The baculovirus expression vector system (BEVS) is one of the powerful heterologous protein expression systems using insect cells. As a result this has become a hot issue in the fleld of biotechnology. The advantage of the BEVS is that the large-scale production of heterologous proteins, which undergo posttranslational modification in the endoplasmic reticulum (ER), can be accomplished. Altrough posttranslational modification of heterologous proteins in insect cells is more similar to mammalian cells than yeast, it is not always identical. Therefore, aggregation and degradation can sometimes occur in the ER. To produce a high level of bioactive heterologous proteins using BEVS in insect cells, the prerequisite is to completely understand the posttranslational conditions that determine how newly synthesized polypeptides are folded and assembling with ER chaperones in the ER lumen. Here, we provide information on current BEVS problems and the possibility of successful heterologous protein production from mammalian cells.
The development of expression systems for heterologous proteins has been greatly demanded not only for the study of the structure/function relationships of these proteins but also for their biotechnological and pharmaceutical applications. During the past decades, the methylotrophic yeast Hansenula polymorpha and Pichia pastoris have drawn attention as one of promising hosts for the production of a variety of heterologous proteins. The increasing popularity of H. polymorpha and P. pastoris as the host systems can be attributed to the several advantages over the traditional yeast Saccharomyces cerevisiae, such as the availability of very strong and tightly regulated promoters from the enzymes involved in the metabolism of methanol, a very high-cell density even on simple mineral media, and a high stability of expression plasmids. Furthermore, it has been observed that glycoproteins from these two yeasts are less hyperglycoylated compared to those from S. cerevisiae. Despite substantial similarities as methylotrophic yeasts, however, these two expression systems have some unique features distinguished from each other. In this paper we present a brief overview on the present status of the expression systems developed in methylotrophic yeast, mainly focusing on the similarities and differences between the H. polymorpha and P. pastoris systems.
The aim of the study was to determine the effect of whole milk powder (WMP) as heterologous proteins on chicken breast emulsion-type sausages. The quality properties of WMP on such chicken breast emulsion-type sausages were investigated by measuring the proximate composition, pH, color, cooking yield, protein solubility, and by applying other methods, such as texture profile analysis (TPA), microphotograph, sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), and electronic nose. The crude fat, protein, and ash contents of 15% WMP samples were significantly higher than the control samples (p < 0.05). The redness of the cooked samples significantly increased with an increase in the WMP contents (p < 0.05). The cooking yield of WMP treated samples was significantly higher than the control sample (p < 0.05). Additionally, the hardness, gumminess, and chewiness of WMP treated samples were significantly higher than the control sample (p < 0.05). The sarcoplasmic and myofibrillar proteins of samples containing 15% WMP were significantly higher than the control samples (p < 0.05). The result of SDS-PAGE showed that the C protein, sarcoplasmic protein, actin, and tropomyosin increased with an increase in the WMP contents. The principal component analysis plot of WMP-treated samples was clearly different from that of the control samples. Based on these results, it was predicted that WMP could be useful as heterologous protein on emulsion-type sausage.
β-1,3-glucanosyltransferases play essential roles in cell wall biosynthesis in yeast. Kluyveromyces lactis has six putative β-1,3-glucanosyltransferase genes. KlGAS1-1 and KlGAS1-2 are homologs of Saccharomyces cerevisiae gene GAS1. RT-qPCR indicated the transcription level of KlGAS1-1 was significantly reduced while heterologous protein (thermostable xylanase B) secretion was enhanced during medium optimization. To evaluate if these two events were related, and to improve xylanase B secretion in K. lactis, we constructed KlGAS1-1 and KlGAS1-2 single deletion strains and double deletion strain, respectively. KlGAS1-1 gene deletion resulted in the highest xylanase B activity among the three mutants. Only the double deletion strain showed morphology similar to that of the GAS1 deletion mutant in S. cerevisiae. The two single deletion strains differed in terms of cell wall thickness and xylanase B secretion. Transcription levels of β-1,3-glucanosyltransferase genes and genes related to protein secretion and transport were assayed. The β-1,3-glucanosyltransferase genes displayed transcription complementation in the cell wall synthesis process. KlGAS1-1 and KlGAS1-2 affected transcription levels of secretion- and transport-related genes. Differences in protein secretion ratio among the three deletion strains were associated with changes of transcription levels of secretion- and transport-related genes. Our findings indicate that KlGAS1-1 deletion is an effective tool for enhancing industrial-scale heterologous protein secretion in K. lactis.
미생물유래의 중합화효소(microbial transglutaminase, MTGase)를 이용하면 식품 단백질의 기능특성을 향상시키는 것이 가능하다. 본 연구에서는 MTGase를 이용, 동물성 단백질인 ${\beta}$-casein 및 식물성 단백질인 11S globulin의 동종 혹은 이종간을 bio-hybrid시킴으로써 단백질의 기능특성을 향상시키고자 하였다. 즉, SDS-PAGE에 의한 susceptibility 확인, particle size 분석 및 Reddy and Foster 방법에 의한 유화안정성(emulsion stability) 실험, 그리고 유화안정성에 영향을 주는 bio-hybrid된 단백질이 어떤 형태로서 안정성에 영향을 미치는지 주사형 전자현미경(SEM)을 이용하여 유적(oil droplet)에 결합된 단백질을 고배율로 분석하였다. SDS-PAGE에 의해 동종 흑은 이종의 단백질간의 가교결합이 형성되었으며, 특히 이종간의 결합은 그 밴드가 약하게 형성되었으며 oligomer의 형태를 나타내었다. 또한 유화안정성은 동종간에서는 ${\beta}$-casein이 우수하였으며, glycinin은 안정성이 거의 없는 것으로 나타났다. 그러나, 두 단백질 이종간의 안정성은 glycinin보다 더 우수하였다. 전자현미경 사진에서는 유적에 bio-hybrid된 단백질이 고르게 분포될수록 안정성이 더 우수한 것으로 판단되었다.
