[go: up one dir, main page]

RU2740715C2 - Modified groel protein of microorganism thermus thermophilus - Google Patents

Modified groel protein of microorganism thermus thermophilus Download PDF

Info

Publication number
RU2740715C2
RU2740715C2 RU2018141977A RU2018141977A RU2740715C2 RU 2740715 C2 RU2740715 C2 RU 2740715C2 RU 2018141977 A RU2018141977 A RU 2018141977A RU 2018141977 A RU2018141977 A RU 2018141977A RU 2740715 C2 RU2740715 C2 RU 2740715C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
protein
groel
polylinker
microorganism
thermus thermophilus
Prior art date
Application number
RU2018141977A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018141977A (en
RU2018141977A3 (en
Inventor
Владимир Андреевич Зенин
Мария Сергеевна Юркова
Эльчин Гусейнгулу оглы Садыхов
Алексей Николаевич Федоров
Виктор Васильевич Суровцев
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Российский университет дружбы народов" (РУДН)
Priority to RU2018141977A priority Critical patent/RU2740715C2/en
Publication of RU2018141977A publication Critical patent/RU2018141977A/en
Publication of RU2018141977A3 publication Critical patent/RU2018141977A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2740715C2 publication Critical patent/RU2740715C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/195Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from bacteria
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: biotechnology.
SUBSTANCE: invention relates to thermally stable protein GroEL of Thermus thermophilus microorganism. Disclosed is a thermally stable GroEL protein of a microorganism Thermus thermophilus, used as carrier protein of target peptides in fused protein structures for expression in host microorganism cells. Coding DNA sequence of said protein contains a polylinker GGATCCAAGCTTGAATTC between codons corresponding to positions Ser199 and Tyr201, wherein the polylinker sequence contains restriction sites HindIII, BamHI, EcoRI, and corresponds to the sequence Gly-Ser-Lys-Leu-Glu-Phe.
EFFECT: invention provides higher stability, thermal stability and expression level of said GroEL protein in a host cell.
1 cl, 6 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области биохимии, а именно, к получению новой, модифицированной формы термостабильного белка GroEL микроорганизма Т. thermophilus. Может быть использовано в фармакологической промышленности в качестве белка-носителя для биосинтеза рекомбинантных пептидов, синтез которых не рентабелен существующими технологиями, в научно-исследовательских лабораториях для наработки различных пептидов в целях поиска обладающих необходимыми свойствами.The invention relates to the field of biochemistry, namely, to obtain a new, modified form of the thermostable protein GroEL of the microorganism T. thermophilus. It can be used in the pharmaceutical industry as a carrier protein for the biosynthesis of recombinant peptides, the synthesis of which is not profitable by existing technologies, in research laboratories for the production of various peptides in order to search for those with the necessary properties.

Семейство белков-шаперонов GroEL выглядит привлекательным как белок-носитель для системы слитых белков [Alexey N. Fedorov, and Maria S. Yurkova. Molecular Chaperone GroEL - toward a Nano Toolkit in Protein Engineering, Production and Pharmacy // Nano World J. 2018. T. 4. №1. C. 8-15]. Данный шаперон представляет собой большую частицу, состоящую из двух гептамеров. Полость, образованная протомером, вмещает белковый субстрат. GroEL является хорошо изученным шапероном, его структура и функционирование подробно описаны [Horwich A.L., Farr G.W., Fenton W.A. GroEL-GroES-mediated protein folding // Chem. Rev. 2006. T. 106. №5. C. 1917-1930; Horwich A.L. и др. Two families of chaperonin: physiology and mechanism // Annu Rev Cell Dev Biol. 2007. T. 23. C. 115-145]. Обычно одна молекула белкового субстрата связывается с одним протомером GroEL; что касается всей частицы, обычно между двумя протомерами при связывании субстратного белка наблюдается отрицательная кооперативность. Общая полость, образованная внутри гептамера, достаточна для размещения достаточно большого субстратного белка [Thirumalai D., Lorimer G.H. Chaperonin-mediated protein folding // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2001. Т. 30. С. 245-269; Saibil Н. Chaperone machines for protein folding, unfolding and disaggregation // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2013. T. 14. №10. C. 630-642].The GroEL family of chaperone proteins looks attractive as a carrier protein for a fusion protein system [Alexey N. Fedorov, and Maria S. Yurkova. Molecular Chaperone GroEL - toward a Nano Toolkit in Protein Engineering, Production and Pharmacy // Nano World J. 2018. T. 4. No. 1. C. 8-15]. This chaperone is a large particle composed of two heptamers. The cavity formed by the protomer contains the protein substrate. GroEL is a well-studied chaperone, its structure and functioning are described in detail [Horwich A.L., Farr G.W., Fenton W.A. GroEL-GroES-mediated protein folding // Chem. Rev. 2006. T. 106. No. 5. C. 1917-1930; Horwich A.L. et al. Two families of chaperonin: physiology and mechanism // Annu Rev Cell Dev Biol. 2007. T. 23. C. 115-145]. Typically, one protein substrate molecule binds to one GroEL protomer; as for the whole particle, usually negative cooperativity is observed between the two protomers when binding the substrate protein. The total cavity formed inside the heptamer is sufficient to accommodate a sufficiently large substrate protein [Thirumalai D., Lorimer G.H. Chaperonin-mediated protein folding // Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 2001. T. 30. S. 245-269; Saibil N. Chaperone machines for protein folding, unfolding and disaggregation // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2013. T. 14. No. 10. C. 630-642].

