• Molecules and Cells
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• 제43권11호
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• pp.909-920
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• 2020

Cytosolic Ca²⁺ levels ([Ca²⁺]_c) change dynamically in response to inducers, repressors, and physiological conditions, and aberrant [Ca²⁺]_c concentration regulation is associated with cancer, heart failure, and diabetes. Therefore, [Ca²⁺]_c is considered as a good indicator of physiological and pathological cellular responses, and is a crucial biomarker for drug discovery. A genetically encoded calcium indicator (GECI) was recently developed to measure [Ca²⁺]_c in single cells and animal models. GECI have some advantages over chemically synthesized indicators, although they also have some drawbacks such as poor signal-to-noise ratio (SNR), low positive signal, delayed response, artifactual responses due to protein overexpression, and expensive detection equipment. Here, we developed an indicator based on interactions between Ca²⁺-loaded calmodulin and target proteins, and generated an innovative GECI sensor using split nano-luciferase (Nluc) fragments to detect changes in [Ca²⁺]_c. Stimulation-dependent luciferase activities were optimized by combining large and small subunits of Nluc binary technology (NanoBiT, LgBiT:SmBiT) fusion proteins and regulating the receptor expression levels. We constructed the binary [Ca²⁺]_c sensors using a multicistronic expression system in a single vector linked via the internal ribosome entry site (IRES), and examined the detection efficiencies. Promoter optimization studies indicated that promoter-dependent protein expression levels were crucial to optimize SNR and sensitivity. This novel [Ca²⁺]_c assay has high SNR and sensitivity, is easy to use, suitable for high-throughput assays, and may be useful to detect [Ca²⁺]_c in single cells and animal models.

• 농업생명과학연구
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• 제46권1호
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• pp.163-176
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• 2012

인천 연안 갯벌에서 분리한 호알카리성 Bacillus clausii I-52로부터 세포외 알카리성 단백질 분해효소(BCAP)의 발현 및 생산성을 증가시키기 위하여 BCAP promoter, ribosome 결합 서열, 신호서열, 전구체 서열 및 활성형 BCAP 유전자를 cloning한 재조합 plasmid pHPS9-fuBCAP을 penicillin-protoplast 법으로 B. clausii I-52의 염색체 DNA에 integration 하였고, 도입된 plasmid pHPS9-fuBCAP 유전자는 PCR에 의해 확인하였다. 가장 높은 단백질 분해효소 상대 활성을 보이는 선별된 transformant C5를 생산 최적화 배지(대두박 2%, 밀가루 1%, 구연산나트륨 0.5%, $K_2HPO_4$ 0.4%, $Na_2HPO_4$ 0.1%, NaCl 0.4%, $MgSO_47H_2O$ 0.01%, $FeSO_47H_2O$ 0.05%, 물엿 2.5%, 탄산나트륨 0.6%)에서 액침 배양법(배양온도, $37^{\circ}C$; 배양 시간, 48 h; 교반 속도, 650 rpm; 통기 속도, 1 vvm)으로 배양하여 단백질 분해효소를 발현 및 분비시켰을 때, BCAP 발현 양(134,670 U/ml)은 wild-type(83,960 U/ml)에 비하여 약 1.6 배 증가하였으며, 비활성도(91,611.5 U/mg 단백질)는 wild-type(71,760 U/mg 단백질)에 비하여 약 1.3 배 증가하였다. 또한, B. clausii I-52 염색체 DNA에 integration된 pHPS9-fuBCAP plasmid는 단백질 발현과 함께 8일간의 계대배양 동안에 안정하게 유지되고 있음을 확인하였다.

• KSBB Journal
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• 제11권2호
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• pp.165-172
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• 1996

자신의 3차구조를 가진 인체 프로인슐린을 얻기 위하여 Staphylococcal 프로테인 A(SPA)의 신호 랩타이드를 이용하여 대장균내에서 분비 발현을 시도하였다. 분비 발현을 위해 T7 프로모터, SPA 리보좀 바인팅 부위, SPA 신호 랩타이드, 프로인슐린 유전자를 연속적으로 연결하여 분비 벡터를 구성하였다. 이 벡터를 대장균에 넣은후 발현을 유도했으 나 면역적으로 반응하는 인체 프로인슐린은 배양액이나 페리프라스믹 공간에서 거의 존재하지 않았으며 세포 내에도 존재하지 않았다. 그러나 말현 유도시 세포 내에 프로인슐린 RNA가 급격히 증가하였으며 구성한 벡터는 실험실적으로 프로인슐린을 전 사(transcription) , 번역 (translation) 할 수 있었다. 이는 프로인슐린이 번역 후 급히 세포내에서 분 해됨을 의미하며 이로 인해 분비된 프로인슐린을 거의 얻을 수 없게 된 것으로 생각된다. 그러나 프로인 슐린의 세포내 안정성을 위해 말토즈 바인딩 프로테인을 융합짝으로 프로인슐린에 연결한 경우 과량의 분비된 인체 프로인슐린을 검출할 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제8권4호
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• pp.378-387
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• 1998

