高表达植酸酶毕赤酵母内质网稳态的形成及Wsc1p的调控

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:gaoq183
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毕赤酵母是重组蛋白分泌表达常用的宿主之一,目前已有超过5000种的重组蛋白在其中成功表达。当重组蛋白高表达时,内质网加工通量不足导致未折叠蛋白增加而造成内质网压力,对整个细胞的蛋白合成与生长有着不良的影响。共表达编码未折叠蛋白响应转录因子的基因HAC1i可以增强内质网蛋白加工水平和提高重组蛋白的表达量,但同时会导致内质网负荷增加。因此,细胞会通过相关途径的自调控,减轻内质网负荷和维护内质网稳态。但目前高表达重组蛋白时细胞维护内质网稳态而进行的调控还没有得到详细的解析。本研究利用动态蛋白质组学对高表达植酸酶及共表达HAC1i引起的毕赤酵母细胞的主要调控途径进行分析,并通过实验验证,探讨高效表达重组蛋白时细胞内质网稳态形成的机制及调控模式。具体研究内容及结果如下:(1)高表达植酸酶重组毕赤酵母菌株的构建通过优化表达载体的AOX1启动子与α信号肽序列、增加基因表达盒拷贝数至六拷贝和共表达HAC1i,构建了高效表达来源于柠檬酸杆菌CGMCC 1696的植酸酶的重组菌株。该菌株在甲醇诱导96 h时植酸酶酶活达到2119 U/mL,比原出发菌株的植酸酶酶活提高了312%。在10 L发酵罐高密度发酵中,该菌株在甲醇诱导120 h时植酸酶的酶活达到35032 U/mL,胞外蛋白浓度为9.58 g/L。(2)高表达植酸酶重组菌株的蛋白合成网络分析使用iTRAQ技术对共表达HAC1i高表达植酸酶的菌株与对照菌株在甲醇诱导24 h、72 h和96 h时的胞内蛋白进行分析,发现随着植酸酶表达量增加,内质网膜上的分子伴侣与酶的表达量和内质网蛋白加工水平逐渐增加,而核糖体相对水平逐渐下降。植酸酶表达量增加时,内质网的膜蛋白表达量和蛋白加工水平的增加可能需要更大的内质网空间,推测内质网发生扩张。(3)高表达植酸酶对内质网扩张的影响通过观察内质网膜形状的变化对内质网扩张进行相对定量分析,发现高表达植酸酶菌株的内质网发生扩张,而且内质网的扩张程度随着植酸酶表达量的增加而增加。推测内质网的扩张可以为增加的内质网膜上的分子伴侣与酶和内质网中的蛋白折叠提供更大的空间,而促进蛋白糖基化与折叠,减轻内质网负荷及维护内质网稳态。(4)高表达植酸酶重组菌株核糖体相对水平的调控高表达植酸酶时核糖体相对水平的下调可以减轻内质网的负荷,从而维护内质网的稳态。为解析其调控机制,通过敲除信号蛋白Wsc1p的基因WSC1,发现在高表达植酸酶菌株中下调的核糖体相对水平得到修复,并进一步提高植酸酶的表达量(甲醇诱导96h时提高31%),并且这些结果在高表达木聚糖酶的菌株中得到验证,说明高效表达重组蛋白时核糖体相对水平的下调是由Wsc1p参与调控的。本研究揭示了重组蛋白合成与内质网稳态调控的规律,并通过敲除WSC1减少高效表达重组蛋白对核糖体合成的抑制,进一步提高重组蛋白的表达量。本研究为在毕赤酵母和其它酵母中通过途径重构提高重组蛋白表达量提供理论基础。
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