Присоединение дополнительных аминокислотных последовательностей к последовательности GroEL влияет на стабильность шаперона. И его N-конец, и С-конец глубоко погружены в белковую глобулу, так что присоединение любых дополнительных последовательностей к любым из концов может повлиять на третичную и четвертичную структуры. Некоторые результаты исследований показывают, что размещение 6His-tag дестабилизирует исходную структуру частиц GroEL и что очистка His-tagged GroEL происходит с низкой эффективностью и в результате дает только мономерную форму. Изучение трехмерной структуры GroEL предполагает, что присоединение любых дополнительных последовательностей к его концам должно дестабилизировать его структуру. Основной целью данного исследования было достижение способности GroEL являться белком-носителем для присоединения целевых пептидов, сохраняя при этом свою третичную и четвертичную структуры. Единственное исследование, которое ранее рассматривало этот вопрос, было основано на анализе случайных вставок транспозонов в геном GroEL. Было обнаружено, что транспозоновые вставки дестабилизировали частицу GroEL, все они приводили к дестабилизации колец гептамера, многие мутанты были нерастворимы [Amatore D., Baneyx F. Insertion mutagenesis of Escherichiacoli GroEL // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003. T. 302. №2. C. 246-252]. Естественное ограничение этого подхода и, как следствие, ограничение его выводов следует из анализа ограниченного числа вариантов транспозонов, которые не были предварительно выбраны для оптимального размещения вставки с учетом третичной структуры. Известно, что случайные вставки транспозона обычно инактивируют белки и влияют на их нативную структуру.The attachment of additional amino acid sequences to the GroEL sequence affects the stability of the chaperone. Both its N-terminus and C-terminus are deeply embedded in the protein globule, so that the attachment of any additional sequences to either of the ends can affect the tertiary and quaternary structures. Several research results indicate that placement of the 6His-tag destabilizes the original structure of the GroEL particles and that the His-tagged GroEL is purified with low efficiency and results in only the monomeric form. Studying the three-dimensional structure of GroEL suggests that attaching any additional sequences to its ends should destabilize its structure. The main goal of this study was to achieve the ability of GroEL to be a carrier protein for the attachment of target peptides, while maintaining its tertiary and quaternary structures. The only study that previously addressed this issue was based on the analysis of random insertions of transposons into the GroEL genome. It was found that transposon insertions destabilized the GroEL particle, they all led to destabilization of the heptamer rings, many mutants were insoluble [Amatore D., Baneyx F. Insertion mutagenesis of Escherichiacoli GroEL // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003. T. 302. No. 2. S. 246-252]. The natural limitation of this approach and, as a consequence, the limitation of its conclusions follows from the analysis of a limited number of transposon variants that were not preselected for optimal placement of the insert taking into account the tertiary structure. It is known that random transposon insertions usually inactivate proteins and affect their native structure.

Анализ кристаллической структуры мономера GroEL с разрешением 2,8

Figure 00000001
показывает, что каждая субъединица имеет три домена. В большинстве организмов GroEL имеет сложную четвертичную структуру, состоящую из двух колец по семь мономеров в каждом, и стабилизированную кольцом из семи мономеров ко-фактора GroES (фиг. 1)Crystal structure analysis of GroEL monomer with 2.8 resolution
Figure 00000001
shows that each subunit has three domains. In most organisms, GroEL has a complex quaternary structure consisting of two rings of seven monomers each, and stabilized by a ring of seven monomers of the GroES co-factor (Fig. 1)

Технический результат изобретения заключается в повышении стабильности, термостабильности и уровня экспрессиии модифицированного белка GroEL в клетке-хозяине, понижение чувствительности аминокислотной последовательност к протеолизу, а также обязательное содержание в кодирующей части полилинкера для возможности интеграции последовательности целевого пептида.The technical result of the invention is to increase the stability, thermal stability and expression level of the modified GroEL protein in the host cell, reduce the sensitivity of amino acid sequences to proteolysis, as well as the mandatory content in the coding part of the polylinker for the possibility of integrating the target peptide sequence.

Технический результат изобретения достигается тем, что создается конструкт версии шаперона GroEL микроорганизма Т. thermophilus, с помощью изменения кодирующей последовательности ДНК GroEL - между кодонами по положениям Ser199 и Tyr201 интегрировали полилинкер с последовательностью GGATCCAAGCTTGAATTC. Эта последовательность содержит рестрикционные сайты BamHI, HindIII и EcoRI и соответствует транскрипции Gly-Ser-Lys-Leu-Glu-Phe. Анализ третичной структуры мономера GroEL показывает, что аминокислотные остатки Ser199 и Tyr201 расположены на субтрат-связывающей поверхности апикального домена GroEL, но не входят в состав жестких структур, образующих субстрат-связывающую поверхность. В стабильной частице GroELS аминокислотные остатки Ser199 и Tyr201 находятся на поверхности, обращенной внутрь полости частицы (фиг. 2), что делает возможным последующее использование модифицированного белка в качестве белка-носителя в слитых конструктах с целевым пептидом. Частица GroELS обладает высокой молекулярной массой (более 850 кДа), что технологически упрощает выделение конструкта из клеточного лизата методами гель-фильтрации и ультрафильтрации. Использование шаперона термофильного микроорганизма, помимо того, позволяет проводить первую стадию очистки с помощью тепловой денатурации эндогенных белков мезофильной бактерии.The technical result of the invention is achieved by creating a construct of the GroEL chaperone version of the microorganism T. thermophilus, by changing the GroEL DNA coding sequence - a polylinker with the GGATCCAAGCTTGAATTC sequence was integrated between the codons at positions Ser199 and Tyr201. This sequence contains the BamHI, HindIII and EcoRI restriction sites and corresponds to the transcription of Gly-Ser-Lys-Leu-Glu-Phe. Analysis of the tertiary structure of the GroEL monomer shows that the amino acid residues Ser199 and Tyr201 are located on the subtrate-binding surface of the apical domain of GroEL, but are not part of the rigid structures that form the substrate-binding surface. In the stable GroELS particle, the amino acid residues Ser199 and Tyr201 are located on the surface facing the interior of the particle cavity (Fig. 2), which makes it possible to subsequently use the modified protein as a carrier protein in fusion constructs with the target peptide. The GroELS particle has a high molecular weight (more than 850 kDa), which technologically simplifies the isolation of the construct from the cell lysate by gel filtration and ultrafiltration. The use of a chaperone of a thermophilic microorganism, in addition, allows the first stage of purification by thermal denaturation of endogenous proteins of the mesophilic bacterium.