The DNA sequence immediately following the xynA gene of Bacillus stearothermophilus 236 ［about l-kb region downstream from the translational termination codon (TAA) of the xynA gene］was found to have an ability to enhance the xylanase activity of the upstream xynA gene. An 849-bp ORF was identified in the downstream region, and the ORF was confirmed to encode a novel protein of 283 amino acids designated as XaiF (xylanase-activity-increasing factor). From the nucleotide sequence of the xaiF gene, the molecular mass and pI of XaiF were deduced to be 32,006 Da and 4.46, respectively. XaiF was overproduced in the E. coli cells from the cloned xaiF gene by using the T7 expression system. The transcriptional initiation site was determined by primer extension analysis and the putative promoter and ribosome binding regions were also identified. Blast search showed that the xaiF and its protein product had no homology with any gene nor any protein reported so far. Also, in B. subtilis, the xaiF trans-activated the xylanase activity at the same rate as in E. coli. In contrast, xaiF had no activating effect on the co-expressed ${\beta}-xylosidase$ of the xylA gene derived from the same strain of B. stearothermophilus. In addition, the intracellular and extracellular fractions from the E. coli cells carrying the plasmid-borne xaiF gene did not increase the isolated xylanase activity, indicating that the protein-protein interaction between XynA and XaiF was not a causative event for the xylanase activating effect of the xaiF gene.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제27권11호
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• pp.1999-2009
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• 2017

The secretion efficiency of a protein in a Sec-type secretion system is mainly determined by an N-terminal signal peptide and its combination with its cognate protein. Five signal peptides, namely, two synthetic Sec-type and three Bacillus licheniformis alpha-amylase-derived signal peptides, were compared for periplasmic expression of the human growth hormone (hGH) in E. coli. Based on in silico predictions on the signal peptides' cleavage efficiencies and their corresponding mRNA secondary structures, a number of amino acid substitutions and silent mutations were considered in the modified signal sequences. The two synthetic signal peptides, specifically designed for hGH secretion in E. coli, differ in their N-terminal positively charged residues and hydrophobic region lengths. According to the mRNA secondary structure predictions, combinations of the protein and each of the five signal sequences could lead to different outcomes, especially when accessibility of the initiator ATG and ribosome binding sites were considered. In the experimental stage, the two synthetic signal peptides displayed complete processing and resulted in efficient secretion of the mature hGH in periplasmic regions, as was demonstrated by protein analysis. The three alpha-amylase-derived signal peptides, however, were processed partially from their precursors. Therefore, to achieve efficient secretion of a protein in a heterologous system, designing a specific signal peptide by using a combined approach of optimizations of the mRNA secondary structure and the signal peptide H-domain and cleavage site is recommended.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제18권3호
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• pp.309-316
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• 1990

Bacillus circulans F-2의 생산하는 NaCl 의존성 amylase(NaCl-dependent amylase) 유전자를 함유하는 1795bp의 DNA 염기배열을 결정하였다. 본 유전자의 ORF는 총염기수 1005bp(335 아미노산)로 구성되며, 분자량 38,006의 amylase의 분자량 약 35,000과 일치하였다. 본 유전자의 상류영역(upstream region)에는 고초균(Bacillus subtiis)의 전형적인 전사발현영역(transcriptional region)과 상보적인 DNA역역이 존재하였다. 성숙단백질의 N-말단측 아미노산 배열은 Ala-Ser-Lys-Val-Gly이며, 분비에 필요한 20개의 signal 아미노산 배열을 갖는 전형적인 분비 단백질임이 확인 되었다. 한편 다른 amylase들과 비교결과, smylase 활성발현과 밀접히 관련되 있는 4개 부위의 상보성영역(homologous region)을 가지고 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제30권9호
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• pp.1430-1435
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• 2020

