釀酒酵母細(xì)胞表面工程應(yīng)用研究新進(jìn)展

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1、釀酒酵母細(xì)胞表面工程應(yīng)用研究新進(jìn)展45卷5期2005年l0月微生物ActaMicrobiologicaSinicaVo1.45No.5October2005釀酒酵母細(xì)胞表面工程應(yīng)用研究新進(jìn)展肖朝庭傅衍田勇(浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院杭州310029)摘要:釀酒酵母表面展示工程是一個(gè)新興的蛋白表達(dá)系統(tǒng),由于它能進(jìn)行蛋白翻譯后修飾,能方便地對(duì)表達(dá)的蛋白產(chǎn)物進(jìn)行檢測(cè)和篩選,近年來(lái)應(yīng)用研究發(fā)展迅猛.它在構(gòu)建全細(xì)胞催化劑,抗原/抗體庫(kù),生物吸附劑,生物傳感器,組合蛋白文庫(kù),免疫檢測(cè)及親和純化中取得了很多新的應(yīng)用,在蛋白質(zhì)分子的功能研究

2、與應(yīng)用中發(fā)揮了更加重要的作用.關(guān)鍵詞:細(xì)胞表面工程,釀酒酵母中圖分類(lèi)號(hào):Q78文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0001—6209(2005)05—08l2—05細(xì)胞表面工程是一種利用細(xì)胞內(nèi)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)到膜表面的機(jī)制和原理,把異源蛋白展示在細(xì)胞表面的生物工程技術(shù).它首先是在絲狀噬菌體中創(chuàng)立的,然后發(fā)展了噬菌體,T4噬菌體,17噬菌體,桿狀病毒,酵母等多種表面展示系統(tǒng).在這些展示系統(tǒng)中,釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)以其能進(jìn)行對(duì)表達(dá)蛋白翻譯后修飾加工,易于培養(yǎng)和可進(jìn)行較方便的遺傳操作的優(yōu)勢(shì),近3年來(lái)在細(xì)胞催

3、化劑,環(huán)境治理,蛋白質(zhì)文庫(kù)篩選,高親和抗體,生物傳感器,抗原/抗體庫(kù)構(gòu)建,癌癥診斷等領(lǐng)域得到了迅猛發(fā)展.本文就此做一簡(jiǎn)要評(píng)述.1釀酒酵母細(xì)胞表面工程兩種系統(tǒng)根據(jù)外源目的蛋白與釀酒酵母細(xì)胞壁蛋白的融合部位,目前已報(bào)道的酵母表面工程的應(yīng)用研究分為兩種展示系統(tǒng):凝集素系統(tǒng)(Agglutininsystem)和絮凝素系統(tǒng)(Flocculinsystem).1.1凝集素系統(tǒng)交配型a和a酵母細(xì)胞分別表達(dá)a凝集素和a凝集素.a凝集素由AGal基因編碼,與a型細(xì)胞的凝集素復(fù)合物的結(jié)合亞基相互作用,a凝集素由兩對(duì)二硫鍵連接的AGAl基因

4、編碼的核心亞基(725個(gè)氨基酸殘基)和AGA2基因編碼的小結(jié)合亞基(69氨基酸殘基)組成.這兩個(gè)亞基都是糖蛋白.a凝集素和a凝集素的核心亞基是由分泌信號(hào)區(qū),活性區(qū),富含Ser/Thr的支撐區(qū)和糖基磷脂酰肌醇(GPI)錨定蛋白附著信號(hào)區(qū)組成,并主要以O(shè).糖基化的形式存在.a凝集素在加工前具有650個(gè)氨基酸.根據(jù)a凝集素和a凝集素分子水平上的信息,目的蛋白可插入細(xì)胞壁最外面的糖蛋白層中.a凝集素展示系統(tǒng)的必需的基因結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.A.a凝集素c端(320氨基酸殘基)含有GPI錨的信號(hào)序列,被作為與目的蛋白結(jié)合的融合蛋白,即目的

5、蛋白作為N端與a凝集素c端部分融合.而a凝集素的分泌蛋白Aga2p則通過(guò)兩對(duì)二硫鍵與核心蛋白Aga1P連接.目的蛋白與結(jié)合亞基Aga2p的c末端融合(圖l,B).Aga2p融合蛋白和Aga1P在分泌途徑中結(jié)合,并被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞表面后與細(xì)胞壁共價(jià)結(jié)合.1.2絮凝素系統(tǒng)絮凝素FlolP是一種新興的展示系統(tǒng),它是釀酒酵母細(xì)胞表面類(lèi)似凝集素的細(xì)胞壁蛋白,由FLOl基因編碼.它富含N一和O一糖苷連接而形成桿狀構(gòu)象,在細(xì)胞表面的絮凝反應(yīng)中起著主要作用.它中部含有1200氨基酸的重復(fù)區(qū)域,折疊成長(zhǎng)達(dá)300nm的跨細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)],據(jù)此設(shè)

6、計(jì)不同長(zhǎng)度的錨定蛋白.FlolP由幾個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域組成:N端分泌信號(hào)區(qū),絮凝功能結(jié)構(gòu)域,c端GPI錨附著信號(hào)區(qū)和膜錨定結(jié)構(gòu)域.Flolp絮凝功能結(jié)構(gòu)域,靠近N端,識(shí)別細(xì)胞壁中的a甘露聚糖組分并與之非共價(jià)結(jié)合,引起細(xì)胞聚集成可逆性絮狀物(nocs).目前,已經(jīng)形成了兩種類(lèi)型的絮凝素展示系統(tǒng)(圖l—c,D).一是GPI系統(tǒng)(圖l—C).包括6種由Flolp的C端構(gòu)建的細(xì)胞表面展示系統(tǒng),它們都含有GPI錨附著信號(hào)區(qū),長(zhǎng)度分別是42,102,146,3l8,428,和1326個(gè)氨基酸殘基,其中428和1326氨基酸殘基長(zhǎng)度的系

7、統(tǒng)展示的酶活性最好J.根據(jù)目的蛋白的特性和實(shí)驗(yàn)?zāi)康拇_定截去FlolP肽段的長(zhǎng)度,然后,目的蛋白的c端融合到錨定序列上.相反,第二個(gè)系統(tǒng)是利用FlolP的絮凝結(jié)構(gòu)域的黏附能力創(chuàng)建一個(gè)表面展示系統(tǒng).它包括FlolP的絮凝結(jié)構(gòu)域(圖l—D),即FS和FL蛋白,它們分別由Flo1P的l～1099和l～1447氨基酸組成,含有一個(gè)分泌信號(hào)區(qū)和目的蛋白插入位點(diǎn)].目的蛋白的N端與FlolP的絮凝功能域融合,融合蛋白通過(guò)它的絮凝功能結(jié)構(gòu)域與細(xì)胞壁的甘露聚糖鏈的非共價(jià)相互作用而誘導(dǎo)細(xì)胞粘著.通訊作者.Tel:86-571-879510

8、20;E-mail:fuyan@sun.zju.edu.cn作者簡(jiǎn)介:肖朝庭(1974一),男,湖南邵陽(yáng)人,博士研究生,研究方向?yàn)榉肿舆z傳學(xué).E-mail:xiaocht@126.com收稿日期:2005.0l一04,修回日期:2005.06.062005.Vo1.45No.5肖朝庭等:釀酒酵母細(xì)胞表面工程應(yīng)用研究新進(jìn)展8l3AB