Модифицированный белок после вставки полилинкера не должен изменять нативную конформацию, а должен оставаться стабильным и хорошо растворимым.The modified protein after insertion of the polylinker should not change the native conformation, but should remain stable and well soluble.

Существенными признаками, характеризующими изобретение, в отличие от исходной версии белка, является использование модифицированного термостабильного белка GroEL микроорганизма Т. thermophilus с наличием полилинкера для возможности его использования для создания конструктов с целевым пептидом, высокоэкспрессивной, не подверженной протеолизу, с нейтрализацией любой пептидной цитотоксичности.The essential features that characterize the invention, in contrast to the original version of the protein, is the use of a modified thermostable protein GroEL of the microorganism T. thermophilus with the presence of a polylinker for the possibility of using it to create constructs with a target peptide, highly expressive, not subject to proteolysis, with neutralization of any peptide cytotoxicity.

Краткое описание фигур и чертежей:Brief description of figures and drawings:

Фиг. 1 Структура комплекса GroELS.FIG. 1 The structure of the GroELS complex.

Фиг. 2 Протомер GroEL. Выделены места введения полилинкера на субстрат-связывающей поверхности апикального домена.FIG. 2 Protomer GroEL. The sites of polylinker injection on the substrate-binding surface of the apical domain were identified.

Фиг. 3 Экспрессия GroEL с интегрированной последовательностью полилинкера 1 - до индукции ИПТГ 2 - после индукции ИПТГ.FIG. 3 Expression of GroEL with integrated sequence of polylinker 1 - before IPTG induction 2 - after IPTG induction.

Фиг. 4 Электрофорез белкового профиля модифицированного GroEL с интегрированным полилинкером. 1 - клеточный лизат до нагревания, 2 - супернатант после прогревания, 3 - осадок после прогревания, MW - белковый маркер молекулярного веса.FIG. 4 Electrophoresis of the protein profile of the modified GroEL with an integrated polylinker. 1 - cell lysate before heating, 2 - supernatant after heating, 3 - sediment after heating, MW - protein molecular weight marker.

Фиг. 5 Экспрессия GroEL с интегрированной последовательностью полифемузина в положении полилинкера 1 - до индукции ИПТГ 2 - после индукции ИПТГ.FIG. 5 Expression of GroEL with an integrated polyphemusine sequence at polylinker position 1 - before IPTG induction 2 - after IPTG induction.

Фиг. 6 Электрофорез белкового профиля модифицированного GroEL с интегрированным полифемузином. 1 - клеточный лизат до нагревания, 2 - супернатант после прогревания, 3 - осадок после прогревания, MW - белковый маркер молекулярного веса.FIG. 6 Electrophoresis of the protein profile of modified GroEL with integrated polyphemusine. 1 - cell lysate before heating, 2 - supernatant after heating, 3 - sediment after heating, MW - protein molecular weight marker.

Предложенный способ поясняется следующими материалами:The proposed method is illustrated by the following materials:

Проводили введение полилинкера в ген GroEL. Небольшой полилинкер, содержащий BamHI, HindIII и EcoRI, вводили для клонирования в ген между триплетами, кодирующими аминокислоты Ser199 и Tyr201. На первой стадии два сегмента желаемой генной конструкции отдельно амплифицировали с использованием в качестве матрицы ДНК Т. Thermophilus (RefSeq assembly: GCF_000091545.1; GenBank: AP008226.1). Первый фрагмент амплифицировали с использованием праймеров SeqID №1-2, второй с использованием праймеров SeqID №3-4. Реакции проводили в следующих условиях: Pfu buffer 1x(20 mM Tris-HCl pH=8.8; 10 mM (NH4)SO4, 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v/v, 0.1 mg/ml BSA), 1.2u Pfu-polymerase, 10 pmol each primers, по следующей схеме ПЦР: 94°C 3 минуты, 40 циклов (94°С 40 сек, 60°С 40 сек, 72°С 2 минуты), 72°С 3 минуты.A polylinker was introduced into the GroEL gene. A small polylinker containing BamHI, HindIII and EcoRI was introduced for cloning into the gene between the triplets encoding the amino acids Ser199 and Tyr201. In a first step, two segments of the desired gene construct were separately amplified using T. Thermophilus DNA as template (RefSeq assembly: GCF_000091545.1; GenBank: AP008226.1). The first fragment was amplified using primers SeqID # 1-2, the second using primers SeqID # 3-4. The reactions were carried out under the following conditions: Pfu buffer 1x (20 mM Tris-HCl pH = 8.8; 10 mM (NH 4 ) SO 4 , 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v / v, 0.1 mg / ml BSA), 1.2 u Pfu-polymerase, 10 pmol each primers, according to the following PCR scheme: 94 ° C 3 minutes, 40 cycles (94 ° C 40 sec, 60 ° C 40 sec, 72 ° C 2 minutes), 72 ° C 3 minutes.

