic reticulum (ER) retention signal Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL) was tagged to the C-terminus of the anti-rabies mAb heavy chain to localize the mAb to the ER and enhance its accumulation. When the inaccurately folded proteins accumulated in the ER exceed its storage capacity, it results in stress that can affect plant development and growth. We generated T1 transformants and obtained homozygous T3 seeds from transgenic Arabidopsis to investigate the effect of KDEL on plant growth. The germination rate did not significantly differ between plants expressing mAb SO57 without KDEL (SO plant) and mAb SO57 with KDEL (SOK plant). The primary roots of SOK agar media grown plants were slightly shorter than those of SO plants. Transcriptomic analysis showed that expression of all 11 ER stress-related genes were not significantly changed in SOK plants relative to SO plants. SOK plants showed approximately three-fold higher mAb expression levels than those of SO plants. Consequently, the purified mAb amount per unit of SOK plant biomass was approximately three times higher than that of SO plants. A neutralization assay revealed that both plants exhibited efficient rapid fluorescent focus inhibition test values against the rabies virus relative to commercially available human rabies immunoglobulins. KDEL did not upregulate ER stress-related genes; therefore, the enhanced production of the mAb did not affect plant growth. Thus, KDEL fusion is recommended for enhancing mAb production in plant systems.
LIM, YOUNG-YI;EUN-HA PARK;JI-HYE KIM;SEUNG-MOON PARK;HYO-SANG JANG;YOUN-JE PARK;SEWANG YOON;MOON-SIK YANG;DAE-HYUK KIM
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.11
no.6
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pp.915-921
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2001
Phytase improves the bioavailability of phytate phosphorus in plant foods to humans and animals, and reduces the phosphorus pollution of animal waste. In order to express a high level of fungal phytase in Saccharomyces cerevisiae, various expression vectors were constructed with different combinations of promoters, translation enhancers, signal peptides, and terminator. Three different promoters fused to the phytase gene (phyA) from Aspergillus niger were tested: a galactokinase (GAL1) promoter, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GPD) promoter, and yeast hybrid ADH2-GPD promoter consisting of alcohol dehydrogenase II (ADH2) and a GPD promoter. The signal peptides of phytase, glucose oxidase (GO), and rice amylase 1A(RAmy1A) were included. Plus, the translation enhancers of the ${\Omega}$ sequence and UTR70 from the tobacco mosaic virus (TMV) and spinach, respectively, were also tested. Among the recombinant vectors, pGphyA06 containing the GPD promoter, the ${\Omega}$ sequence, RAmy1A, and GAL7 terminator expressed the highest phytase activity in a culture filtrate, which was estimated at 20 IU/ml. An intracellular localization of the expressed phytase activity in a culture filtrate, which was estimated at 20 IU/ml. An intracellular localization of the expressed phytase was also performed by inserting an endoplasmic reticulum (ER) retention signal, KDEL sequence, into the C-terminus of the phytase within the vector pHphyA-6. It appeared that the KDEL sequence directed most of the early expression of phytase into the intracellular compartment yet more than $60\%$ of the total phytase activity was still retained within the cell even after the prolonged (>3 days) incubation of the transformant. However, the intracellular enzyme activity of the transformant without a KDEL sequence was as high as that of the extracellular one, thereby strongly suggesting that the secretion of phytase in S. cerevisiae appeared to be the rate-limiting step for the expression of a large amount of extracellular recombinant phytase, when compared with other yeasts.
Park, Kunyou;Ju, Sungeun;Kim, Nari;Park, Seung-Yeol
BMB Reports
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v.54
no.5
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pp.246-252
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2021
The Golgi complex plays a central role in protein secretion by regulating cargo sorting and trafficking. As these processes are of functional importance to cell polarity, motility, growth, and division, there is considerable interest in achieving a comprehensive understanding of Golgi complex biology. However, the unique stack structure of this organelle has been a major hurdle to our understanding of how proteins are secreted through the Golgi apparatus. Herein, we summarize available relevant research to gain an understanding of protein secretion via the Golgi complex. This includes the molecular mechanisms of intra-Golgi trafficking and cargo export in the trans-Golgi network. Moreover, we review recent insights on signaling pathways regulated by the Golgi complex and their physiological significance.