The impact of overproduction of a heterologous protein on the metabolic system of host Lactococcus lactis was investigated. The protein expression profiles of L. lactis IL1403 containing two near-identical plasmids that expressed high- and low-level of the green fluorescent protein (GFP) were examined via shotgun proteomics. Analysis of the two strains via high-throughput LC-MS/MS proteomics identified the expression of 294 proteins. The relative amount of each protein in the proteome of both strains was determined by label-free quantification using the spectral counting method. Although expression level of most proteins were similar, several significant alterations in metabolic network were identified in the high GFP-producing strain. These changes include alterations in the pyruvate fermentation pathway, oxidative pentose phosphate pathway, and de novo synthesis pathway for pyrimidine RNA. Expression of enzymes for the synthesis of dTDP-rhamnose and N-acetylglucosamine from glucose was suppressed in the high GFP strain. In addition, enzymes involved in the amino acid synthesis or interconversion pathway were downregulated. The most noticeable changes in the high GFP-producing strain were a 3.4-fold increase in the expression of stress response and chaperone proteins and increase of caseinolytic peptidase family proteins. Characterization of these host expression changes witnessed during overexpression of GFP was might suggested the metabolic requirements and networks that may limit protein expression, and will aid in the future development of lactococcal hosts to produce more heterologous protein.
Kim, Moo-Kyum;Song, Moo-Young;Yu, Myeong-Hee;Yu, Myeong-Hee;Park, Hee-Moon;Kim, Jinmi
미생물학회지
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제30권2호
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pp.108-112
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1992
To investigate the expression and the secretion of heterologous proteins in yeast, we constructed an yeast secretion vector and produced a human secretory protein, .alpha.-1-antitrypsin (.alpha.-1-AT), from yeast cells. The secretion vector pGAT8 was constructed by inserting the signal sequence of yeast acid phosphatase gene (PH05) into the .alpha.1-AT expression vector pGAT6 which contained .alpha.-1-AT cDNA fused to GAL10-CYC1 promotor. The .alpha.-1-AT was produced efficiently in the yeast cells transformed with plasmid pGAT8, which was onfirmed both by the .alpha.-1-AT activity assay and by the immunoblot method using .alpha.-1-AT antibody. We also showed the secretion of .alpha.-1-AT into the culture media and into the periplasmic space by immunoblot.
The filamentous fungus Aspergillus oryzae is a well-known expression host used to express homologous and heterologous proteins in a number of industrial applications. To facilitate higher yields of proteins of interest, we constructed the pAsOP vector to express heterologous proteins in A. oryzae. pAsOP carries a selectable marker, pyrG, derived from Aspergillus nidulans, and a strong promoter and a terminator of the amyB gene derived from A. oryzae. pAsOP transformed A. oryzae efficiently via the PEG-CaCl2-mediated transformation method. As proof of concept, green fluorescent protein (GFP) was successfully expressed in A. oryzae transformed by pAsOP-GFP. Additionally, we identified a novel fungal α-amylase (PcAmy) gene from Penicillium sp. and cloned the gene into the vector. After transformation by pAsOPPcAmy, the α-amylase PcAmy from Penicillium sp. was successfully expressed in a heterologous host system for the first time. The α-amylase activity in the A. oryzae transformant was increased by 62.3% compared with the untransformed A. oryzae control. The PcAmy protein produced in the system had an optimum pH of 5.0 and optimum temperature of 30oC. As a cold-adapted enzyme, PcAmy shows potential value in industrial applications because of its high catalytic activity at low temperature. Furthermore, the expression vector reported in this study provides promising utility for further scientific research and biotechnological applications.
The available techniques for heterologous protein secretion in Lactobacillus strains are limited. The aim of the present study was to develop an efficient protein-secretion system using recombinant lactobacilli for various applications such as live delivery of biotherapeutics. For the construction of expression vectors, the Lactobacillus brevis slpA promoter, Lactobacillus casei prtP signal sequence, and mouse IL-10 sequences were used as a model system. Interestingly, the slpA promoter exhibited strong activity in L. casei, contrary to previous observations. In order to stabilize replication of the plasmid in E. coli, a removable terminator sequence was built into the promoter region. For the improvement of secretion efficiency, a DTNSD oligopeptide was added to the cleavage site of signal peptidase. The resulting plasmids provided remarkably efficient IL-10 secretion. Accumulation of the protein in the culture supernatant varied widely according to the pH conditions. By analysis of the secreted protein, formation of homodimers, and biological activity, IL-10 was confirmed to be functional. The presently constructed plasmids could be useful tools for heterologous protein secretion in L. casei.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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