Фрагменты очищали методом агарозного гель-электрофореза в 1% агарозном геле в 1x буфере ТБЕ, очищали фрагмент с помощью набора для очистки ДНК из геля «QIAEX II Gel Extraction Kit»Fragments were purified by agarose gel electrophoresis in 1% agarose gel in 1x TBE buffer, the fragment was purified using a kit for DNA purification from QIAEX II Gel Extraction Kit

Комбинационная амплификация с использованием очищенных фрагментов, полученных на предыдущей стадии, в виде матриц и двух праймеров SeqID №1 и SeqID №4, продуцировала нуклеотидную последовательность гена, кодирующую GroEL с полилинкером. Реакцию проводили в следующих условиях: Pfu buffer 1x(20 mM Tris-HCl pH=8.8; 10 mM (NH4)SO4, 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v/v, 0.1 mg/ml BSA), 1.2u Pfu-polymerase, 10 pmol each primers, по следующей схеме ПЦР: 94°C 3 минуты, 40 циклов (94°С 40 сек, 60°С 40 сек, 72°С 2 минуты), 72°С 3 минуты.Combination amplification using the purified fragments obtained in the previous step, in the form of templates and two primers SeqID # 1 and SeqID # 4, produced a nucleotide gene sequence encoding GroEL with a polylinker. The reaction was carried out under the following conditions: Pfu buffer 1x (20 mM Tris-HCl pH = 8.8; 10 mM (NH 4 ) SO 4 , 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v / v, 0.1 mg / ml BSA), 1.2 u Pfu-polymerase, 10 pmol each primers, according to the following PCR scheme: 94 ° C 3 minutes, 40 cycles (94 ° C 40 sec, 60 ° C 40 sec, 72 ° C 2 minutes), 72 ° C 3 minutes.

Фрагмент очищали методом агарозного гель-электрофореза в 1% агарозном геле в 1x буфере ТБЕ с помощью набора для очистки ДНК из геля «QIAEX II Gel Extraction Kit»The fragment was purified by agarose gel electrophoresis in 1% agarose gel in 1x TBE buffer using a kit for DNA purification from gel "QIAEX II Gel Extraction Kit"

Далее полученный фрагмент расщепляли рестрикционными ферментами NdeI и BglII следующих условиях: 1x буфер О (Orange) (50 mM Tris-HCl рН=7.5, 10 mM MgCl2, 100 mM NaCl, 0.1 mg/ml BSA), по 5 ед.а. каждого фермента BglII и NdeI, 50 нг ДНК и инкубировали при 37°С в течение 16 часов.Then the resulting fragment was digested with restriction enzymes NdeI and BglII under the following conditions: 1x buffer O (Orange) (50 mM Tris-HCl pH = 7.5, 10 mM MgCl 2 , 100 mM NaCl, 0.1 mg / ml BSA), 5 units each. each enzyme BglII and NdeI, 50 ng DNA and incubated at 37 ° C for 16 hours.

GroES амплифицировали с использованием праймеров SeqID №5-6 содержащие сайты рестрикции для NcoI и NotI, соответственно, и генома Т. thermophilus в качестве матрицы в следующих условиях: Pfu buffer 1x(20 mM Tris-HCl pH=8.8; 10 mM (NH4)SO4, 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v/v, 0.1 mg/ml BSA), 1.2u Pfu-polymerase, 10 pmol каждого праймера, по следующей схеме ПЦР: 94°С 3 минуты, 40 циклов (94°С 40 сек, 60°С 40 сек, 72°С 2 минуты), 72°С 3 минуты. Полученный фрагмент ПЦР расщепляли ферментами NcoI и NotI в следующих условиях: Tango buffer 2x(66 mM Tris-acetate pH=7.9, 20 mM magnesium acetate, 132 mM potassium acetate, 0.2 mg/ml BSA), 5 ед.а. каждого фермента NcoI и NotI; инкубировали при 37°С в течение 16 часов. Далее клонировали в первый полилинкер экспрессии бицистронного вектора рЕТ Duet и получали вектор экспрессии pGroES. Лигирование проводили в следующих условиях: Ligation buffer 1x(40 mM Tris-HCl pH=7.9, 10 mM MgCl2, 10 mM DTT, 0.5 mM ATP), 20 нг плазмиды, 1:5 молярном соотношении вектор-вставка, 2 ед.а. лигазы по Вейсу. Лигирование проводили при 22°С в течении 1 часа.GroES was amplified using primers SeqID # 5-6 containing restriction sites for NcoI and NotI, respectively, and the T. thermophilus genome as a template under the following conditions: Pfu buffer 1x (20 mM Tris-HCl pH = 8.8; 10 mM (NH 4 ) SO 4 , 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v / v, 0.1 mg / ml BSA), 1.2u Pfu-polymerase, 10 pmol of each primer, according to the following PCR scheme: 94 ° C 3 minutes, 40 cycles ( 94 ° C 40 sec, 60 ° C 40 sec, 72 ° C 2 minutes), 72 ° C 3 minutes. The resulting PCR fragment was digested with NcoI and NotI enzymes under the following conditions: Tango buffer 2x (66 mM Tris-acetate pH = 7.9, 20 mM magnesium acetate, 132 mM potassium acetate, 0.2 mg / ml BSA), 5 units. each enzyme NcoI and NotI; incubated at 37 ° C for 16 hours. Then the bicistronic vector pET Duet was cloned into the first expression polylinker and the expression vector pGroES was obtained. Ligation was performed under the following conditions: Ligation buffer 1x (40 mM Tris-HCl pH = 7.9, 10 mM MgCl 2 , 10 mM DTT, 0.5 mM ATP), 20 ng plasmid, 1: 5 molar vector-to-insert ratio, 2 units a ... Weiss ligases. Ligation was performed at 22 ° C for 1 hour.