Choi, Yu Jin;Park, Su Hyun;Kim, Ji Su;Wi, Soo Jin;Park, Ky Young
Journal of Plant Biotechnology
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v.40
no.3
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pp.169-177
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2013
Recently, the number of people with diabetes is rapidly increasing, coupled with the fact that the insulin market is remarkably increasing. Therefore, molecular farming for plant-derived pharmaceutical protein production is reported as becoming more attractive than ever. In this study, we carried out experiments step by step for development of recombinant insulin constructs, which were transformed into E. coli system, in vitro transcription and translation system, and tobacco cells. At first, recombinant proinsulin protein was successfully produced in in vitro transcription and translation system with wheat germ extract. After which, recombinant construct of prominiinsulin encoded a fusion protein of 7.8 kDa with trypsin cleavage sites at N terminus and C terminus of minimized C-peptide was tried to in vitro expression using E.coli culture. After purification with His-tag column, the resulting recombinant prominiinsulin protein was processed with trypsin, and then checked insulin biosynthesis by SDS-PAGE and western blot analysis with anti-insulin monoclonal antibody. The immunoreactive product of trypsin-treated miniinsulin was identical to the predicted insulin hexamer. The construct of 35S promoter-driven preprominiinsulin recombinant gene with signal peptide region for ER-targeting and red fluorescence protein gene [N terminus ${\rightarrow}$ tobacco E2 signal peptide ${\rightarrow}$ B-peptide (1-29 AA) ${\rightarrow}$ AAK ${\rightarrow}$ A-peptide (1-21 AA) ${\rightarrow}$ RR ${\rightarrow}$ His6 ${\rightarrow}$ KDEL ${\rightarrow}$ C terminus] was transformed into BY-2 tobacco cells. A polypeptide corresponding to the 38-kDa molecular mass predicted for fusion protein was detected in total protein profiles from transgenic BY-2 cells by western analysis. Therefore, this recombinant preprominiinsulin construct can be used for generation of transgenic tobacco plants producing therapeutic recombinant insulin.
Kim, Hyun-Soon;Youm, Jung Won;Lee, Jeong-Hwan;Jeon, Jae-Heung;Ko, Kisung
Horticultural Science & Technology
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v.32
no.3
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pp.375-381
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2014
Transgenic potato was generated to express recombinant 5 repeated ${\beta}$-amyloid ($A{\beta}$) peptides, potential antigens to be applied as a preventive accine for Alzheimer's disease using Agrobacterium mediated transformation. The $A{\beta}$ peptides were fused to the human IgG Fc fragment enhancing protein and KDEL, which is the endoplasmic reticulum (ER) retention signal ($5A{\beta}$-FcK). The $5A{\beta}$-FcK, was expressed under the control of the duplicated 35S promoter. PCR analysis confirmed the presence of the transgene in several transgenic potato lines. Southern blot analysis showed only a single gene copy number in transgenic line 22, whereas multiple gene copy numbers were shown for transgenic lines 31 and 44. Northern blot analysis showed that line 22 had stronger mRNA levels when compared to lines 31 and 44. Immunoblot analysis confirmed that the $5A{\beta}$-FcK protein was expressed in the transgenic potato plant. These results indicate that $5A{\beta}$ fused to Fc can be expressed in potato plants.