Bacterial cellulose (BC) has outstanding physical and chemical properties, including high crystallinity, moisture retention, and tensile strength. Currently, the major producer of BC is Komagataeibacter xylinus. However, due to limited tools of expression, this host is difficult to engineer metabolically to improve BC productivity. In this study, a regulated expression system for K. xylinus with synthetic ribosome binding site (RBS) was developed and used to engineer a BC biosynthesis pathway. A synthetic RBS library was constructed using green fluorescent protein (GFP) as a reporter, and three synthetic RBSs (R4, R15, and R6) with different strengths were successfully isolated by fluorescence-activated cell sorting (FACS). Using synthetic RBS, we optimized the expression of three homologous genes responsible for BC production, pgm, galU, and ndp, and thereby greatly increased it under both static and shaking culture conditions. The final titer of BC under static and shaking conditions was 5.28 and 3.67 g/l, respectively. Our findings demonstrate that reinforced metabolic flux towards BC through quantitative gene expression represents a practical strategy for the improvement of BC productivity.

• 대한핵의학회지
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• 제38권4호
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• pp.294-299
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• 2004

목적 : 현재 생체 내로 이식된 세포를 추적하는데 여러 가지 리포터 유전자들이 이용되고 있다. 이 연구에서는 사람 나트륨 옥소 공동 수송체 (hNIS)와 도파민 2 수용체($D_2R$)를 이중 리포터 유전자로 사용하여 각각을 비교하였다. 대상 및 방법: hNIS와 $D_2R$의 발현이 동시에 이루어지도록 하기 위해서 IRES (Internal ribosome entry site)로 연결된 재조합 플라스미드(pIRES-hNIS/D_2R)를 제조하였다. $pIRES-hNIS/D_2R$를 사람의 간암세포주인 SK-Hep1에 lipofactamine을 이용하여 형질을 도입시킨 후, 항생제(G418)를 농도별로 처리하여 2주간 선별하였다(HEP-ND). hNIS와 $D_2R$발현 유무와 발현 정도를 알아보기 위하여 각 유전자에 특이적인 프라이머를 이용하여 RT-PCR을 수행하였다. 각 형질 도입세포군에서, hNIS의 활성은 $^{125}I$ 섭취율을 이용하여 측정하고 $D_2R$의 활성은 $[^3H]spiperone$을 리간드로 이용하여 수용체 결합 정도를 측정하였다. 결과: 선별된 HEP-ND세포에서 hNIS와 $D_2R$의 발현을 RT-PCR로 확인하였을 때 IRES로 연결된 hNIS와 $D_2R$의 발현 정도는 서로 비슷하였다. HEP-ND세포의 $^{125}I$ 섭취율은 대조군인 SK-Hep1세포에 배해 30-40배 증가되었고, $KClO_4$에 의해 $^{125}I$ 섭취가 저해되었다. $D_2R$의 발현 정도를 측정할 수 있는 수용체 결합 분석법을 통해G418 농도별로 나눈 두 종류의 세포주에서, $[^3H]spiperone$을 이용한 해리상수 ($K_d$)와 최대결합 부위농도 ($B_{max}$)는 각각 2.92 nM, 745.25 fmol/mg protein과 8.91nM, 1323 fmole/mg protein이었다. hNIS와 $D_2R$발현의 상관관계에서는 높은 상관관계를 나타내었다. 결론: 이 연구에서 hNIS와 $D_2R$가 이입된 세포주에서 이중 유전자, 감마 영상 리포터 시스템을 개발하였으며, $D_2R$와 HNIS 유전자를 이중 핵 영상 시스템으로서 서로 상호보완적으로 이용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

• 한국미생물학회:학술대회논문집
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• 한국미생물학회 1991년도 춘계학술발표대회 논문집
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• pp.225-236
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• 1991