Затем клонировали фрагмент GroEL с интегрированным целевым полилинкером в полилинкер экспрессирующего бицистронного вектора рЕТ Duet вместе с геном, кодирующим Т. thermophilus GroES. Лигирование проводили в следующих условиях: Ligation buffer 1x(40 mM Tris-HCl pH=7.9, 10 mM MgCl2, 10 mM DTT, 0.5 mM ATP), 20 нг плазмиды, 1:5 молярном соотношении вектор-вставка, 2 ед.а. лигазы по Вейсу. Лигирование проводили при 22°С в течение 1 часа, что дает экспрессирующий вектор ploop/ES.Then the GroEL fragment with the integrated target polylinker was cloned into the polylinker of the pET Duet bicistronic expression vector together with the gene encoding T. thermophilus GroES. Ligation was performed under the following conditions: Ligation buffer 1x (40 mM Tris-HCl pH = 7.9, 10 mM MgCl 2 , 10 mM DTT, 0.5 mM ATP), 20 ng plasmid, 1: 5 molar vector-to-insert ratio, 2 units a ... Weiss ligases. The ligation was performed at 22 ° C for 1 hour, which gives the expression vector ploop / ES.

Химически компетентные клетки штамма E.coli pLysE в объеме 50 мкл размораживали на льду, затем добавляли 5 мкл лигазной смеси и инкубировали 30 минут на льду. Затем проводили термический шок при 42°С в течение 30 сек с последующим инкубированием на льду в течение 5 минут. Далее к трансформантам приливали 1 мл среды SOC предварительно нагретой до 37°С и инкубировали в течение 1 часа при постоянном покачивании в термостате-качалке. Далее 20 мкл проинкубированной смеси рассевали на чашки с твердой питательной средой LB, содержащей 100 мкг/мл ампициллина. Выращивали колонии в течение ночи при 37°С. Далее проводили аналитическую экспрессию по индивидуальным клонам, с индуктором 0.4 мМ ИПТГ (фиг. 3).Chemically competent cells of the E. coli strain pLysE in a volume of 50 μl were thawed on ice, then 5 μl of ligase mixture was added and incubated for 30 minutes on ice. Then, thermal shock was performed at 42 ° C for 30 seconds, followed by incubation on ice for 5 minutes. Next, 1 ml of SOC medium preheated to 37 ° C was added to the transformants and incubated for 1 hour with constant rocking in a rocking thermostat. Next, 20 μl of the incubated mixture was plated onto plates with LB solid culture medium containing 100 μg / ml ampicillin. Colonies were grown overnight at 37 ° C. Then, analytical expression was carried out for individual clones with the inducer of 0.4 mM IPTG (Fig. 3).

Экспрессия генов в экспрессионном штамме E.coli pLysE осуществлялась в среде LB, при 37оС в течение 3 часов; селективный агент - ампициллин 100 мкг/мл.Expression of genes in the expression strain of E. coli pLysE was carried out in LB medium, at 37 ° C for 3 hours; the selective agent is ampicillin 100 μg / ml.

Для очистки целевого белка проводили лизис с помощью френчпресса в буфере PBS (0.137 M NaCl, 0.0027 М KCl, 0.01 М Na2HPO4, 0.0018 M KH2PO4) при 4°C. Далее разбавляли в 5 раз буфером PBS с последующим прогреванием клеточного лизата при 62°С в течение 5 мин на водяной бане, и далее центрифугировали при 13000g в течение 15 мин. (фиг. 4)To purify the target protein, lysis was carried out using a French press in PBS buffer (0.137 M NaCl, 0.0027 M KCl, 0.01 M Na 2 HPO 4 , 0.0018 M KH2PO4) at 4 ° C. It was then diluted 5 times with PBS buffer, followed by heating the cell lysate at 62 ° С for 5 min in a water bath, and then centrifuged at 13000g for 15 min. (fig. 4)

В качестве подтверждения функциональности слитой конструкции, по зонам рестрикции интегрированного полилинкера был вставлен полипептид «Полифемузин», известный своей бактерицидной активностью. Последовательность полифемузина SeqID №7 была оптимизирована для использования в E.coli. Этот вариант полифемузина был гибридизирован из двух олигонуклеотидов SeqID №8-9. Олигонуклеотиды были сконструированы таким образом, что полученный полифемузин имел готовые липкие концы для клонирования по сайтам BamHI/EcoRI полилинкера, введенного в ген GroEL. Бицикронный векторный конструкт был расщеплен рестрикционными ферментами BamHI и EcoRI, и в него заклонировали полифемузин. Все результаты процедур клонирования были подтверждены секвенированием.To confirm the functionality of the fusion construct, the polypeptide "Polyphemusin", known for its bactericidal activity, was inserted into the restriction zones of the integrated polylinker. The sequence of polyphemusin SeqID # 7 was optimized for use in E. coli. This polyphemusin variant was hybridized from two SeqID # 8-9 oligonucleotides. The oligonucleotides were designed so that the resulting polyphemusine had ready-made sticky ends for cloning into the BamHI / EcoRI sites of the polylinker introduced into the GroEL gene. The bicycron vector construct was digested with restriction enzymes BamHI and EcoRI, and polyphemusine was cloned into it. All results from cloning procedures were confirmed by sequencing.