Yang Joo Kang;Deuk-Su Kim;Seyoung Kim;Young-Jin Seo;Kisung Ko
BMB Reports
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v.56
no.7
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pp.392-397
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2023
In this study, recombinant Fc-fused Prostate acid phosphatase (PAP) proteins were produced in transgenic plants. PAP was fused to immunoglobulin (Ig) A and M Fc domain (PAP-IgA Fc and PAP-IgM Fc), which were tagged to the ER retention sequence KDEL to generate PAP-IgA FcK and PAP-IgM FcK. Agrobacterium-mediated transformation was performed to produce transgenic tobacco plants expressing four recombinant proteins. Genomic PCR and RT-PCR analyses confirmed the transgene insertion and mRNA transcription of PAP-IgA Fc, PAP-IgM Fc, PAP-IgA FcK, and PAP-IgM FcK in tobacco plant leaves. Western blot confirmed the expression of PAP-IgA Fc, PAP-IgM Fc, PAP-IgA FcK, and PAP-IgM FcK proteins. SEC-HPLC and Bio-TEM analyses were performed to confirm the size and shape of the plant-derived recombinant PAP-Fc fusion proteins. In mice experiments, the plant-derived IgA and IgM Fc fused proteins induced production of total IgGs including IgG1 against PAP. This result suggests that IgA and IgM Fc fusion can be applied to produce recombinant PAP proteins as a prostate cancer vaccine in plant expression system.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.7
no.2
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pp.127-131
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2003
Protein disulfide isomerase (PDI) found in the endoplasmic reticulum (ER) catalyzes disulfide bond exchange and assists in protein folding of newly synthesized proteins. PDI also functions as a molecular chaperone and has been found to be associated with proteins in the ER. In addition, PDI functions as a subunit of two more complex enzyme systems: the prolyl-4-hydroxylase and the triacylglycerol transfer proteins. A cDNA that encodes protein disulfide isomerase was previously isolated from Bombyx mori (bPDI), in which open reading frame of 494 amino acids contained two PDI-typical thioredoxin active site of WCGHCK and an ER retention signal of the KDEL motif at its C-terminal, and we report its functional characterization here. This putative bPDI cDNA is expressed in insect Sf9 cells as a recombinant proteins using baculovirus expression vector system. The bPDI recombinant proteins are successfully recognized by antirat PDI antibody, and shown to be biologically active in vitro by mediating the oxidative refolding of reduced and scrambled RNase. This suggests that bPDI may play an important role in protein folding mechanism of insects.
Song, Ilchan;Kang, Yang Joo;Kim, Dae Heon;Kim, Mi Kyung;Ko, Kisung
BMB Reports
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v.53
no.4
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pp.229-233
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2020
The anti-colorectal cancer monoclonal antibody CO17-1A (mAb CO), which recognizes the tumor-associated antigen EpCAM, was expressed in transgenic Arabidopsis plants. PCR and western blot analyses showed the insertion and expression of heavy chain (HC)/HC fused to the KDEL ER retention modif (HCK) and light chain (LC) of mAb CO and mAb CO with HCK (mAb COK) in Arabidopsis transformants. Both plant-derived mAbP CO and mAbP COK were purified from a biomass of approximately 1,000 seedlings grown in a greenhouse. In sandwich ELISA, both mAbP CO showed a slightly higher binding affinity for the target, EpCAM, compared to mAbM CO. In cell ELISA, both mAbsP COs showed binding affinity to the human colorectal cancer cell line SW480. Furthermore, mAbM CO, mAbP CO, and mAbP COK exhibited dose and timedependent regression effects on SW480 cells in vitro. In summation, both mAbP CO and mAbP COK, expressed in Arabidopsis, recognized the target antigen EpCAM and showed anti-proliferative activity against human colorectal cancer cells.
Lim, Hyoun-Sub;Lee, Mi Yeon;Moon, Jae Sun;Moon, Jung-Kyung;Yu, Yong-Man;Cho, In Sook;Bae, Hanhong;DeBoer, Matt;Ju, Hojong;Hammond, John;Jackson, Andrew O.
The Plant Pathology Journal
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v.29
no.1
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pp.17-30
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2013
Barley stripe mosaic virus (BSMV) induces massive actin filament thickening at the infection front of infected Nicotiana benthamiana leaves. To determine the mechanisms leading to actin remodeling, fluorescent protein fusions of the BSMV triple gene block (TGB) proteins were coexpressed in cells with the actin marker DsRed: Talin. TGB ectopic expression experiments revealed that TGB3 is a major elicitor of filament thickening, that TGB2 resulted in formation of intermediate DsRed:Talin filaments, and that TGB1 alone had no obvious effects on actin filament structure. Latrunculin B (LatB) treat-ments retarded BSMV cell-to-cell movement, disrupted actin filament organization, and dramatically decreased the proportion of paired TGB3 foci appearing at the cell wall (CW). BSMV infection of transgenic plants tagged with GFP-KDEL exhibited membrane proliferation and vesicle formation that were especially evident around the nucleus. Similar membrane proliferation occurred in plants expressing TGB2 and/or TGB3, and DsRed: Talin fluorescence in these plants colocalized with the ER vesicles. TGB3 also associated with the Golgi apparatus and overlapped with cortical vesicles appearing at the cell periphery. Brefeldin A treatments disrupted Golgi and also altered vesicles at the CW, but failed to interfere with TGB CW localization. Our results indicate that actin cytoskeleton interactions are important in BSMV cell-to-cell movement and for CW localization of TGB3.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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