The genes encoding the thermostable $\alpha$-amylase and maltogenic amylase from Bacillus lichenciformis were cloned and expressed in E. coli. The recombinant plasmid pTA322 was found to contain a 3.1kb EcoRI genomic DNA fragment of the thermostable $\alpha$-amylase. The cloned $\alpha$-amylase was compared with the B. licheniformis native $\alpha$-amylase. Both $\alpha$-amylase have the same optimal temperature of $70^{\circ}C$ and are stable in the pH range of 6 and 9. The complete nucleotide sequences of the thermostable $\alpha$-amylase gene were determined. It was composed of one open reading rame of 1,536 bp. Start and stop codons are ATG and TAG. From the amino acid sequence deduced from the nucleotide sequence, the cloned thermostable $\alpha$-amylase is composed of 483 amino acid residues and its molecular weight is 55,200 daltons. The content of guanine and cytosine is $47.46mol\%$ and that of third base codon was $53_41mol\%$. The recombinant plasmid, pIJ322 encoding the maltogenic amylase contains a 3.5kb EcoRI-BamHI genomic DNA fragment. The optimal reaction temperature and pH of the maltogenci amylase were $50^{\circ}C$ and 7, respectively. The maltogenic amylase was capable of hydrolysing pullulan, starch and cyclodextrin to produce maltose from starch and panose from pullulan. The maltogenic amylase also showed the transferring activity. The maltogenic amylase gene is composed of one open reading frame of 1,734bp. Start and stop codons are ATG and ATG. At 2bp upstream from start codon, the nucleotide sequence AAAGGGGGAA seems to be the ribosome-binding site(RBS, Shine-Dalgarno sequence). A putative promoter(-35 and-10 regions) was found to be GTTAACA and TGATAAT. From deduced amino acid sequence from the nucleotide srquence, this enzyme was comosed of 578 amino acid residues and its molecular weight was 77,233 daltons. The content of guanine and cytosine was $48.1mol\%$. The new recombinant plasmid, pTMA322 constructed by inserting the thermostable $\alpha$-amylase gene in the EcoRI site of pIJ322 to produce both the thermostable $\alpha$-amylase and the maltogenic amylase were expressed in the E. coli. The two enzymes expressed from E. coli containing pTMA322 was reacted with the $15\%$ starch slurry at $40^{\circ}C$ for 24hours. The distribution of the branched oligosaccharides produced by the single-step process was of the ratio 50 : 50 between small oligosaccharide up DP3 and large oligosaccharide above DP3.

• 미생물학회지
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• 제47권3호
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• pp.200-208
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• 2011

임상에서 가장 문제가 되는 MLS (macrolide-lincosamidestreptogramin B) 항생제 내성은 Erm 단백질에 의하여 23S rRNA의 A2058에 dimethylation시킴으로써 MLS 항생제의 부착능을 저해함으로써 나타내는 내성이다. ErmSF는 다른 Erm 단백질과 달리 매우 긴 N-terminal end region (NTER)을 가지고 있으며 RNA에 잘 부착되는 것으로 알려진 arginine이 25%를 차지하고 있다. 특히 NTER의 점차적인 제거는 이에 따른 점차적인 활성의 감소 그리고 이의 완전한 제거는 98%의 활성소실을 가져다 주는 것으로 밝혀져서 단순 부착에 의한 활성에의 기여를 암시하고 있다. 뿐만 아니라 NTER 다음에 붙어 있는 아미노산은 제거되었을 때 활성이 소실되는 매우 중요한 아미노산임이 밝혀졌다. 이러한 사실에 근거, 서로 다른 복제원점을 가짐으로써 동일한 세포 내에 존재할 수 있으며 발현 체계가 동일하나 copy수가 차이가 있어서 단백질 발현 양에 차이를 가져다 주는 새로운 단백질 동시 발현체계를 개발하고 이를 적용하여 NTER 함유 펩타이드를 copy수가 많은 pET23b 체계의 담체에서, ErmSF는 copy수가 적은 pACYC184 담체 체계에서 발현 시킴으로써 펩타이드가 한 세포 내에서 ErmSF 보다 훨씬 더 많이 발현되도록 하여 이 펩타이드가 ErmSF의 활성을 저해할 수 있는지 확인하였다. 계획된 대로 IPTG에 의한 유도 없이도 펩타이드가 ErmSF보다 세포 내에서 훨씬 많이 발현되었다. 그러나 생체 내에서는 그 활성의 저해를 확인 할 수 없었다. 따라서 ErmSF의 활성은 NTER 펩타이드의 단순한 부착에 의해서 이루어지는 것이 아니라 conformational change 등의 역동적인 상호작용을 통하여 이루어지는 것으로 사료되었다. 따라서 ErmSF와 23S rRNA와의 복합체 구조의 규명 그리고 NTER과 ErmSF protein body의 부착양식에 대한 구체적인 생화학적 규명이 이루어지면 이러한 접근법은 이 단백질의 억제제를 창출하는데 기여를 할 수 있을 것으로 사료된다.