Экспрессия генов в экспрессионном штамме E.coli pLysE осуществлялась в среде LB, при 37°С в течение 3 часов; селективный агент - ампициллин 200 мкг/мл. (фиг. 5)Gene expression in the expression strain of E. coli pLysE was carried out in LB medium, at 37 ° C for 3 hours; the selective agent is ampicillin 200 μg / ml. (fig. 5)

Очищали полипептид нагреванием клеточного лизата при 62°С в течение 5 мин на водяной бане с последующим центрифугированием при 13000g в течение 15 мин. (фиг. 6)The polypeptide was purified by heating the cell lysate at 62 ° C for 5 min in a water bath, followed by centrifugation at 13000 g for 15 min. (fig. 6)

Пример 1. Получение модифицированного белка GroELExample 1. Obtaining a modified GroEL protein

Стадия 1.Stage 1.

Отдельно амплифицировать с использованием в качестве матрицы ДНК Т. Thermophilus (RefSeq assembly: GCF_000091545.1; GenBank: AP008226.1) первый фрагмент с использованием праймеров SeqID №1-2, второй с использованием праймеров SeqID №3-4. Реакцию провести в следующих условиях: Pfu buffer 1x(20 mM Tris-HCl pH=8.8; 10 mM (NH4)SO4, 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v/v, 0.1 mg/ml BSA), 1.2u Pfu-polymerase, 10 pmol each primers, по следующей схеме ПЦР: 94°C 3 минуты, 40 циклов (94°С 40 сек, 60°С 40 сек, 72°С 2 минуты), 72°С 3 минуты.Separately amplify using T. Thermophilus DNA as template (RefSeq assembly: GCF_000091545.1; GenBank: AP008226.1) the first fragment using SeqID # 1-2 primers, the second using SeqID # 3-4 primers. Carry out the reaction under the following conditions: Pfu buffer 1x (20 mM Tris-HCl pH = 8.8; 10 mM (NH 4 ) SO 4 , 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v / v, 0.1 mg / ml BSA), 1.2 u Pfu-polymerase, 10 pmol each primers, according to the following PCR scheme: 94 ° C 3 minutes, 40 cycles (94 ° C 40 sec, 60 ° C 40 sec, 72 ° C 2 minutes), 72 ° C 3 minutes.

Фрагменты очистить методом агарозного гель-электрофореза в 1% агарозном геле в 1х буфере ТБЕ с помощью набора для очистки ДНК из геля «QIAEX II Gel Extraction Kit»Purify the fragments by agarose gel electrophoresis in 1% agarose gel in 1x TBE buffer using a kit for DNA purification from gel "QIAEX II Gel Extraction Kit"

Провести комбинационная амплификацию с использованием очищенных фрагментов, полученных на предыдущей стадии, в виде матриц и двух праймеров SeqID №1 и SeqID №4 в следующих условиях: Pfu buffer 1x(20 mM Tris-HCl pH=8.8; 10 mM (NH4)SO4, 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v/v, 0.1 mg/ml BSA), 1.2u Pfu-polymerase, 10 pmol each primers, по следующей схеме ПЦР: 94°C 3 минуты, 40 циклов (94°С 40 сек, 60°С 40 сек, 72°С 2 минуты), 72°С 3 минуты.Carry out combination amplification using the purified fragments obtained at the previous stage in the form of templates and two primers SeqID # 1 and SeqID # 4 under the following conditions: Pfu buffer 1x (20 mM Tris-HCl pH = 8.8; 10 mM (NH 4 ) SO 4 , 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v / v, 0.1 mg / ml BSA), 1.2u Pfu-polymerase, 10 pmol each primers, according to the following PCR scheme: 94 ° C 3 minutes, 40 cycles (94 ° 40 sec, 60 ° C 40 sec, 72 ° C 2 minutes), 72 ° C 3 minutes.

Фрагмент очистить методом агарозного гель-электрофореза в 1% агарозном геле в 1х буфере ТБЕ с помощью набора для очистки ДНК из геля «QIAEX II Gel Extraction Kit»The fragment is purified by agarose gel electrophoresis in 1% agarose gel in 1x TBE buffer using a kit for DNA purification from gel "QIAEX II Gel Extraction Kit"

Стадия 2.Stage 2.

Полученный фрагмент расщепить рестрикционными ферментами NdeI и BglII следующих условиях: 1х буфер О (Orange) (50 mM Tris-HCl рН=7.5, 10 mM MgCl2, 100 mM NaCl, 0.1 mg/ml BSA), по 5 ед.а. каждого фермента BglII и NdeI, 50 нг ДНК и инкубировать при 37°С в течение 16 часов.The obtained fragment is digested with restriction enzymes NdeI and BglII under the following conditions: 1x buffer O (Orange) (50 mM Tris-HCl pH = 7.5, 10 mM MgCl 2 , 100 mM NaCl, 0.1 mg / ml BSA), 5 units each. each enzyme BglII and NdeI, 50 ng DNA and incubate at 37 ° C for 16 hours.

Стадия 3.Stage 3.

GroES амплифицировать с использованием праймеров SeqID №5-6 содержащие сайты рестрикции для NcoI и NotI, соответственно, и генома Т. thermophilus в качестве матрицы в следующих условиях: Pfu buffer 1x(20 mM Tris-HCl pH=8.8; 10 mM (NH4)SO4, 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v/v, 0.1 mg/ml BSA), 1.2u Pfu-polymerase, 10 pmol каждого праймера, по следующей схеме ПЦР: 94°С 3 минуты, 40 циклов (94°С 40 сек, 60°С 40 сек, 72°С 2 минуты), 72°С 3 минуты. Полученный фрагмент ПЦР расщепить ферментами NcoI и NotI в следующих условиях: Tango buffer 2x(66 mM Tris-acetate pH=7.9, 20 mM magnesium acetate, 132 mM potassium acetate, 0.2 mg/ml BSA), 5 ед.а. каждого фермента NcoI и NotI; инкубировали при 37°С в течение 16 часов. Далее клонировать в первый полилинкер экспрессии бицистронного вектора рЕТ Duet и получить вектор экспрессии pGroES. Лигирование проводить в следующих условиях: Ligation buffer 1x(40 mM Tris-HCl pH=7.9, 10 mM MgCl2, 10 mM DTT, 0.5 mM ATP), 20 нг плазмиды, 1:5 молярном соотношении вектор-вставка, 2 ед.а. лигазы по Вейсу. Лигирование проводить при 22°С в течение 1 часа.Amplify GroES using primers SeqID # 5-6 containing restriction sites for NcoI and NotI, respectively, and the T. thermophilus genome as a template under the following conditions: Pfu buffer 1x (20 mM Tris-HCl pH = 8.8; 10 mM (NH 4 ) SO 4 , 10 mM KCl, 0.1% Triton X-100 v / v, 0.1 mg / ml BSA), 1.2u Pfu-polymerase, 10 pmol of each primer, according to the following PCR scheme: 94 ° C 3 minutes, 40 cycles ( 94 ° C 40 sec, 60 ° C 40 sec, 72 ° C 2 minutes), 72 ° C 3 minutes. The obtained PCR fragment is digested with NcoI and NotI enzymes under the following conditions: Tango buffer 2x (66 mM Tris-acetate pH = 7.9, 20 mM magnesium acetate, 132 mM potassium acetate, 0.2 mg / ml BSA), 5 units of a. each enzyme NcoI and NotI; incubated at 37 ° C for 16 hours. Then clone the bicistronic vector pET Duet into the first expression polylinker and obtain the pGroES expression vector. Ligation is performed under the following conditions: Ligation buffer 1x (40 mM Tris-HCl pH = 7.9, 10 mM MgCl 2 , 10 mM DTT, 0.5 mM ATP), 20 ng plasmid, 1: 5 molar vector-insert ratio, 2 units a ... Weiss ligases. Carry out ligation at 22 ° C for 1 hour.

Стадия 4.Stage 4.

Клонировать фрагмент GroEL с интегрированным целевым полилинкером, полученным на стадии 2, в полилинкер экспрессирующего бицистронного вектора рЕТ Duet вместе с геном, кодирующим Т. thermophilus GroES. Лигирование проводить в следующих условиях: Ligation buffer 1x(40 mM Tris-HCl pH=7.9, 10 mM MgCl2, 10 mM DTT, 0.5 mM ATP), 20 нг плазмиды, 1:5 молярном соотношении вектор-вставка, 2 ед.а. лигазы по Вейсу. Лигирование проводить при 22°С в течение 1 часа.Clone the GroEL fragment with the integrated target polylinker obtained in step 2 into the polylinker of the bicistronic expression vector pET Duet together with the gene encoding T. thermophilus GroES. Ligation is performed under the following conditions: Ligation buffer 1x (40 mM Tris-HCl pH = 7.9, 10 mM MgCl 2 , 10 mM DTT, 0.5 mM ATP), 20 ng plasmid, 1: 5 molar vector-insert ratio, 2 units a ... Weiss ligases. Carry out ligation at 22 ° C for 1 hour.

Стадия 5.Stage 5.

Химически компетентные клетки штамма E.coli pLysE в объеме 50 мкл разморозить на льду, затем добавить 5 мкл лигазной смеси, полученной на стадии 4, и инкубировать 30 минут на льду. Затем провести термический шок при 42°С в течение 30 сек с последующим инкубированием на льду в течение 5 минут. Далее к трансформантам добавить 1 мл среды SOC, предварительно нагретой до 37°С, и инкубировать в течение 1 часа при постоянном покачивании в термостате-качалке. Далее 20 мкл проинкубированной смеси рассеить на чашки с твердой питательной средой LB, содержащей 100 мкг/мл ампициллина. Выращивать колонии в течение ночи при 37°С. Далее провести аналитическую экспрессию по индивидуальным клонам, с индуктором 0.4 мМ ИПТГ.Thaw chemically competent cells of the E. coli strain pLysE in a volume of 50 μl on ice, then add 5 μl of the ligase mixture obtained in step 4 and incubate for 30 minutes on ice. Then conduct thermal shock at 42 ° C for 30 seconds, followed by incubation on ice for 5 minutes. Next, add 1 ml of SOC medium preheated to 37 ° C to the transformants and incubate for 1 hour with constant rocking in a rocking thermostat. Next, dispense 20 μl of the incubated mixture onto plates with solid LB culture medium containing 100 μg / ml ampicillin. Grow colonies overnight at 37 ° C. Then carry out analytical expression for individual clones, with the inductor 0.4 mM IPTG.

Разработанный вариант GroEL представляет собой белок, состоящий из 548 аминокислотных остатка с молекулярным весом 58370 Дальтон.The developed variant of GroEL is a protein consisting of 548 amino acid residues with a molecular weight of 58370 Daltons.

Claims (1)

Термостабильный белок GroEL микроорганизма Thermus thermophilus, используемый в качестве белка-носителя целевых пептидов в слитых белковых конструкциях для экспрессии в клетках микроорганизма хозяина, кодирующая последовательность ДНК которого содержит полилинкер GGATCCAAGCTTGAATTC между кодонами, соответствующими положениям Ser199 и Tyr201, при этом последовательность полилинкера содержит сайты рестрикции HindIII, BamHI, EcoRI, и соответствует последовательности Gly-Ser-Lys-Leu-Glu-Phe.Thermostable protein GroEL of the microorganism Thermus thermophilus, used as a carrier protein of the target peptides in fusion protein constructs for expression in the cells of the host microorganism, the coding DNA sequence of which contains the polylinker GGATCCAAGCTTGAATTC between the codons corresponding to positions Ser199 and Tyr201, while the sites of the polylinker HindIII , BamHI, EcoRI, and corresponds to the sequence Gly-Ser-Lys-Leu-Glu-Phe.
RU2018141977A 2018-11-28 2018-11-28 Modified groel protein of microorganism thermus thermophilus RU2740715C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018141977A RU2740715C2 (en) 2018-11-28 2018-11-28 Modified groel protein of microorganism thermus thermophilus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018141977A RU2740715C2 (en) 2018-11-28 2018-11-28 Modified groel protein of microorganism thermus thermophilus

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018141977A RU2018141977A (en) 2020-05-28
RU2018141977A3 RU2018141977A3 (en) 2020-05-28
RU2740715C2 true RU2740715C2 (en) 2021-01-20

Family

ID=71067048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018141977A RU2740715C2 (en) 2018-11-28 2018-11-28 Modified groel protein of microorganism thermus thermophilus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2740715C2 (en)

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AMATORE D. ET AL.Insertion mutagenesis of Escherichia coli GroEL. Biochem Biophys Res Commun. 2003 Mar 7;302(2):246-52. *
FEDOROV A.N. ET AL. Molecular Chaperone GroEL - toward a Nano Toolkit in Protein Engineering, Production and Pharmacy. NanoWorld J. March 23, 2018, 4(1): 8-15. *
ЗЕНИН В.А. И ДР. Подходы к эффективной стабилизации белков с помощью молекулярных шаперонов и их производных. АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ, 2016, номер: 1-1, с. 225-229. *
ЗЕНИН В.А. И ДР. Подходы к эффективной стабилизации белков с помощью молекулярных шаперонов и их производных. АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ, 2016, номер: 1-1, с. 225-229. FEDOROV A.N. ET AL. Molecular Chaperone GroEL - toward a Nano Toolkit in Protein Engineering, Production and Pharmacy. NanoWorld J. March 23, 2018, 4(1): 8-15. AMATORE D. ET AL.Insertion mutagenesis of Escherichia coli GroEL. Biochem Biophys Res Commun. 2003 Mar 7;302(2):246-52. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018141977A (en) 2020-05-28
RU2018141977A3 (en) 2020-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rother et al. Identification and characterisation of the selenocysteine-specific translation factor SelB from the archaeon Methanococcus jannaschii
Chapman-Smith et al. Expression, biotinylation and purification of a biotin-domain peptide from the biotin carboxy carrier protein of Escherichia coli acetyl-CoA carboxylase
US10883091B2 (en) DNA polymerase variant and application thereof
EP1412504A2 (en) Methods of rna and protein synthesis
CN118792276A (en) T7 RNA polymerase mutant and its preparation method and application
MXPA04005717A (en) Expression system.
KR102722561B1 (en) Novel promoter variant for constitutive expression and use of the same
Mao et al. A position-dependent transcription-activating domain in TFIIIA
RU2740715C2 (en) Modified groel protein of microorganism thermus thermophilus
WO2022214065A1 (en) Rna-modifying chimeric protein and application thereof
JP2018514231A (en) Separation of growth and protein production
CA2467142C (en) Improved method for the recombinant production of polypeptides
KR20140133744A (en) Method for Producing Phosphoserine Incorporated Proteins by Using SepRS Mutants and EF-Tu Mutants
US7109015B2 (en) Removal of N-terminal methionine from proteins by engineered methionine aminopeptidase
RU2731895C2 (en) Groel protein of microorganism thermus thermophilus with altered amino acid sequence
US20080206811A1 (en) Process For Producing Polypeptide
WO2025081541A1 (en) Preparation method for non-natural rna and product
Xu et al. High-level expression and single-step purification of human tryptophanyl-tRNA synthetase
KR20160077750A (en) Mass production method of recombinant trans glutaminase
US20250075237A1 (en) Novel promoter variant for constitutive expression and use thereof
JP5324083B2 (en) High-reactivity thermostable DNA ligase
EP4079845A1 (en) Method for enhancing water solubility of target protein by whep domain fusion
JP3315827B2 (en) Method for producing active human ALT
KR101719751B1 (en) Method for Producing Phosphoserine Incorporated Proteins by Using SepRS Mutants and EF-Tu Mutants
RU2760578C2 (en) FUSED PROTEIN CONTAINING MODIFIED METHIONINE-FREE GroEL PROTEIN AND POLYPHEMUSINE I POLYPEPTIDE DIMER

Legal Events

Date Code Title Description
FA92 Acknowledgement of application withdrawn (lack of supplementary materials submitted)

Effective date: 20200914

FZ9A Application not withdrawn (correction of the notice of withdrawal)

Effective date: 20201103